JP2011216281A - 回折格子を利用した導光板及び液晶テレビ用直下型バックライト装置 - Google Patents

Abstract

【目的】導光板の高機能化及び多機能化により面状発光効率と均一発光性を向上させ、点光源ＬＥＤ群を用いてその射出光を拡散させて高効率に白色化でき、且つフレネル損を増幅させる多くの拡散板、拡散シート（フィルム）、プリズムシート、有効なＳ波又はＰ波を再利用する干渉板、拡散レンズ等の部品点数を削減でき、液晶テレビの省エネルギー化、低価格化、薄型化を実現できる導光板及びそれを用いた液晶テレビ用バックライト装置を提供することを目的としている。
【構成】液晶テレビ用の液晶パネル５の直下に配置され、互いに積層状に配置された一組の透明体からなる導光板を含み、前記導光板を形成する上導光板１及び下導光板２と、光源用ＬＥＤ基板９により構成されている。各透明体の出射面にはサーフェスリリーフ回折格子３、４が形成され、各入射面側には、アナモルフィックレンズアレイ１１、１２が一体的に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回折格子を利用した導光板及び液晶テレビ用直下型バックライト装置に関し、特には、サーフェスリリーフ回折格子を用いて面状発光効率と均一発光性を向上させた導光板及びそれを用いた液晶テレビ用直下型バックライト装置に関する。

映像表示装置やモニタ等に使用される液晶パネルには、照明装置としてバックライト装置が使用されている。バックライト装置には、大きく分けて、エッジライト方式と直下型方式がある。光源には冷陰極管（蛍光灯）が使用されていたが、近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用したバックライト装置が出現している。特に、液晶テレビにおいては、蛍光灯バックライトによる水銀環境阻害の問題が発生しているため、ＬＥＤ光源への切り替えが急務となっている。

エッジライト方式のバックライト装置においては、例えば、特許文献１に開示されているように、導光板のエッジから光源の光を入光させて面状発光を射出させる。このエッジライト方式のバックライト装置を液晶テレビに適用すると、導光板のエッジから光源の光を入光させるため、エッジにおける余熱対策を必要とし、ローカルディミング（Ｌｏｃａｌ Ｄｉｍｍｉｎｇ）による省エネルギー化の困難性や画像品位が向上しにくいといった問題があり、液晶テレビなどには直下型方式のバックライト装置を使用するのが好ましい。

図９は従来の液晶テレビ用直下型バックライト装置を示す。
液晶パネル４０の裏側には、拡散板４１及ＬＥＤ搭載基板４４が配設されている。拡散板４１の出射面には、拡散フィルム４２及び反射型偏光性フィルム４３が配置されている。拡散板４１に代えてプリズムシートを使用する場合もある。基板４４には複数個のＬＥＤ４５が実装され、各ＬＥＤ４５には拡散用凹レンズ４６が配置されている。ＬＥＤ４５はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色ＬＥＤからなり、三色合成により白色光が得られる。ＬＥＤ４５からの光は凹レンズ４６により拡散され、その拡散光は拡散板４１、拡散フィルム４２及び反射型偏光性フィルム４３により面状に拡散されて液晶パネル４０に照射される。反射型偏光性フィルム４３は有効なＳ波又はＰ波を再利用する干渉板からなる。

特開平５−１２７１５７号公報

上記の直下型バックライト装置では、ＬＥＤ光の拡散、色バラツキ等のための拡散板４１、拡散フィルム４２、反射型偏光性フィルム４３、拡散用凹レンズ４６を必要としている。しかしながら、これらの光学部品点数が多いと、面状発光を得る過程で、入光及び出光の光損失（フレネル損）が大きくなる問題を生じた。光損失が大きくなると、高価な三色ＬＥＤモジュールのＬＥＤ４５を余分に多数個使用しなければならず、光学部品点数が多いことも併せてバックライト装置、及びそれを用いた液晶テレビのコストアップを招来していた。特に、従来のレンズ及びフィルムによる拡散処理では色座標のバラツキを十分に抑制することができないため、三色ＬＥＤモジュールに代えて比較的安価な白色ＬＥＤ部品を使用することができなかった。しかも、ＬＥＤ４５を多数個使用することは液晶テレビ自体の省エネルギー化の促進を阻害する要因になり、更に、光学部品点数が多いことによりバックライト装置が大型化し、液晶テレビの薄型化を困難にしていた。殊に、特殊な光学フィルムである拡散フィルム４２や反射型偏光性フィルム４３も高価な部材であり、これらを使用することも低価格化の妨げになっていた。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、導光板の高機能化及び多機能化により面状発光効率と均一発光性を向上させ、点光源ＬＥＤ群を用いたときその射出光を拡散させて高効率に白色化でき、しかも、フレネル損を増幅させる多くの拡散板、拡散シート（フィルム）、プリズムシート、有効なＳ波又はＰ波を再利用する干渉板、拡散レンズ等の部品点数を削減でき、液晶テレビの省エネルギー化、低価格化、薄型化を実現できる導光板及びそれを用いた液晶テレビ用バックライト装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の形態は、光源からの光を入射面に入射させて出射面側に導波させ、前記出射面から面状に光を射出する、少なくとも１つの透明体からなる導光板において、少なくとも前記出射面にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向又は垂直方向に分岐させた回折光として面状の光を射出する導光板である。

本発明の第２の形態は、第１の形態において、アナモルフィックレンズアレイを少なくとも前記入射面側に一体的に配置し、前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向又は垂直方向に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させて、前記サーフェスリリーフ回折格子による色分散を白色化する導光板である。

本発明の第３の形態は、第１又は第２の形態において、前記透明体の表裏にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、且つ、表側の回折格子の配列方向を裏側の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせ、粒径１〜１００μｍの拡散剤を前記透明体に内在させて、前記透明体内部の回折光を拡散させる導光板である。

本発明の第４の形態は、第１、第２又は第３の形態において、互いに積層状に配置された一組の透明体からなり、夫々の前記透明体の前記出射面にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、且つ、一方の透明体の回折格子の配列方向を他方の透明体の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせ、前記一方の透明体において、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向に分岐させた回折光として射出させると共に、前記他方の透明体において、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により垂直方向に分岐させた回折光として射出させる導光板である。

本発明の第５の形態は、第４の形態において、夫々の前記透明体の前記入射面側にアナモルフィックレンズアレイを一体的に配置し、前記一方の透明体の前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させると共に、前記他方の透明体の前記サーフェスリリーフ回折格子により垂直方向に連続状に分岐するにおける回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させた導光板である。

本発明の第６の形態は、第１〜第５のいずれかの形態において、前記透明体及び前記サーフェスリリーフ回折格子を射出成形法又は熱転写法により成型加工した導光板である。

本発明の第７の形態は、第１〜第６のいずれかの形態において、前記透明体は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）のいずれかの光透過性樹脂からなる導光板である。

本発明の第８の形態は、第１〜第７のいずれかの形態において、前記光源は白色ＬＥＤ素子、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色ＬＥＤ又はＲ、Ｇ、Ｂに他の発光色ＬＥＤを加えたＬＥＤ群から構成された導光板である。

本発明の第９の形態は、液晶パネルに対し前記光源からの光により照明する液晶テレビ用直下型バックライト装置であって、第１〜第８の形態のいずれかに係る導光板を、前記液晶パネルと前記光源との間に配置し、前記導光板から射出される面状の光により前記液晶パネルを照明する液晶テレビ用直下型バックライト装置である。

本発明の第１０の形態は、第９の形態において、前記透明体の前記出射面に対向配置した、前記サーフェスリリーフ回折格子による色分散を白色化する光拡散シートを有する液晶テレビ用直下型バックライト装置である。

本発明の第１の形態によれば、少なくとも前記出射面にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向又は垂直方向に分岐させた回折光として面状の光を射出するので、前記透明体に形成した前記サーフェスリリーフ回折格子により高効率且つ均一な面状発光を行え、図９に示した従来の凹レンズ４６によるレンズ系装置構成と比較して、光源光の拡散（分岐）、配光等において高機能化を実現でき、しかもレンズ、拡散フィルム（シート）、押し出し板等と同様の成形機能も有した多機能化を実現することができる。
従って、本発明においては、従来のレンズ系装置構成に要した多数の光学部品を削減できるので、各種部品による入光及び出光の光損失をなくすことができる。即ち、液晶テレビ用バックライト部材で高価な特殊光学フィルムを使用しなくて済むなどして大幅な低価格化を実現することができる。また、上記多機能化により前記サーフェスリリーフ回折格子を前記透明体と一体的に成形加工することができるので、製造コストの低減を図ることができる。更に、前記サーフェスリリーフ回折格子の上記高機能化により色座標のバラツキを補完することができるので、本発明に係る導光板を液晶テレビ用直下型バックライト装置に適用したときにＬＥＤモジュールより安価な白ＬＥＤを使用することによってＬＥＤ点光源の低価格化を実現することができる。

本発明におけるサーフェスリリーフ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｅｌｉｅｆ）回折格子は、３次元的に形成される体積型回折格子と異なり、凹凸状の溝が所定の配列方向に沿って並設して刻設された回折格子である。溝形状には、鋸歯形、正弦波形、矩形等を使用することができる。

本発明の第２の形態によれば、アナモルフィックレンズアレイを少なくとも前記入射面側に一体的に配置し、前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向又は垂直方向に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させて、前記サーフェスリリーフ回折格子による色分散を白色化するので、前記光源からの入射した光は前記アナモルフィックレンズのレンズ効果により前記短軸方向に拡がり、更に、前記透明体内の光路を導波して前記サーフェスリリーフ回折格子により四方に多次分岐され、面状により均一に拡散された光を射出する導光板を得ることができる。

本発明におけるアナモルフィックレンズアレイは、集光断面方向が設定可能であり、所定の方向に集光機能を具備したアナモルフィックレンズからなる。アナモルフィックレンズは、高さ方向と幅方向の曲率が異なり、レンズの曲率半径が小さく設定された集光断面方向（短軸方向）と曲率が大きく設定された非集光断面方向（長軸方向）を有し、所定の方向に異なる集光機能が付与された半円や楕円形状等の微小レンズ体である。入射光はアナモルフィックレンズにより前記集光断面方向（短軸方向）に集束されると共に、前記回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させた前記サーフェスリリーフ回折格子により四方に多次分岐されて、色分散を白色化でき、光損失を伴うことなく面状の射出光量の均一化及び高輝度化を図ることができる。なお、前記導光板の成形に際して、アナモルフィックレンズアレイを、例えば射出成形により前記透明体と一体的に成形して内在させることができる。

本発明の第３の形態によれば、前記透明体の表裏にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、且つ、表側の回折格子の配列方向を裏側の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせ、粒径１〜１００μｍの拡散剤を前記透明体に内在させて、前記透明体内部の回折光を拡散させるので、前記光源からの入射した光は、前記入射面側のサーフェスリリーフ回折格子により四方に多次分岐されて、前記拡散剤により拡散されながら前記透明体内の光路を導波し、前記出射面側のサーフェスリリーフ回折格子により四方に多次分岐され、より均一に面状に拡散された光を射出する導光板を得ることができる。

前記第３の形態は、単一の透明体を用いて、表側の回折格子の配列方向を裏側の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせた、一組のサーフェスリリーフ回折格子を形成し、前記入射面と前記射出面の間で回折分岐を行わせる導光板の場合であるが、一組の透明体を用いて、夫々の透明体に上記配列方向の異なるサーフェスリリーフ回折格子を形成して構成することができる。即ち、本発明の第４の形態によれば、互いに積層状に配置された一組の透明体からなり、夫々の前記透明体の前記出射面にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、且つ、一方の透明体の回折格子の配列方向を他方の透明体の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせ、前記一方の透明体において、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向に分岐させた回折光として射出させると共に、前記他方の透明体において、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により垂直方向に分岐させた回折光として射出させるので、各透明体を順々に導波させて回折分岐を行わせ、面状に均一拡散された光を射出する導光板を得ることができる。

本発明の第５の形態によれば、夫々の前記透明体の前記入射面側にアナモルフィックレンズアレイを一体的に配置し、前記一方の透明体の前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させると共に、前記他方の透明体の前記サーフェスリリーフ回折格子により垂直方向に連続状に分岐するにおける回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させたので、一組の透明体を用いて各透明体を順々に導波させながら、入射時及び射出時に前記アナモルフィックレンズのレンズ効果により前記短軸方向に拡がり、各透明体内の光路を導波して各サーフェスリリーフ回折格子により四方に多次分岐され、より均一に面状に拡散された光を射出する導光板を得ることができる。

本発明に係る導光板の主要構成は、従来のレンズや拡散フィルム（シート）等を使用することなく、前記透明体に形成した前記サーフェスリリーフ回折格子からなり、これらの構成部材からレンズ、拡散フィルム（シート）、押し出し板等と同様の成形機能も有した多機能化を実現することができる。即ち、本発明の第６の形態によれば、上記多機能化により前記透明体及び前記サーフェスリリーフ回折格子を射出成形法又は熱転写法により一体成型加工することができるので、導光板の部品点数の削減と製造コストの低減を図り、本発明係る導光板を用いた直下型バックライト装置及びそれを用いた液晶テレビの低価格化を実現することができる。

本発明の第７の形態によれば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）のいずれかの光透過性樹脂を用いることにより、前記透明体と前記サーフェスリリーフ回折格子を射出成形法又は熱転写法により一体成型加工して、導光板の製造コストの低減を図ることができる。

本発明の第８の形態によれば、前記光源は白色ＬＥＤ素子、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色ＬＥＤ又はＲ、Ｇ、Ｂに他の発光色ＬＥＤを加えたＬＥＤ群のいずれかから構成されたので、白色ＬＥＤ素子等のからの白色光又はＲＧＢ光を回折分岐させてより均一な面状発光を行わせ、あるいは前記ＲＧＢ光を混合して均一な白色光に変換して、高輝度な白色光源に好適な導光板を提供することができる。特に、前記光源が上記の発光ダイオードから構成されるので、消費電力が小さく、極めてエネルギー効率の高い白色光の直下型バックライト装置等の光照射装置を実現することができる。

本発明の第９の形態によれば、液晶パネルに対し前記光源からの光により照明する液晶テレビ用直下型バックライト装置であって、第１〜第８の形態のいずれかに係る導光板を、前記液晶パネルと前記光源との間に配置し、前記導光板から射出される面状の光により前記液晶パネルを照明するので、少ない光学部品点数で光損失を生じず、直下型バックライト装置の低価格化を実現することができる。

本発明の第１０の形態によれば、前記サーフェスリリーフ回折格子による色分散を白色化する光拡散シートを前記透明体の前記出射面に対向配置するので、前記光拡散シートの部材は要するものの光学部品点数全体としては大幅な増大とはならず、光損失の発生に影響することなく、高効率に面状発光を行って、より均一な面状発光を射出する直下型バックライト装置を提供することができる。

本発明に係る液晶テレビ用直下型バックライト装置の全体構成を示す外観斜視図である。 前記直下型バックライト装置の側面構成図である。 サーフェスリリーフ回折格子の形状図とその回折スポットアレイ図である。 下導光板２によるＬＥＤ光の均一化特性を検証するための検証実験の配置図である。 上導光板１及び下導光板２によるＬＥＤ光の均一化特性を検証するための検証実験の配置図である。 ４インチサイズの液晶パネルにおける発光分布状態を示す図である。 本発明の別の実施例である液晶テレビ用直下型バックライト装置の全体構成を示す外観斜視図である。 本発明の更に別の実施例である液晶テレビ用直下型バックライト装置の全体構成を示す外観斜視図である。 従来の直下型バックライト装置の側面構成図である。

以下、本発明に係る液晶テレビ用直下型バックライト装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態に係る直下型バックライト装置の全体を示す。図２は直下型バックライト装置の側面構成を示す。
本実施形態に係る直下型バックライト装置は、液晶テレビ用の液晶パネル５の直下に配置され、互いに積層状に配置された一組の透明体からなる導光板を含み、前記導光板を形成する一対の上導光板１及び下導光板２と、光源用ＬＥＤ基板９により構成されている。液晶パネル５の表裏には偏光板６、７が配設されている。液晶パネル５の画像表示面側には光拡散板８が配設されている。
なお、図面では、主にバックライト装置の構成を示し、液晶パネル５の駆動回路部材やＬＥＤ基板９のＬＥＤ駆動回路等は省略している。図２においては光拡散板８を省略している。

上導光板１及び下導光板２は、夫々、全体として扁平矩形状の透明体からなり、各透明体はアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）により成形加工されている。透明体素材としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）のいずれかの光透過性樹脂を使用することができる。夫々の透明体の出射面にはサーフェスリリーフ回折格子３、４が形成されている。上導光板１のサーフェスリリーフ回折格子３の配列方向Ａは下導光板２のサーフェスリリーフ回折格子４の配列方向Ｂと直交する向きに積層配置されている。サーフェスリリーフ回折格子３、４は射出成形法により、導光板本体の透明体の成形と共に一体成型加工される。

上導光板１及び下導光板２の各入射面側には、アナモルフィックレンズアレイ１１、１２が一体的に配置されている。アナモルフィックレンズアレイ１１、１２は微小アナモルフィックレンズ群からなり、各アナモルフィックレンズは、楕円形状を有し、長軸ａ方向の曲率が大きく、短軸ｂ方向の曲率が小さくなるように設計されており、短軸ｂ方向が集光方向に対応する。上導光板１のサーフェスリリーフ回折格子３により垂直方向（透明体の平面上のＹ方向）に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向Ａをアナモルフィックレンズの短軸ｂに一致させている。下導光板２のサーフェスリリーフ回折格子４により水平方向（透明体の平面上のＸ方向）に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向Ｂをアナモルフィックレンズの短軸ｂに一致させている。アナモルフィックレンズアレイ１１、１２はサーフェスリリーフ回折格子３、４及び透明体の成形時に射出成形法により一体成型加工される。

ＬＥＤ基板９には、多数個の白色ＬＥＤチップ部品１０がマトリクス状に実装されている。白色ＬＥＤチップ部品１０の実装間隔は５０〜８０ｍｍである。白色ＬＥＤチップ部品１０には例えば、約１１４°の放射角度の指向特性を有するものを使用する。例えば、３７インチサイズの液晶パネルを照明する場合には、約１００個の白色ＬＥＤチップ部品１０を搭載する。

下導光板２のサーフェスリリーフ回折格子４は白色ＬＥＤ光の入射光をアナモルフィックレンズアレイ１２により拡散させた光に対して同じ水平方向に回折分岐させる回折分岐作用を及ぼす。上導光板１は下導光板２を９０°回転した状態にあるので、サーフェスリリーフ回折格子３は下導光板２からの入射光をアナモルフィックレンズアレイ１１により拡散させた光に対して同じ垂直方向に回折分岐させる回折分岐作用を及ぼす。

上記構成の直下型バックライト装置において、複数個の白色ＬＥＤチップ部品１０からの白色光は、透明プラスチック製の透明体の中でＬＥＤの配光特性によって光路が拡がった光となって、上導光板１及び下導光板２を順々に導波しながら、入射時及び射出時に各アナモルフィックレンズのレンズ効果により前記短軸方向に拡がり、各透明体内の光路を導波して各サーフェスリリーフ回折格子３、４により四方に多次分岐され、より均一に面状に拡散された光を射出することができる。

サーフェスリリーフ回折格子３、４は、凹凸状の溝が所定の配列方向に沿って並設して刻設された回折格子からなり、溝形状には、鋸歯形、正弦波形、矩形等を使用することができる。
図３は略正弦波形状のサーフェスリリーフ回折格子の一例を示す。図３の（３Ａ）に示すように、このサーフェスリリーフ回折格子は深さが約１．３μｍ、格子間隔が２００μｍの略正弦波形状を有する。図３の（３Ｂ）は、例えば、光源がレーザー光のように、単色光で、配光分布がない場合に、（３Ａ）のサーフェスリリーフ回折格子によって得られる回折スポットアレイを示す。このサーフェスリリーフ回折格子によれば、１３の回折次数に分岐した回折スポットアレイが得られる。白色ＬＥＤ光源の場合には、分光と配光分布によって、（３Ｂ）より複雑な回折スポットアレイとなる。

図４は下導光板２によるＬＥＤ光の均一化特性を検証するための検証実験の配置図である。この検証実験は上導光板１又は下導光板２の夫々によるＬＥＤ光の均一化を確認するための実験であり、図４は下導光板２の検証実験を示す。下導光板２によるＬＥＤ光の均一化特性は、ＬＥＤ基板９の上方に下導光板２を配置した状態で、評価用拡散シート１３を対向配置し、白色ＬＥＤチップ部品１０を点灯することにより、評価用拡散シート１３の発光状態を確認して検証することができる。図４に示すように、サーフェスリリーフ回折格子４の回折分岐作用により、アナモルフィックレンズアレイ１２により拡散させた光が水平方向に回折分岐して、評価用拡散シート１３に水平方向縞状の発光帯１４が現れる。各発光帯１４の間隔は白色ＬＥＤチップ部品１０のＹ方向実装間隔Ｌｙに対応する。各発光帯１４には、白色ＬＥＤチップ部品１０のＸ方向実装間隔Ｌｘ毎に発光量が大きくなる濃淡模様が生じないように、サーフェスリリーフ回折格子４及びアナモルフィックレンズアレイ１２の回折及び拡散性能を設計する。従って、本実施形態においては、上導光板１又は下導光板２において、垂直方向に縞状に並んだ複数の発光帯１４群が白色ＬＥＤチップ部品１０の実装位置に対応して一定間隔で並んだ状態で生ずるので、ＬＥＤ光を均一に回折分岐できていることを確認することができた。

図５は上導光板１及び下導光板２によるＬＥＤ光の均一化特性を検証するための検証実験の配置図である。図４の検証実験と同様にして、上導光板１及び下導光板２の上方に評価用拡散シート１５を対向配置し、白色ＬＥＤチップ部品１０を点灯することにより評価用拡散シート１５の発光状態（図５においては全面黒塗りで示している）を確認して検証することができる。
図６は４インチサイズの液晶パネルにおける発光分布状態を検証した検証結果を示す。この検証実験では、光源として、図６の（６Ｃ）に示すように、合計６個の白色ＬＥＤチップ部品１７を２列に配置したＬＥＤ基板１６を使用した。図６の（６Ｂ）は図４の検証と同様にして、サーフェスリリーフ回折格子４の回折分岐作用により、評価用拡散シート１３に現れた縞状の発光帯１４の立体分布を示す。下導光板２によって、各ＬＥＤ配列方向に沿った発光分布１８、１９が生ずる。図６の（６Ａ）は図５の検証と同様にして、上導光板１及び下導光板２によって評価用拡散シート１５に現れた水平方向及び垂直方向の発光分布２０、２１を示す。発光分布２０、２１は、上導光板１及び下導光板２によって、夫々の透明体を導波した拡散光が水平方向及び垂直方向に回折分岐されることにより平面上に均一な発光分布を形成している。

上記のＬＥＤ光の均一化特性を検証結果から明らかなように、本実施形態に係る直下型バックライト装置によれば、ＬＥＤ基板９の点光源ＬＥＤ群からの光をアナモルフィックレンズアレイ１１、１２のレンズ効果により拡散させて、透明プラスチック製透明体中でＬＥＤの配光特性によって光路を拡げ、上導光板１及び下導光板２に互いに配列方向が直交して形成したサーフェスリリーフ回折格子３、４により、多次数状に、更に拡げられて、ＬＥＤ点光源を面状に拡がった白色光源に変換することができる。従って、本実施形態直下型バックライト装置においては、従来のレンズ系装置構成（図９参照）に要した多数の光学部品を削減できるので、各種部品による入光及び出光の光損失をなくすことができる。即ち、液晶テレビ用バックライト部材で高価な特殊光学フィルムを使用しなくて済むなどして大幅な低価格化を実現することができる。また、サーフェスリリーフ回折格子３、４を透明体と一体的に成形加工することができるので、製造コストの低減を図ることができる。特に、サーフェスリリーフ回折格子３、４により、色座標のバラツキを補完することができるので、ＬＥＤモジュールより安価な白ＬＥＤを使用することによって液晶テレビの低価格化に寄与する。
更に、従来のレンズ系装置構成（図９参照）と比較して、拡散フィルム（シート）等を必要とせず、より薄型の直下型バックライト装置を構成することができる。図１に示すように、上導光板１と液晶パネル５との間隔ｔ１は２ｍｍ程度であり、上導光板１及び下導光板２の各厚さが１．５ｍｍであり、下導光板２とＬＥＤ基板９の間隔ｔ２が１２〜１５ｍｍ程度になり、バックライト装置の全厚さが１７〜２０ｍｍと薄くなる。これは従来の場合の厚さ３６ｍｍと比較して大幅に薄くなっており、液晶テレビの薄型化に寄与する。

図７は本発明の別の実施例である液晶テレビ用直下型バックライト装置の全体構成を示す。図７において、図１と同一部材には同一の符号を付している。
図７の実施例は、単一の透明体を用いて、表側のサーフェスリリーフ回折格子２４の配列方向を裏側のサーフェスリリーフ回折格子２３の配列方向に対し９０°異ならせた一組のサーフェスリリーフ回折格子を形成し、入射面と射出面の間で回折分岐を行わせる導光板２２である。サーフェスリリーフ回折格子２３、２４による色分散を白色化する光拡散シート２５が導光板２２の出射面に対向配置されている。

この実施例によれば、単一の透明体により構成されているので、より簡素化、薄型化された直下型バックライト装置を得ることができる。更に、この実施例では、光拡散シート２５を配置してサーフェスリリーフ回折格子２３、２４による色分散を白色化しているので、光拡散シート２５の部材は要するものの光学部品点数全体としては大幅な増大とはならず、光損失の発生に影響することなく、高効率に面状発光を行って、より均一な面状発光を射出する直下型バックライト装置を実現することができる。

図８は本発明の更に別の実施例である液晶テレビ用直下型バックライト装置の全体構成を示す。
図８の実施例は、図７の実施例と同様に、単一の透明体を用いて、表側のサーフェスリリーフ回折格子２８の配列方向を裏側のサーフェスリリーフ回折格子２７の配列方向に対し９０°異ならせた一組のサーフェスリリーフ回折格子を形成し、入射面と射出面の間で回折分岐を行わせる導光板２６である。図７と相違するのは、光拡散シート２５に代えて、また、図１の直下型バックライト装置のアナモルフィックレンズアレイ１１、１２に代えて、透明体内部に予め、粒径１〜１００μｍの球状拡散剤２９を内在させている。球状拡散剤は成形樹脂に混入させて成形時に混在させることができる。

この実施例によれば、球状拡散剤２９により透明体内部の回折光を拡散させるので、ＬＥＤ基板９から入射した光は、入射面側のサーフェスリリーフ回折格子により四方に多次分岐されて、球状拡散剤２９により拡散、白色化されながら透明体内の光路を導波し、出射面側のサーフェスリリーフ回折格子２８により四方に多次分岐され、より均一に面状に拡散された白色光を射出することができる。

本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。

この発明によれば、少ない部品点数により、光損失をなくして面状発光効率と均一発光性を向上させ、バックライト光源に白色ＬＥＤ部品を使用した液晶テレビなどにおける省エネルギー化、低価格化及び薄型化を促進することができる。

１ 上導光板
２ 下導光板
３ サーフェスリリーフ回折格子
４ サーフェスリリーフ回折格子
５ 液晶パネル
６ 偏光板
７ 偏光板
８ 光拡散板
９ ＬＥＤ基板
１０ 白色ＬＥＤチップ部品
１１ アナモルフィックレンズアレイ
１２ アナモルフィックレンズアレイ
１３ 評価用拡散シート
１４ 発光帯
１５ 評価用拡散シート
１６ ＬＥＤ基板
１７ 白色ＬＥＤチップ部品
１８ 発光分布
１９ 発光分布
２０ 発光分布
２１ 発光分布
２２ 導光板
２３ サーフェスリリーフ回折格子
２４ サーフェスリリーフ回折格子
２５ 光拡散シート
２６ 導光板
２７ サーフェスリリーフ回折格子
２８ サーフェスリリーフ回折格子
２９ 球状拡散剤

Claims (10)

1. 光源からの光を入射面に入射させて出射面側に導波させ、前記出射面から面状に光を射出する、少なくとも１つの透明体からなる導光板において、少なくとも前記出射面にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向又は垂直方向に分岐させた回折光として面状の光を射出することを特徴とする導光板。
2. アナモルフィックレンズアレイを少なくとも前記入射面側に一体的に配置し、前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向又は垂直方向に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させて、前記サーフェスリリーフ回折格子による色分散を白色化する請求項１に記載の導光板。
3. 前記透明体の表裏にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、且つ、表側の回折格子の配列方向を裏側の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせ、粒径１〜１００μｍの拡散剤を前記透明体に内在させて、前記透明体内部の回折光を拡散させる請求項１又は２に記載の導光板。
4. 互いに積層状に配置された一組の透明体からなり、夫々の前記透明体の前記出射面にサーフェスリリーフ回折格子を形成し、且つ、一方の透明体の回折格子の配列方向を他方の透明体の回折格子の配列方向に対し９０°異ならせ、前記一方の透明体において、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向に分岐させた回折光として射出させると共に、前記他方の透明体において、前記入射面に入射した光を前記サーフェスリリーフ回折格子により垂直方向に分岐させた回折光として射出させる請求項１、２又は３に記載の導光板。
5. 夫々の前記透明体の前記入射面側にアナモルフィックレンズアレイを一体的に配置し、前記一方の透明体の前記サーフェスリリーフ回折格子により水平方向に連続状に分岐する回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させると共に、前記他方の透明体の前記サーフェスリリーフ回折格子により垂直方向に連続状に分岐するにおける回折スポット群の配列方向を前記アナモルフィックレンズの短軸に一致又は略一致させた請求項４に記載の導光板。
6. 前記透明体及び前記サーフェスリリーフ回折格子を射出成形法又は熱転写法により成型加工した請求項１〜５のいずれかに記載の導光板。
7. 前記透明体は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）のいずれかの光透過性樹脂からなる請求項１〜６のいずれかに記載の導光板。
8. 前記光源は白色ＬＥＤ素子、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色ＬＥＤ又はＲ、Ｇ、Ｂに他の発光色ＬＥＤを加えたＬＥＤ群から構成された請求項１〜７のいずれかに記載の導光板。
9. 液晶パネルに対し前記光源からの光により照明する液晶テレビ用直下型バックライト装置であって、請求項１〜８のいずれかに記載の導光板を、前記液晶パネルと前記光源との間に配置し、前記導光板から射出される面状の光により前記液晶パネルを照明することを特徴とする液晶テレビ用直下型バックライト装置。
10. 前記透明体の前記出射面に対向配置した、前記サーフェスリリーフ回折格子による色分散を白色化する光拡散シートを有する請求項９に記載の液晶テレビ用直下型バックライト装置。

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