JP2011023139A - 導光体、照明ユニット、バックライト装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の利用効率を向上させることが可能な導光体を提供する。
【解決手段】この導光板（導光体）２０は、ＬＥＤ１１からの光が入射される光入射面２１ａを有するとともに、ＬＥＤ１１からの光を導光する導光部２１と、導光部２１の表面上に配置され、導光部２１よりも低い屈折率を有する低屈折率層２３および２４と、導光部２１に接続され、液晶表示パネル２側に光出射面２２ａを有する光出射部２２とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、導光体、照明ユニット、バックライト装置および表示装置に関する。

従来、導光体を用いたバックライト装置として、例えば、エッジライト型やタンデム型のバックライト装置が知られている。

エッジライト型のバックライト装置では、導光体と、導光体の側面（光入射面）に対向するように配置される光源と、導光体の背面側に配置される反射シートと、これらを収納する筐体とを備える。そして、光源から出射され導光体に入射した光は、導光体内で全反射を繰り返しながら導光される。すなわち、導光体は、空気層に比べて十分に屈折率が高いので、導光体に入射された光は、導光体と空気層との界面で全反射されながら導光される。

このようなエッジライト型のバックライト装置では、光源から出射され、導光体に入射することなく直接表示パネル側に向かって進行する光が存在する。このように導光体に入射することなく直接表示パネルに光が照射されると、表示パネルの面内の輝度が不均一になるが、通常、光源と表示パネルとの間に筐体が配置されており、導光体に入射しない光は、筐体により遮光される。

図１２〜図１４は、従来の一例によるタンデム型のバックライト装置を備えた表示装置の構造を示した側面図である。従来の一例によるタンデム型のバックライト装置１０２を備えた表示装置１０１は、図１２に示すように、バックライト装置１０２と、バックライト装置１０２により照明される表示パネル１０３とを備える。バックライト装置１０２は、光源１１１および導光体１２０からなる複数の照明ユニット１１０を含む。

導光体１２０は、図１３に示すように、光源１１１からの光が入射される光入射面１２１ａを有するとともに光源１１１からの光を導光する導光部１２１と、導光部１２１に接続され、導光部１２１により導光された光が入射される光出射部１２２とを含んでいる。この光出射部１２２は、表示パネル１０３側に光が出射される光出射面１２２ａを有する。また、導光部１２１（導光体１２０）は、空気層に比べて十分に高い屈折率を有しており、導光部１２１に入射された光は、導光部１２１と空気層との界面で全反射されながら導光される。

また、図１２に示すように、導光体１２０の導光部１２１は、隣接する導光体１２０の光出射部１２２と重なるように配置されており、光源１１１は、隣接する照明ユニット１１０の光出射部１２２の背面側に配置されている。

また、光出射部１２２には、図示しない光拡散部が設けられており、光出射部１２２は、光を光出射面１２２ａ（図１３参照）から前方（表示パネル１０３側）に出射する機能を有する。また、導光体１２０の背面１２０ａ（図１３参照）側には、反射シート１１２が配置されている。すなわち、導光体１２０の導光部１２１と、隣接する導光体１２０の光出射部１２２との間に、反射シート１１２が配置されている。この反射シート１１２は、導光体１２０の光出射部１２２で拡散された光のうち背面側から出射した光を、前方（導光体１２０側）に反射する機能を有する。

図１２に示したタンデム型のバックライト装置１０２では、光源１１１から出射され、導光体１２０に入射することなく直接表示パネル１０３側に向かって進行する光は、反射シート１１２により遮光される。

なお、図１２に示したようなタンデム型のバックライト装置は、例えば、特許文献１に開示されている。また、上記特許文献１の照明装置（バックライト装置）では、反射板（反射シート）は、面発光板（導光体）の背面側に配置されている。

特開２００８−２４３８０８号公報

図１２に示した従来の一例によるタンデム型のバックライト装置１０２では、導光体１２０の前面側や背面１２０ａ側に反射シート１１２が配置されており、導光体１２０の表面に反射シート１１２が接触する。反射シート１１２は、空気層に比べて屈折率が高いので、導光体１２０に反射シート１１２が接触している部分では、導光体１２０と反射シート１１２との屈折率差が小さくなり、全反射条件を満たさなくなる。このため、光は反射シート１１２により反射されることになる。

ここで、反射シート１１２が、光を拡散させる機能を有する反射シートであった場合、図１４に示すように、導光体１２０に反射シート１１２が接触している部分では、光は反射シート１１２により拡散され、拡散された光の大部分が、導光体１２０と空気層との界面で全反射されなくなる。このため、光のロスが発生し、光の利用効率が低下するという問題点がある。

また、反射シート１１２が、光を拡散させる機能を有さない反射シートであっても、反射シート１１２での光の吸収はゼロではないので、導光体１２０と空気層との界面での全反射に比べると、光のロスが発生し、光の利用効率が低下するという問題点がある。

なお、導光体１２０の前面側や背面１２０ａ側に反射シート１１２が設けられていない場合であっても、反射シート１１２以外の部材や異物（ゴミ）などが導光体１２０の表面に接触すると、上記と同様の理由で、光のロスが発生し、光の利用効率が低下するという問題点がある。

また、上記した従来のエッジライト型のバックライト装置や上記特許文献１の照明装置（バックライト装置）も、図１２に示した従来の一例によるバックライト装置１０２と同様、導光体の表面に、反射シートなどが接触すると、光のロスが発生し、光の利用効率が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、光の利用効率を向上させることが可能な導光体、照明ユニット、バックライト装置および表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による導光体は、表示パネルのバックライト装置に用いられる導光体であって、光源からの光が入射される光入射面を有するとともに、光源からの光を導光する導光部と、導光部の表面上に配置され、導光部よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、導光部に接続され、導光部により導光された光が入射されるとともに、表示パネル側に光出射面を有する光出射部とを備える。

この第１の局面による導光体では、上記のように、導光部の表面上に、導光部よりも低い屈折率を有する低屈折率層を設けることによって、導光部に入射した光の一部は、導光部と低屈折率層との界面で反射されず、低屈折率層に入射し、低屈折率層と導光部とを行き来しながら導光される。また、導光部に入射した光の残りは、導光部内で全反射を繰り返しながら導光される。すなわち、導光部に入射した光の大部分は、導光部内に存在することになるとともに、導光部に入射した光のうちの一部のみが低屈折率層内に存在することになる。これにより、低屈折率層が設けられていない導光体を用いる場合に比べて、導光体の空気層近傍部分に存在する光の量を少なくすることができる。このため、導光体に反射シートや異物（ゴミ）などが接触している場合にも、反射シートや異物（ゴミ）などにより反射される光の量を少なくすることができる。その結果、光のロスが発生するのを抑制することができるので、光の利用効率を向上させることができる。

上記第１の局面による導光体において、好ましくは、導光部は、表示パネル側に配置される前面と、前面に対向配置された第１背面とを有し、低屈折率層は、導光部の前面および第１背面の両面上に設けられている。このように構成すれば、低屈折率層が導光部の前面および第１背面のうちの一方の面上にのみ設けられている場合に比べて、光のロスが発生するのをより抑制することができるとともに、光の利用効率をより向上させることができる。

上記第１の局面による導光体において、好ましくは、光出射部は、光出射面に対向配置された第２背面を有し、光出射部の光出射面または第２背面には、光を拡散する機能を有する複数の光拡散部が設けられており、低屈折率層は、光出射部の光拡散部が設けられた面上には設けられておらず、導光部の表面上に設けられている。例えば、光拡散部が設けられた面上に低屈折率層を設ける場合、低屈折率層を均一な厚みに形成するのが困難である。すなわち、光拡散部が例えば凹部により形成されている場合、低屈折率層は凹部内にも配置されるので、低屈折率層を凹部内に均一に形成するのは困難である。このため、光拡散部が設けられた面上に低屈折率層を設けると、光拡散部での光の拡散が不均一になるので、表示パネルの面内の輝度が不均一になる。上記第１の局面による導光体では、上記のように、低屈折率層は、光出射部の光拡散部が設けられた面上には設けられていないので、光拡散部で光を均一に拡散させることができる。これにより、表示パネルの面内の輝度が不均一になるのを抑制することができる。

また、低屈折率層を、光出射部の光拡散部が設けられた面上には設けないので、光拡散部が形成された部分で低屈折率層が屈曲などすることがない。このため、低屈折率層に入射した光が、低屈折率層と空気層との界面で全反射されずに外部に出射するのを抑制することができる。その結果、光のロスが発生するのをより抑制することができるので、光の利用効率をより向上させることができる。

上記第１の局面による導光体において、好ましくは、低屈折率層は、光出射部の表面上には設けられておらず、導光部の表面上に設けられている。このように構成すれば、光出射部に光拡散部が設けられている場合にも、表示パネルの面内の輝度が不均一になるのを、容易に抑制することができる。また、低屈折率層が光出射部の表面上にも設けられている場合に比べて、低屈折率層を設ける領域を、小さくすることができる。

上記第１の局面による導光体において、好ましくは、導光部は、表示パネル側に配置される前面と、前面に対向配置された第１背面とを有し、導光部の前面および第１背面は、導光部の光入射面から離れるにしたがって、互いの距離が大きくなるように形成されている。このように構成すれば、光が導光部の前面側と第１背面側との間で反射を繰り返すことにより、光源から離れるにしたがって、導光部の前面および第１背面に対する光の入射角が大きくなる。これにより、例えば低屈折率層に一旦入射し導光部に戻った光が、低屈折率層に再度入射するのを抑制することができる。すなわち、光源から離れるにしたがって、低屈折率層内に存在する光の量を徐々に少なくすることができる。

上記第１の局面による導光体において、好ましくは、光出射部は、光出射面に対向配置された第２背面を有し、光出射面および第２背面は、導光部から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成されている。このように構成すれば、導光部から離れるにしたがって、光出射部から光が出射しやすくなるので、光源に近く光の量（光束）が多い部分と光源から遠く光の量（光束）が少ない部分とにおいて、光拡散部で拡散される光の量を均一にすることができる。これにより、表示パネルの面内の輝度を均一にすることができる。

上記第１の局面による導光体において、好ましくは、光出射部は、光出射面に対向配置された第２背面を有し、光出射部の光出射面または第２背面には、光を拡散する機能を有する複数の光拡散部が設けられており、光拡散部は、導光部から離れるにしたがって、分布密度が高くなるように配置されている。このように構成すれば、光源に近く光の量（光束）が多い部分と光源から遠く光の量（光束）が少ない部分とにおいて、光拡散部で拡散される光の量をより均一にすることができる。これにより、表示パネルの面内の輝度をより均一にすることができる。

この発明の第２の局面による照明ユニットは、上記の構成の導光体と、導光体に光を入射する光源とを備える。このように構成すれば、光の利用効率を向上させることが可能な照明ユニットを得ることができる。

上記第２の局面による照明ユニットにおいて、好ましくは、１つの導光体に対して、光源が１つ設けられており、導光部の屈折率をｎとし、導光部の光入射面から光出射部に向かう方向を第１の方向とし、第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、導光部の第１の方向の長さをＸとし、導光部の第２の方向の長さをＬ１とすると、導光部は、以下の式（１）を満たすように形成されている。
Ｘ≧［Ｌ１×ｎ√｛１−（１／ｎ²）｝］／２・・・（１）

このように構成すれば、光源から出射された光を、導光部により、光出射部の全域に導光することができる。

上記第２の局面による照明ユニットにおいて、好ましくは、１つの導光体に対して、光源が複数設けられており、導光部の屈折率をｎとし、導光部の光入射面から光出射部に向かう方向を第１の方向とし、第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、導光部の第１の方向の長さをＸとし、導光部の第２の方向の長さをＬ１とし、複数の光源の配置領域の第２の方向の長さをＬ２すると、導光部は、以下の式（２）を満たすように形成されている。
Ｘ≧［（Ｌ１＋Ｌ２）ｎ√｛１−（１／ｎ²）｝］／２・・・（２）

このように構成すれば、各光源から出射された光を、導光部により、光出射部の全域に導光することができる。これにより、複数の光源が、例えば赤色、緑色および青色などの互いに異なる色の光を出射する場合であっても、全ての色の光を、光出射部の全域に導光することができる。すなわち、各色の光が、混色されないうちに光出射部に到達するのを抑制することができる。その結果、光出射面から出射される光の色を均一にすることができる。

この発明の第３の局面によるバックライト装置は、上記の構成の照明ユニットを備える。このように構成すれば、光の利用効率を向上させることが可能なバックライト装置を得ることができる。

上記第３の局面によるバックライト装置において、好ましくは、照明ユニットを複数備え、複数の照明ユニットは、平面的に配置されており、照明ユニットの導光体の導光部は、隣接する照明ユニットの導光体の光出射部と重なるように配置されている。このようなバックライト装置では、通常、導光体の導光部と、隣接する導光体の光出射部との間などに反射シートが配置されるが、本発明のバックライト装置では、導光体に反射シートが接触している場合にも、光のロスが発生するのを抑制することができるので、特に有効である。

この発明の第４の局面による表示装置は、上記の構成のバックライト装置と、バックライト装置に照明される表示パネルとを備える。このように構成すれば、光の利用効率を向上させることが可能な表示装置を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、光の利用効率を向上させることが可能な導光体、照明ユニット、バックライト装置および表示装置を容易に得ることができる。

本発明の一実施形態によるバックライト装置を備えた液晶表示装置の構造を示した側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の照明ユニットの構造を示した側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の導光板の構造を示した斜視図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の照明ユニットの構造を示した平面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の照明ユニットの構造を示した平面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の導光板の構造を示した側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の照明ユニットの導光部周辺の構造を示した拡大側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の導光板の導光部周辺の構造を示した拡大側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の導光板の導光部周辺の構造を示した拡大側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の導光板の導光部周辺の構造を示した拡大側面図である。 図１に示した本発明の一実施形態によるバックライト装置の導光板の光出射部周辺の構造を示した拡大側面図である。 従来の一例によるタンデム型のバックライト装置を備えた表示装置の構造を示した側面図である。 図１２に示した従来の一例によるバックライト装置の照明ユニットの構造を示した側面図である。 図１２に示した従来の一例によるバックライト装置の導光板の導光部周辺の拡大側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

まず、図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による導光板２０を備えた液晶表示装置１の構造について説明する。

本発明の一実施形態による液晶表示装置１は、図１に示すように、透過型の液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２の背面側に配置され液晶表示パネル２を照明するタンデム型のバックライト装置３とを備えている。なお、液晶表示装置１は、本発明の「表示装置」の一例であり、液晶表示パネル２は、本発明の「表示パネル」の一例である。

液晶表示パネル２は、液晶層を挟み込む２つのガラス基板（図示せず）を含んでいる。

バックライト装置３は、液晶表示パネル２の背面側に配置された複数の光学シート４と、光学シート４の背面側に配置された複数の照明ユニット１０と、複数の反射シート５とを含んでいる。

複数の光学シート４は、液晶表示パネル２と複数の照明ユニット１０との間に配置されており、拡散板や集光レンズなどによって構成されている。

照明ユニット１０は、図２に示すように、ＬＥＤ（発光ダイオード）１１と、ＬＥＤ１１から出射された光を導光する導光板２０とによって構成されている。なお、ＬＥＤ１１は、本発明の「光源」の一例であり、導光板２０は、本発明の「導光体」の一例である。

そして、複数の照明ユニット１０は、Ａ方向およびＢ方向（図３参照）に複数個ずつ並ぶように平面的に配置されており、面光源として機能する。なお、Ａ方向は、後述する導光部２１の光入射面２１ａの法線方向であり、Ｂ方向は、Ａ方向に直交（交差）する方向である。また、Ａ方向は、本発明の「導光部の光入射面から光出射部に向かう方向」および「第１の方向」の一例であり、Ｂ方向は、本発明の「第２の方向」の一例である。

ＬＥＤ１１は、１つの導光板２０に対して、１つまたは複数設けられている。具体的には、ＬＥＤ１１が１つの導光板２０に対して１つだけ設けられる場合、ＬＥＤ１１は、例えば青色発光素子と蛍光体とからなる白色ＬＥＤにより構成される。また、ＬＥＤ１１が１つの導光板２０に対して複数設けられる場合、ＬＥＤ１１は、例えば赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子により構成される。この場合、例えば、緑色発光素子および青色発光素子をそれぞれ１つずつ設けるとともに、赤色発光素子を２つ設けることにより、白色光を得るように構成してもよい。また、緑色発光素子および青色発光素子をそれぞれ１つずつ設けるとともに、赤色発光素子を２つ設ける場合、Ｂ方向に、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、赤色発光素子の順で配置してもよい。

また、ＬＥＤ１１が１つの導光板２０に対して１つだけ設けられている場合、図４に示すように、ＬＥＤ１１は、導光板２０の中心線Ｍ上に配置されていることが好ましい。また、ＬＥＤ１１が１つの導光板２０に対して複数設けられている場合、図５に示すように、複数のＬＥＤ１１は、導光板２０の中心線Ｍに対してＢ方向に対称に配置されていることが好ましい。

ここで、本実施形態では、図２および図３に示すように、導光板２０は、透明材料により形成されており、ＬＥＤ１１からの光を導光する導光部２１と、導光部２１に接続され、導光部２１により導光された光が入射されるとともに、液晶表示パネル２（図１参照）側（前方）に光を出射する光出射部２２と、導光部２１の液晶表示パネル２側（前方）に設けられた低屈折率層２３と、導光部２１の背面２１ｃ側（後方）に設けられた低屈折率層２４とを含んでいる。

導光部２１および光出射部２２は、同一の材料によって一体的に形成されている。導光部２１および光出射部２２は、透明材料により形成されていればよく、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン系樹脂およびシクロポリオレフィン樹脂などの合成樹脂により形成されていてもよいし、ガラスなどにより形成されていてもよい。また、導光部２１および光出射部２２は、例えば、切削加工、プレス加工または射出成型等により形成することが可能であるが、導光部２１および光出射部２２の形成方法はこれらに限定されない。

導光部２１（図２参照）は、図１に示すように、隣接する導光板２０の光出射部２２（図２参照）と厚み方向（Ｃ方向）に重なるように配置されている。また、図２に示すように、導光部２１は、ＬＥＤ１１からの光が入射される光入射面２１ａを有する。また、導光部２１の光入射面２１ａとは反対側の部分は、光出射部２２に接続されている。

また、導光部２１は、前面２１ｂと、前面２１ｂに対向配置された背面２１ｃとを有する。また、導光部２１の前面２１ｂおよび背面２１ｃは、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって、互いの距離が大きくなるように形成されている。これにより、後述するように、ＬＥＤ１１からの光は、導光部２１の前面２１ｂと背面２１ｃとの間で反射を繰り返すことにより、前面２１ｂおよび背面２１ｃに対する入射角が徐々に大きくなる。なお、背面２１ｃは、本発明の「第１背面」の一例である。

ここで、本実施形態では、図４および図５に示すように、導光板２０の導光部２１は、Ａ方向の長さがＸになるように形成されている。具体的には、導光部２１（導光板２０）の屈折率をｎとし、導光部２１（導光板２０）のＢ方向の長さをＬ１とし、ＬＥＤ１１のＢ１方向（Ｂ方向の一方）側の端部からＢ２方向（Ｂ方向の他方）側の端部までの長さ（ＬＥＤ１１の配置領域のＢ方向の長さ）をＬ２とすると、１つの導光板２０に対してＬＥＤ１１が１つだけ設けられている場合（図４の場合）、導光板２０の導光部２１は、以下の式（１）を満たすように形成されている。
Ｘ≧［Ｌ１×ｎ√｛１−（１／ｎ²）｝］／２・・・（１）

その一方、１つの導光板２０に対してＬＥＤ１１が複数設けられている場合（図５の場合）、導光板２０の導光部２１は、以下の式（２）を満たすように形成されている。
Ｘ≧［（Ｌ１＋Ｌ２）ｎ√｛１−（１／ｎ²）｝］／２・・・（２）

導光板２０の導光部２１のＡ方向の長さＸが上記式（１）または（２）を満たすように形成されている理由については、後で詳細に説明する。

また、図２に示すように、光出射部２２は、導光部２１により導光された光を液晶表示パネル２側（前方）に出射する光出射面２２ａと、光出射面２２ａに対向配置された背面２２ｂとを有する。なお、背面２２ｂは、本発明の「第２背面」の一例である。

また、光出射部２２の背面２２ｂは、光出射面２２ａに対して傾斜するように形成されているとともに、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって光出射面２２ａに近づくように形成されている。すなわち、光出射面２２ａは、導光部２１から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成されている。これにより、後述するように、光が光出射部２２の光出射面２２ａと背面２２ｂとの間で反射を繰り返すことにより、光出射面２２ａに対する光の入射角が徐々に小さくなるとともに、光出射面２２ａと空気層との界面に光が到達するまでのＡ方向の距離が小さくなる。

また、図６に示すように、光出射部２２の光出射面２２ａには、光出射面２２ａから光を出射させるための複数の光拡散部２２ｃが形成されている。この複数の光拡散部２２ｃは、前方に突出した、例えば半球形状に形成されているが、光拡散部２２ｃの形状は、上記の形状に限定されない。例えば、光拡散部２２ｃを、半球形状ではなくシリンドリカル状に形成してもよい。なお、光拡散部は、光出射部２２の背面２２ｂに形成されていてもよい。この場合、光拡散部を、例えば凹形状に形成してもよい。なお、図１〜図５では、光拡散部２２ｃは、省略している。

また、本実施形態では、複数の光拡散部２２ｃを、例えば図６に示したように、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって分布密度が高くなるように配置されている。すなわち、光拡散部２２ｃは、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって、隣接する光拡散部２２ｃ同士の距離が小さくなるように配置されている。

低屈折率層２３および２４は、導光部２１（導光板２０）よりも低い屈折率を有する。例えば、導光部２１および光出射部２２がアクリル樹脂により形成されている場合、低屈折率層２３および２４に、アクリル樹脂よりも屈折率の低いシリコーン系樹脂やフッ素系樹脂などを用いることが可能であるが、低屈折率層２３および２４の材質はこれらに限定されない。また、低屈折率層２３および２４は、例えば、スクリーン印刷やディッピング等により形成することが可能であるが、低屈折率層２３および２４の形成方法はこれらに限定されない。

また、本実施形態では、図２および図３に示すように、低屈折率層２３は、光出射部２２の前面（光出射面２２ａ）上には形成されていない一方、導光部２１の前面２１ｂ上の全域に略一定の厚みで形成されている。同様に、低屈折率層２４は、光出射部２２の背面２２ｂ上には形成されていない一方、導光部２１の背面２１ｃ上の全域に略一定の厚みで形成されている。また、低屈折率層２３および２４は、導光部２１の前面２１ｂ上および背面２１ｃ上に、空気層を介することなく形成されている。

反射シート５は、導光板２０の背面（背面２１ｃおよび２２ｂ）側に配置されている。そして、反射シート５の一部は、導光板２０の光出射部２２と、隣接する導光板２０の導光部２１との間に配置されている。

この反射シート５は、光出射部２２の光拡散部２２ｃにより拡散されるなどして導光板２０の背面側から出射した光を前方に反射させる機能と、ＬＥＤ１１から出射し光入射面２１ａに入射することなく前方（隣接する導光板２０の背面）に向かって進行する光を遮る機能とを有する。

以下、図４および図５を参照して、導光板２０の導光部２１のＡ方向の長さＸが上記式（１）または（２）を満たすように形成されている理由について詳細に説明する。

図４に示すように、ＬＥＤ１１から出射し、導光部２１に入射した光は、導光部２１内で光入射面２１ａの法線方向（Ａ方向）に対して角度θ１を有して放射状に広がる。この角度θ１は、導光部２１から空気層に光が出射するときの臨界角であり、導光部２１（導光板２０）の屈折率ｎと空気層の屈折率１とによって決定される。また、角度θ１は、スネルの法則より、θ１＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）である。

ここで、１つの導光板２０に対してＬＥＤ１１が複数（４つ）設けられている場合（ＬＥＤ１１が、例えば２つの赤色発光素子、１つの緑色発光素子および１つの青色発光素子によって構成されている場合）、各ＬＥＤ１１から出射した光が、光出射部２２の全域において混色されている必要がある。このため、図５に示すように、複数のＬＥＤ１１のうち最もＢ１方向側に配置されたＬＥＤ１１ａのＢ１方向側の端部から出射され、導光部２１に角度θ１で入射した光（Ｐ１）が、導光部２１と光出射部２２との界面において、Ｂ２方向側の端部に到達するように、導光部２１のＡ方向の長さＸの下限値を設定する必要がある。

長さＸは、図５から、以下の式（３）を満たす必要がある。
ｔａｎθ１≧｛（Ｌ１＋Ｌ２）／２｝／Ｘ
＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２Ｘ・・・（３）

また、三角関数の公式から、以下の式（４）が得られる。
ｔａｎθ１＝ｓｉｎθ１／√（１−ｓｉｎ²θ１）・・・（４）

そして、上記式（４）と、スネルの法則から得られるｓｉｎθ１＝１／ｎとを上記式（３）に代入することによって、上記式（２）が得られる。

一方、１つの導光板２０に対してＬＥＤ１１が１つだけ設けられている場合（ＬＥＤ１１が、例えば白色ＬＥＤにより構成されている場合）、１つの導光板２０に対してＬＥＤ１１が複数（４つ）設けられている場合とは異なり、ＬＥＤ１１から出射した光を混色する必要がない。このため、図４に示すように、ＬＥＤ１１の中央部から出射され、導光部２１に角度θ１で入射した光（Ｐ２）が、導光部２１と光出射部２２との界面において、Ｂ２方向側の端部に到達すればよい。すなわち、上記式（３）および（２）においてＬ２＝０とすることができ、上記式（２）にＬ２＝０を代入することによって、上記式（１）が得られる。

以上のように、Ａ方向の長さＸが上記式（１）または（２）を満たすように、導光板２０の導光部２１を構成することによって、光出射部２２の全域に光を導くことが可能となる。また、１つの導光板２０に対してＬＥＤ１１が複数設けられている場合には、各ＬＥＤ１１から出射した光を、光出射部２２の全域において混色させることが可能となる。

なお、複数のＬＥＤ１１が導光板２０の中心線Ｍに対してＢ方向に対称に配置されていない場合、または、１つのＬＥＤ１１が導光板２０の中心線Ｍ上に配置されていない場合には、導光部２１のＡ方向の長さＸの下限値を大きくする必要がある。

次に、図２および図７〜図１１を参照して、本発明の一実施形態による導光板２０内における光の光路について説明する。

図７に示すように、ＬＥＤ１１から出射し、導光板２０の導光部２１に入射した光（Ｑ（Ｑ１およびＱ７））は、導光部２１の前面２１ｂまたは背面２１ｃに向かって進行する。

図８に示すように、導光部２１に入射し前面２１ｂに向かって進行する光（Ｑ１）のうち、導光部２１と低屈折率層２３との臨界角以上の入射角の光は、導光部２１と低屈折率層２３との界面において、背面２１ｃ側に全反射される。この背面２１ｃ側に全反射された光（Ｑ２）は、導光部２１と低屈折率層２４との臨界角以上の入射角で背面２１ｃに向かって進行し、導光部２１と低屈折率層２４との界面において、前面２１ｂ側に全反射される。そして、導光部２１と低屈折率層２３との界面、および、導光部２１と低屈折率層２４との界面で全反射を繰り返しながら、光出射部２２に導光される。

また、導光部２１に入射し前面２１ｂに向かって進行する光（Ｑ１）のうち、導光部２１と低屈折率層２３との臨界角よりも小さい入射角の光の一部は、導光部２１と低屈折率層２３との界面において、背面２１ｃ側に反射される。この背面２１ｃ側に反射された光（Ｑ３）は、所定の入射角で背面２１ｃに向かって進行する。

ここで、導光部２１の前面２１ｂおよび背面２１ｃは、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって互いの距離が大きくなるように形成されているので、導光部２１と低屈折率層２３で反射された光（Ｑ３）の、導光部２１と低屈折率層２４との界面に対する入射角は、より大きくなっており、光（Ｑ３）の一部は、導光部２１と低屈折率層２４との界面において、前面２１ｂ側に全反射される。このように、光（Ｑ３）の略全てが、いずれ、導光部２１と低屈折率層２３との界面、および、導光部２１と低屈折率層２４との界面で、全反射されることになる。そして、光（Ｑ３）は、全反射を繰り返しながら、光出射部２２まで導光される。

また、導光部２１の前面２１ｂに向かって進行する光（Ｑ１）のうち、導光部２１と低屈折率層２３との臨界角よりも小さい入射角の光の残りは、低屈折率層２３に入射する。この低屈折率層２３に入射した光（Ｑ４）は、低屈折率層２３と空気層との界面において、導光部２１側に全反射される。そして、低屈折率層２３と導光部２１との界面において、光（Ｑ４）の一部は、導光部２１に再度入射され、光（Ｑ４）の残りは、空気層側に反射される。

この導光部２１に再度入射された光（Ｑ５）は、光（Ｑ３）と同様、いずれ、導光部２１と低屈折率層２３との界面、および、導光部２１と低屈折率層２４との界面２４で、全反射されることになり、全反射を繰り返しながら、光出射部２２まで導光される。

また、空気層側に反射された光（Ｑ６）は、低屈折率層２３と空気層との界面において全反射される。そして、光（Ｑ６）は、光（Ｑ４）と同様、低屈折率層２３と導光部２１との界面において、その一部が導光部２１に再度入射されるとともに、その残りが空気層側に反射される。このように、低屈折率層２３内を進行する光（Ｑ６）は徐々に少なくなり、低屈折率層２３の光出射部２２側の端部では、低屈折率層２３中を進行する光（Ｑ６）はほとんど存在しない。

なお、ＬＥＤ１１から導光部２１に入射し、背面２１ｃに向かって進行する光（Ｑ７）も、前面２１ｂに向かって進行する光（Ｑ１）と同様にして、光出射部２２まで導光される。

上記の結果、図９に示すように、導光部２１に入射した光の大部分（Ｑ１１）は、導光部２１内に存在することになるとともに、導光部２１に入射した光のうちの一部（Ｑ１２およびＱ１３）のみが低屈折率層２３および２４（導光板２０の空気層近傍部分）内に存在することになる。これにより、図１０に示すように、例えば、低屈折率層２３の表面に反射シート５や図示しない異物（ゴミ）などが接触している場合にも、反射シート５や異物（ゴミ）などにより反射される光の量を少なくすることが可能である。

次に、図１１に示すように、光出射部２２まで導光された光は、光出射面２２ａまたは背面２２ｂに向かって進行する。

光出射部２２まで導光され、光出射面２２ａに向かって進行する光の一部（Ｑ２１）は、光拡散部２２ｃにおいて、前方（液晶表示パネル２側）に出射される。

また、光出射面２２ａに向かって進行する光の残り（Ｑ２２）は、光出射面２２ａと空気層との界面において、背面２２ｂ側に反射される。この背面２２ｂ側に反射された光（Ｑ２３）は、光出射部２２と空気層との界面、または、反射シート５（図２参照）により、光出射面２２ａ側に反射される。

ここで、光拡散部２２ｃは、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって分布密度が高くなるように配置されているので、光出射面２２ａ側に反射された光（Ｑ２４）は、前方（液晶表示パネル２側）に、より出射しやすくなっている。

また、光出射部２２の光出射面２２ａおよび背面２２ｂは、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成されているので、光出射面２２ａに向かって進行する光（Ｑ２４）の入射角は、より小さくなるとともに、光出射面２２ａと空気層との界面に到達するまでのＡ方向の距離が小さくなる。このため、光出射面２２ａ側に反射された光（Ｑ２４）は、前方（液晶表示パネル２側）に、より出射しやすくなる。

なお、光出射部２２まで導光され、背面２２ｂに向かって進行する光（Ｑ２５）も、光出射面２２ａに向かって進行する光（Ｑ２１およびＱ２２）と同様にして、光出射部２２から前方（液晶表示パネル２側）に出射される。

本実施形態では、上記のように、導光部２１の表面上に、導光部２１よりも低い屈折率を有する低屈折率層２３および２４を設けることによって、導光部２１に入射した光の一部は、導光部２１と低屈折率層２３および２４との界面で反射されず、低屈折率層２３および２４に入射し、低屈折率層２３および２４と導光部２１とを行き来しながら導光される。また、導光部２１に入射した光の残りは、導光部２１内で全反射を繰り返しながら導光される。すなわち、導光部２１に入射した光の大部分（Ｑ１１）は、導光部２１内に存在することになるとともに、導光部２１に入射した光のうちの一部（Ｑ１２およびＱ１３）のみが低屈折率層２３および２４（導光板２０の空気層近傍部分）内に存在することになる。これにより、低屈折率層２３および２４が設けられていない導光板２０を用いる場合に比べて、導光板２０の空気層近傍部分に存在する光の量を少なくすることができる。このため、導光板２０に反射シート５や異物（ゴミ）などが接触している場合にも、反射シート５や異物（ゴミ）などにより反射される光の量を少なくすることができる。その結果、光のロスが発生するのを抑制することができるので、光の利用効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、低屈折率層２３および２４を、導光部２１の前面２１ｂおよび背面２１ｃ上にそれぞれ設けることによって、低屈折率層２３および２４が導光部２１の前面２１ｂおよび背面２１ｃのうちの一方の面上にのみ設けられている場合に比べて、光のロスが発生するのをより抑制することができるとともに、光の利用効率をより向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、低屈折率層２３を、光出射部２２の光拡散部２２ｃが設けられた光出射面２２ａ上には設けない。例えば、光拡散部２２ｃが設けられた光出射面２２ａ上に低屈折率層２３を設ける場合、低屈折率層２３を均一な厚みに形成するのが困難である。このため、光拡散部２２ｃでの光の拡散が不均一になるので、液晶表示パネル２の面内の輝度が不均一になる。しかしながら、本実施形態では、上記のように、低屈折率層２３を、光出射部２２の光拡散部２２ｃが設けられた光出射面２２ａ上には設けないので、光拡散部２２ｃで光を均一に拡散させることができる。これにより、液晶表示パネル２の面内の輝度が不均一になるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、低屈折率層２３および２４を、光出射部２２の表面（光出射面２２ａおよび背面２２ｂ）上には設けないので、低屈折率層２３および２４を光出射部２２の表面上にも設ける場合に比べて、低屈折率層２３および２４を設ける領域を、小さくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、導光部２１の前面２１ｂおよび背面２１ｃを、導光部２１の光入射面２１ａから離れるにしたがって、互いの距離が大きくなるように形成することによって、光が導光部２１の前面２１ｂ側と背面２１ｃ側との間で反射を繰り返すことにより、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって、導光部２１の前面２１ｂおよび背面２１ｃに対する光の入射角が大きくなる。これにより、例えば低屈折率層２３および２４に一旦入射し導光部２１に戻った光が、低屈折率層２３および２４に再度入射するのを抑制することができる。すなわち、ＬＥＤ１１から離れるにしたがって、低屈折率層２３および２４内に存在する光の量を徐々に少なくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、光出射面２２ａおよび背面２２ｂを、導光部２１から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成することによって、導光部２１から離れるにしたがって、光出射部２２から光が出射しやすくなるので、ＬＥＤ１１に近く光の量（光束）が多い部分とＬＥＤ１１から遠く光の量（光束）が少ない部分とにおいて、光拡散部２２ｃで拡散される光の量を均一にすることができる。これにより、液晶表示パネル２の面内の輝度を均一にすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、光拡散部２２ｃを、導光部２１から離れるにしたがって、分布密度が高くなるように配置することによって、ＬＥＤ１１に近く光の量（光束）が多い部分とＬＥＤ１１から遠く光の量（光束）が少ない部分とにおいて、光拡散部２２ｃで拡散される光の量をより均一にすることができる。これにより、液晶表示パネル２の面内の輝度をより均一にすることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、表示パネルおよび表示装置を、それぞれ、液晶表示パネルおよび液晶表示装置に適用した例について示したが、本発明はこれに限らず、液晶表示パネルおよび液晶表示装置以外の表示パネルおよび表示装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、本発明を、タンデム構造のバックライト装置に適用した例について示したが、本発明はこれに限らず、タンデム構造以外のバックライト装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、バックライト装置に、複数の導光板が設けられている例について示したが、本発明はこれに限らず、バックライト装置には、少なくとも１つの導光板が設けられていればよい。

また、上記実施形態では、光源として、ＬＥＤを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、ＬＥＤ以外の発光素子を用いてもよいし、発光素子以外の光源を用いてもよい。

また、上記実施形態では、低屈折率層を、導光部の両面上に設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、低屈折率層を、導光部の前面または背面のみに設けてもよい。

また、上記実施形態では、導光部（導光板）が反射シートや異物（ゴミ）と接触する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、導光部（導光板）が反射シート以外の部材と接触する場合にも同様の効果が得られる。

また、上記実施形態では、光拡散部を、導光部から離れるにしたがって、分布密度が高くなるように設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、光拡散部を、導光部から離れるにしたがって、分布密度が高くなるように設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、光出射部の光出射面および背面を、導光部から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、光出射部の光出射面および背面を、導光部から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成しなくてもよい。

また、上記実施形態では、導光部の前面および背面を、光入射面から離れるにしたがって、互いの距離が大きくなるように形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、導光部の前面および背面を、光入射面から離れるにしたがって、互いの距離が大きくなるように形成しなくてもよい。

１ 液晶表示装置（表示装置）
２ 液晶表示パネル（表示パネル）
３ バックライト装置
１０ 照明ユニット
１１ ＬＥＤ（光源）
２０ 導光板（導光体）
２１ 導光部
２１ａ 光入射面
２１ｂ 前面
２１ｃ 背面（第１背面）
２２ 光出射部
２２ａ 光出射面
２２ｂ 背面（第２背面）
２２ｃ 光拡散部
２３、２４ 低屈折率層
Ｌ１ 導光部のＢ方向の長さ
Ｌ２ ＬＥＤの配置領域のＢ方向の長さ
Ｘ 導光部のＡ方向の長さ

Claims (13)

1. 表示パネルのバックライト装置に用いられる導光体であって、
   光源からの光が入射される光入射面を有するとともに、前記光源からの光を導光する導光部と、
   前記導光部の表面上に配置され、前記導光部よりも低い屈折率を有する低屈折率層と、
   前記導光部に接続され、前記導光部により導光された光が入射されるとともに、前記表示パネル側に光出射面を有する光出射部とを備えることを特徴とする導光体。
2. 前記導光部は、前記表示パネル側に配置される前面と、前記前面に対向配置された第１背面とを有し、
   前記低屈折率層は、前記導光部の前記前面および前記第１背面の両面上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 前記光出射部は、前記光出射面に対向配置された第２背面を有し、
   前記光出射部の前記光出射面または前記第２背面には、光を拡散する機能を有する複数の光拡散部が設けられており、
   前記低屈折率層は、前記光出射部の前記光拡散部が設けられた面上には設けられておらず、前記導光部の表面上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の導光体。
4. 前記低屈折率層は、前記光出射部の表面上には設けられておらず、前記導光部の表面上に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光体。
5. 前記導光部は、前記表示パネル側に配置される前面と、前記前面に対向配置された第１背面とを有し、
   前記導光部の前記前面および前記第１背面は、前記導光部の光入射面から離れるにしたがって、互いの距離が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光体。
6. 前記光出射部は、前記光出射面に対向配置された第２背面を有し、
   前記光出射面および前記第２背面は、前記導光部から離れるにしたがって、互いの距離が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光体。
7. 前記光出射部は、前記光出射面に対向配置された第２背面を有し、
   前記光出射部の前記光出射面または前記第２背面には、光を拡散する機能を有する複数の光拡散部が設けられており、
   前記光拡散部は、前記導光部から離れるにしたがって、分布密度が高くなるように配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の導光体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の導光体と、
   前記導光体に光を入射する光源とを備えることを特徴とする照明ユニット。
9. １つの前記導光体に対して、前記光源が１つ設けられており、
   前記導光部の屈折率をｎとし、
   前記導光部の光入射面から前記光出射部に向かう方向を第１の方向とし、
   前記第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、
   前記導光部の前記第１の方向の長さをＸとし、
   前記導光部の前記第２の方向の長さをＬ１とすると、
   前記導光部は、以下の式（１）を満たすように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の照明ユニット。
   Ｘ≧［Ｌ１×ｎ√｛１−（１／ｎ²）｝］／２・・・（１）
10. １つの前記導光体に対して、前記光源が複数設けられており、
    前記導光部の屈折率をｎとし、
    前記導光部の光入射面から前記光出射部に向かう方向を第１の方向とし、
    前記第１の方向と交差する方向を第２の方向とし、
    前記導光部の前記第１の方向の長さをＸとし、
    前記導光部の前記第２の方向の長さをＬ１とし、
    前記複数の光源の配置領域の前記第２の方向の長さをＬ２すると、
    前記導光部は、以下の式（２）を満たすように形成されていることを特徴とする請求項８に記載の照明ユニット。
    Ｘ≧［（Ｌ１＋Ｌ２）ｎ√｛１−（１／ｎ²）｝］／２・・・（２）
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の照明ユニットを備えることを特徴とするバックライト装置。
12. 前記照明ユニットを複数備え、
    複数の前記照明ユニットは、平面的に配置されており、
    前記照明ユニットの導光体の導光部は、隣接する前記照明ユニットの導光体の光出射部と重なるように配置されていることを特徴とする請求項１１に記載のバックライト装置。
13. 請求項１１または１２に記載のバックライト装置と、
    前記バックライト装置に照明される表示パネルとを備えることを特徴とする表示装置。

Images