JP2015041439A - 照明装置およびそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を両側点灯から片側点灯へ切り換えるために他方の光源を消灯しても、一方の観察者から視た表示面の幅方向の輝度分布を均一にすることが可能な照明装置およびそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】照明装置１０は、光源１ａ，１ｂと、導光板２と、鏡面反射シート３と、導光板２の出光面２ａまたは出光面２ａと対向する面に入光面に対して平行な方向に延びるように複数形成されそれぞれの断面が台形状の反射プリズム２１と、出光面２ａに形成された複数の反射ドット２２とを備えている。複数の反射プリズム２１の台形状の突出量は、導光板２の幅方向中央部が最も大きく、導光板２の幅方向端部側へ行く程減少するように形成され、複数の反射プリズム２１の台形状の突出量、複数の反射プリズム２１の配列ピッチ、および複数の反射ドットの密度分布が、導光板２の幅方向の中心面Ａに対して面対称となるように形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光源を両側点灯または片側点灯に切り換え可能な照明装置およびそれを備えた表示装置に関するものである。

従来の照明装置を備えた液晶ディスプレイなどの表示装置は、照明装置としてエッジライトタイプのバックライトユニットを備えている。このような表示装置は、例えば、車載用センターコンソールに設置され、運転席と助手席の２つの主たる表示方向を有している。

例えば、特許文献１には、入光面および凹溝を有する導光板と、光源と、指向性調整シートとを備えたバックライトユニット、およびそれを備えた表示装置が開示されている。一対の入光面が導光板の対向する側面に設けられ、光源が入光面に対してそれぞれ接近して設けられている。また、凹溝が導光板の出光面または出光面と対向する面に、光源の配置軸と平行に複数設けられている。さらに、導光板の出光面側に、指向性を調整する指向性調整シートを配設してバックライトユニットが構成されている。

この表示装置では、光源を両側点灯または片側点灯に切り換えることで、観察者は、２方向または１方向から表示画像を視ることが可能になる。一方の表示方向に観察者がいない場合は、その方向へ光を放射する光源を消灯し、他方の表示方向用の光源のみを点灯することで、電力の消費を削減することを可能としている。

また、特許文献２には、導光板の裏面に光源の列と平行に延びる、断面形状が台形状のプリズムが複数形成され、隣り合う台形状プリズムの突出量が、導光板の幅方向中央部で最も大きく、光源に近い左右端部（幅方向両端部）に近いほど小さくなるように形成された光源装置であるバックライトユニット、およびそれを備えた表示装置が開示されている。これにより、導光板において点灯している光源からの距離が近い領域よりも遠い領域の方が導光板からの光放射量が多くなる輝度分布を実現している。

特開２００８−９１２８７号公報 特許第４３１７３５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、光源を両側点灯から片側点灯へ切り換えるために他方の光源を消灯した場合、導光板の中を伝播する光量は、点灯している光源の近傍では多く、遠くなるにつれて少なくなる。このため、左右方向（幅方向）の輝度分布が均一ではなくなるという問題点があった。

また、特許文献２に記載の装置では、点灯している光源の近傍では放射光量が少ないため、輝度分布を均一にするためには、両側の光源を同時に点灯させる必要があった。

そこで、本発明は、光源を両側点灯から片側点灯へ切り換えるために他方の光源を消灯しても、一方の観察者から視た表示面の幅方向の輝度分布を均一にすることが可能な照明装置およびそれ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、出光面としての主面と前記出光面にそれぞれ直交し対向する２つの入光面としての側面を有する導光板と、前記導光板の入光面にそれぞれ対向する２つの光源と、前記導光板の出光面と対向する面側に配置された反射シートと、前記導光板の出光面または当該出光面と対向する面に、前記入光面に対して平行な方向に延びるように複数形成され、かつ、それぞれの断面が台形状の反射プリズムと、前記出光面に形成された複数の反射ドットとを備え、前記複数の反射プリズムの台形状の突出量は、前記導光板の幅方向中央部が最も大きく、前記導光板の幅方向端部側へ行く程減少するように形成され、前記複数の反射プリズムの台形状の突出量、前記複数の反射プリズムの配列ピッチ、および前記複数の反射ドットの密度分布が、前記導光板の幅方向の中心面に対して面対称となるように形成されたものである。

また、本発明に係る表示装置は、照明装置をバックライトとして備えたものである。

本発明によれば、照明装置は、出光面としての主面と出光面にそれぞれ直交し対向する２つの入光面としての側面を有する導光板と、導光板の入光面にそれぞれ対向する２つの光源と、導光板の出光面と対向する面側に配置された反射シートと、導光板の出光面または当該出光面と対向する面に、入光面に対して平行な方向に延びるように複数形成され、かつ、それぞれの断面が台形状の反射プリズムと、出光面に形成された複数の反射ドットとを備えた。

したがって、２つの光源からそれぞれ入光面を介して導光板に入射した光は、導光板内を伝播して導光板の対向する２つの入光面を結ぶ線の方向である出光面の幅方向における一端側と他端側のうち、当該入光面から遠い方向へ傾いた方向へそれぞれ放射される。このため、２つの光源をそれぞれ独立に点灯/消灯することで光放射方向を切り換え可能である。

また、複数の反射プリズムの台形状の突出量は、導光板の幅方向中央部が最も大きく、導光板の幅方向端部側へ行く程減少するように形成され、複数の反射プリズムの台形状の突出量、複数の反射プリズムの配列ピッチ、および複数の反射ドットの密度分布が、導光板の幅方向の中心面に対して面対称となるように形成された。

したがって、導光板の幅方向において点灯している光源から遠くなるにつれて、反射プリズムを介した放射光が増大するとともに、反射ドットを介した放射光が減少する。このため、放射光は、導光板の幅方向において均一となり、片方の光源点灯時にも観察者から視た照明装置の幅方向の輝度分布を均一にすることが可能である。

実施の形態１に係る照明装置およびそれを備えた表示装置を下方向から視た分解斜視図である。 実施の形態１に係る照明装置およびそれを備えた表示装置の要部を示す断面図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板の断面図と底面図である。 実施の形態１に係る照明装置の光放射量の面内分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板における反射プリズムの位置関係を示す断面模式図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板における反射プリズムの突出量の増加量の分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板の厚さの分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の反射プリズムを介した導光板からの放射光量の分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置においてシミュレーションを行う際に用いた導光板の厚さの分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置においてシミュレーションを行う際に用いた導光板の反射ドットの密度分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板からの放射光量の分布を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板の製造に用いる射出成形用金型の加工方法を示す模式図である。 実施の形態１に係る表示装置の理想的な光放射角度を示す模式図である。 実施の形態１に係る照明装置のプリズムシートを用いた光の偏向を説明する模式図である。 実施の形態１に係る照明装置のプリズムシートを用いた光の偏向を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の導光板からの放射光の配光特性を示すグラフを図示した図である。 実施の形態１に係る照明装置の放射光の配光特性を示すグラフを図示した図である。 実施の形態２に係る照明装置の導光板の製造に用いる射出成形用金型の加工方法を示す模式図である。 実施の形態２の変形例に係る照明装置の導光板の製造に用いる射出成形用金型の加工方法を示す模式図である。

＜実施の形態１＞
（装置の構成）
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る照明装置１０およびそれを備えた表示装置を下方向から視た分解斜視図であり、図２は、照明装置１０およびそれを備えた表示装置の要部を示す断面図である。

図１と図２に示すように、表示装置は、液晶表示パネル２０と、照明装置１０と、電源３０ａ，３０ｂとを備えている。照明装置１０は、表示装置においてバックライトとして用いられ、光源１ａ，１ｂと、導光板２と、鏡面反射シート３（反射シート）と、プリズムシート４と、拡散シート５と、偏光反射シート６とを備えている。

導光板２は、光源１ａ，１ｂと対向する一対の入光面としての側面と、出光面としての主面とを備えている。導光板２は、さらに、複数の反射プリズム２１と複数の反射ドット２２とを備えているが、反射プリズム２１と反射ドット２２の詳細については後述することとする。鏡面反射シート３は、鏡面反射機能を有するシート状部材であり、導光板２の裏面側（出光面２ａと対向する裏面２ｂ側）に配置されている。ここで、図１と図２において、光源１ａ，１ｂにそれぞれ対向する２つの入光面を結ぶ線の方向（言い換えると左右方向）を導光板２の幅方向と言うことにする。また、図１において光源１ａが並ぶ方向（図２において紙面に垂直な方向）を導光板２の縦方向と言うことにする。

光源１ａ，１ｂは、例えばそれぞれ複数の光源１ａ，１ｂであり、導光板２の一対の入光面に対向する位置にそれぞれ直線状に配置されている。プリズムシート４は、導光板２の出光面２ａ側（観察者１００ａ，１００ｂ側）に配置され、プリズムシート４における観察者１００ａ，１００ｂ側の面（表面）に、それぞれの断面が三角形状であり、かつ、光源１ａ，１ｂの列に対して平行な方向（換言すると、入光面に対して平行な方向）に延びる複数の反射プリズム列４ａが形成されている。ここで、プリズムシート４の反射プリズム列４ａは、頂角７０度の三角プリズムである。

拡散シート５は、プリズムシート４における観察者１００ａ，１００ｂ側の面（表面）に配置されている。偏光反射シート６は、拡散シート５における観察者１００ａ，１００ｂ側の面（表面）に配置されている。

次に、導光板２に形成された複数の反射プリズム２１と複数の反射ドット２２について説明する。図３（ａ）は、照明装置１０の導光板２の断面図であり、図３（ｂ）は、導光板２の底面図である。図２と図３（ａ）に示すように、複数の反射ドット２２は、導光板２の出光面２ａ（観察者１００ａ，１００ｂ側の面）に形成されている。

図１〜図３に示すように、複数の反射プリズム２１は、導光板２の出光面２ａと対向する裏面２ｂ（観察者１００ａ，１００ｂと反対側の面）に形成されている。複数の反射プリズム２１は、それぞれの断面が台形状であり、かつ、光源１ａ，１ｂの列に対して平行な方向（換言すると、入光面に対して平行な方向）に延びるように形成されている。反射プリズム２１は、頂面が導光板２の出光面２ａと平行な平面と、２つの斜面である左反射面２１ａ（以下「光反射面２１ａ」ともいう）および右反射面２１ｂ（以下「光反射面２１ｂ」ともいう）とを有する。

隣り合う反射プリズム２１において、一方の反射プリズム２１の左反射面２１ａの基端と、他方の反射プリズム２１の右反射面２１ｂの基端とがそれぞれ連なることで、複数の反射プリズム２１が導光板２の幅方向に連続的に形成されている。図３（ｂ）に示すように、左反射面２１ａと右反射面２１ｂは、光源１ａ，１ｂの列に対して平行な方向に延びるように形成されている。

図２と図３（ａ）に示すように、各反射プリズム２１における断面の台形状は、等脚台形であり、左反射面２１ａおよび右反射面２１ｂの角度φｐはそれぞれ２０度である。複数の反射プリズム２１の突出量は均一ではなく、複数の反射プリズム２１の突出量は、導光板２の幅方向中央部が最も大きく、導光板２の幅方向端部側へ行く程減少するように形成されている。なお、複数の反射プリズム２１の突出量および複数の反射プリズム２１の配列ピッチの分布は、導光板２の幅方向の中心面Ａに対して面対称となっている。

導光板２の入光面には、半球状の凸構造を有する反射ドット２２が複数形成されている。ここで、反射ドット２２における半球状の接触角φｄは４５度である。複数の反射ドット２２の数密度と大きさを掛けた密度ｎの分布は、導光板２の幅方向中央部が最も高く（密であり）、導光板２の幅方向端部側へ行く程減少している（疎になっている）。なお、複数の反射ドット２２の密度分布は、導光板２の幅方向の中心面Ａに対して面対称となっている。

（動作）
次に、図２を用いて表示装置の動作を説明する。最初に、光源１ａを点灯した場合について説明する。光源１ａから出た光Ｌａ１およびＬａ２は、導光板２内について全反射を繰り返しながら伝播する。導光板２の幅方向における途中の裏面２ｂの左反射面２１ａ（図３参照）に当たった光のうちの一部の光Ｌａ１ｂは、反射されて導光板２から放射される。放射された光Ｌａ１ｂは、プリズムシート４を通過する際に偏向され、さらに拡散シート５、偏光反射シート６および液晶表示パネル２０を通過する際に観察者１００ａの方向へ偏向されて進む。

このとき、反射プリズム２１の左反射面２１ａの角度は２０度であり、左反射面２１ａの角度が小さいため、反射された光Ｌａ１ｂの進む方向は光源１ａから遠ざかる方向である。導光板２の幅方向における途中の左反射面２１ａに当たった光のうちの残りの光Ｌａ１ｂは導光板２を突き抜けて鏡面反射シート３に達する。当該光Ｌａ１ｂは、鏡面反射シート３を用いて鏡面反射される。鏡面反射された光Ｌａ１ｂは、再び導光板２内を通過して、プリズムシート４を通過する際に観察者１００ａの方向へ偏向されて進む。

また、光源１ａから出た光Ｌａ２は、導光板２内を全反射を繰り返して伝播する。光Ｌａ２は、反射ドット２２に当たってこれを突き抜けると、導光板２から出て、同様に観察者１００ａの方向へ進む。反射された光Ｌａ２ｂは、導光板２を突き抜けて、鏡面反射シート３を通過する際に鏡面反射される。鏡面反射された光Ｌａ２ｂは、再び導光板２内を通過して、プリズムシート４を通過する際に観察者１００ａの方向へ偏向されて進む。

次に、光源１ｂを点灯した場合について説明する。光源１ｂから出た光Ｌｂ１は、光源１ａの場合と同様にして、反射ドット２２および反射プリズム２１の反射面を介して導光板２から放射され、観察者１００ｂの方向へ進む。

これにより、光源１ａを点灯すれば、観察者１００ａに対して液晶表示パネル２０に表示した画像を明るく見せることが可能であり、光源１ｂを点灯すれば、観察者１００ｂに対して液晶表示パネル２０に表示した画像を明るく見せることが可能である。

すなわち、観察者１００ａ，１００ｂに対して液晶表示パネル２０に表示した画像を見せる場合は、光源１ａと光源１ｂを両方点灯する必要がある。一方（例えば観察者１００ａ）に対してのみ液晶表示パネル２０に表示した画像を見せる場合には、光源１ａを点灯し、光源１ｂを消灯しても、観察者１００ａに対して明るい画像を見せることができる。これにより、観察者１００ａに対して明るい画像を見せる場合には、片側の光源１ｂを消灯できるため、消費電力を抑制することができる。

しかし、このような片側点灯を行う場合には、一般的に照明装置１０の幅方向の輝度の均一性を確保するのは困難である。本発明では、反射プリズム２１と反射ドット２２とを組み合わせることで、片側光源でも照明装置１０の幅方向の輝度の均一性を実現した。

ここで、図４を用いて、光源１ａを点灯した片側点灯時の空間輝度分布を均一にするために必要な条件を考える。図４（ａ）〜（ｃ）は、照明装置１０の光放射量の面内分布を示すグラフを図示した図であり、図４（ａ）は、導光板２の幅方向中央部のｎ／Ｔが幅方向両端部のｎ／Ｔと等しい場合、図４（ｂ）は、導光板２の幅方向中央部のｎ／Ｔが幅方向両端部のｎ／Ｔの１／１．３倍の場合、図４（ｃ）は、導光板２の幅方向中央部のｎ／Ｔが幅方向両端部のｎ／Ｔの１．３倍の場合である。ただし、ｎは反射ドット２２の密度であり、Ｔは導光板２の厚さである。

先ず、反射ドット２２と反射プリズム２１を用いて空間輝度分布が均一化できたとすると、図４（ａ）に示すように、導光板２内を伝播する光量は、光源１ａから遠ざかるにつれて、直線的に減少するはずである。一般にバックライトでは、光源を出て導光板に入射した光を多く取り出すことが要求される。このため、導光板２における光伝播方向の終端では、導光板２内を伝播する光量は、入光部付近の２０％以下に減少していることが望ましい。

ここで、反射ドット２２の密度ｎと導光板２の厚さＴがそれぞれ一定とすると、反射ドット２２を用いた放射光量は、導光板２内を伝播する光量に比例するため、光源１ａから遠ざかるにつれて直線的に減少する。したがって、反射プリズム２１を介して放射される放射光は、光源１ａから遠ざかるにつれて、直線的に増加する必要がある。

導光板２の厚さＴが幅方向中央部で厚くなる形状の場合は、密度ｎと厚さＴの比（ｎ/Ｔ）を一定にすれば、反射ドット２２を介した放射光量は、直線的に減少する。したがって、この場合も反射プリズム２１を介して放射される放射光は、光源１ａから遠ざかるにつれて、直線的に増加させればよい。

ただし、反射プリズム２１を介して放射される放射光は、光源１ａから遠ざかるにつれて、厳密に直線的に増加させる必要はない。図４（ｂ）に示すように、反射プリズム２１を介して放射される放射光量と、光源１ａからの距離との関係のプロファイルが凹型の場合には、反射ドット２２について密度ｎと厚さＴの比（ｎ／Ｔ）を、導光板２の幅方向中央部で左右端部に比べて大きくなるように分布をつければよい。逆に、図４（ｃ）に示すように、反射プリズム２１を介して放射される放射光量と光源１ａからの距離との関係のプロファイルが凸型の場合には、反射ドット２２について密度ｎと厚さＴの比（ｎ／Ｔ）を、導光板２の幅方向中央部で左右端部に比べて小さくなるように分布をつければよい。

なお、複数の反射プリズム２１の断面における台形状の突出量、複数の反射プリズム２１の配列ピッチおよび複数の反射ドット２２の密度ｎの分布は、導光板２の幅方向の中心面に対して面対称であることが必要である。これにより、光源１ａを点灯した場合も、光源１ｂを点灯した場合も同様に、導光板２の幅方向に均一な光放射量分布とすることができる。

図４に示す光と光放射量分布において、点灯している光源（例えば光源１ａ）に近い場所では、反射ドット２２を介して放射される放射光が主である。そして、光源１ａから遠ざかるにつれて、反射プリズム２１を介して放射される放射光の割合が増加するようになっているため、点灯している光源１ａの近傍の縦方向の輝度斑が抑制される効果が生じる。

この効果について説明すると、光源１ａ，１ｂにＬＥＤなどの点光源を用いた場合に、入光面に沿った縦方向にＬＥＤの近傍では明るくなり、ＬＥＤとＬＥＤの間では暗くなる輝度斑が発生するため、問題になることがある。しかし、反射ドット２２について、縦方向にも数密度およびサイズの分布をつけることが可能である。さらに、反射ドット２２を介して放射される放射光は、反射プリズム２１を介して放射される放射光に比べて、導光板２の縦方向に一層多く拡散される性質があるため、この縦方向の輝度斑が解消されやすい。

（反射プリズム２１の配置の決定）
次に、反射プリズム２１を介して放射される放射光量が、点灯している光源（例えば光源１ａ)から遠ざかるにつれて、直線的に増加するための反射プリズム２１の配置を考える。図５は、導光板２における反射プリズム２１の位置関係を示す断面模式図である。

図５に示すように、隣り合う反射プリズム２１の側面として形成される反射面２１ａ，２１ｂの高さをＨａ，Ｈｂ、反射プリズム２１の配列ピッチをＰ（それぞれ、幅方向中央部でＰｃ、幅方向左右端部でＰｅ）、隣り合う反射プリズム２１の隙間をＬ（それぞれ、幅方向中央部でＬｃ、幅方向左右端部でＬｅ）、反射プリズム２１の側面の傾斜角度をφｐ、隣り合う反射プリズム２１の段差をＤｈ、導光板２の厚さをＴ（それぞれ、幅方向中央部でＴｃ、幅方向左右端部でＴｅ）、反射プリズム２１を介して放射される放射光量をＩ、導光板２内の伝播光量をＩｄとすると、
先ず、左反射面２１ａの高さは、以下の式で表される。
Ｈａ＝tan(φｐ) ・｛(Ｌ − Ｄｈ ／ tan(φｐ)) ／ ２｝
＝Ｌ・tan(φｐ)／２− Ｄｈ／２ （１）
位置ｘでの光反射面２１ａを介して放射される放射光量Ｉｘは、概略以下の式で表される。
Ｉｘ＝ｋ・Ｉｄ・Ｈａ／(Ｐ・Ｔ) （２)
ここで、ｋは光反射面２１ａ，２１ｂの単位高さ当たりの光取り出し効率であり、角度φｐおよび導光板２の屈折率に応じて変わる。

（１）式を（２）式に代入すると
Ｉｘ＝ Ｉｄ／ (Ｐ・Ｔ/Ｌ）・（Ｌ・tan(φｐ)／２ ＋ Ｄｈｘ／２） （３）
図４（ａ）の場合を目指すため、（Ｐ／Ｔ）とＬとφｐを一定として、両辺の微分をとると、
ｄＩｘ／ｄｘ ＝ ｄＩｄ／ｄｘ・(１／Ｐ・Ｔ／Ｌ）・（Ｌ・tan(φｐ)／２ ＋ Ｄｈｘ／２）＋Ｉｄ・ｄＤｈ／２／ｄｘ ／(Ｐ・Ｔ／Ｌ）
また、 ｄＩｘ／ｄｘ＝Ｃ１／Ｗ、 ｄＩｄ／ｄｘ＝−Ｃ２／Ｗ
ここで、Ｃ１とＣ２は定数であるため、
−Ｃ２／Ｗ・（Ｌ・tan(φｐ) ＋ Ｄｈｘ）＋Ｉｄ・ｄＤｈｘ／ｄｘ− Ｃ１／Ｗ・（Ｐ／Ｔ／Ｌ)＝０ （４）
これは、一階の微分方程式であり、Ｄｈの解は指数関数となる。具体的な分布は、光学シミュレーションを用いて決定することができる。なお、光学シミュレーションについては後述することとする。

次に、反射プリズム２１の段差の分布の性質について検討する。光源１ａ近傍の縦方向の輝度斑を抑制するために、入光側での反射プリズム２１を介して放射される放射光量は０に近い方が望ましい。
したがって、次式を満たすことが望ましい。
Ｌ・tan(φｐ)＝ Ｄｈ （５）
これにより、反射プリズム２１を介して放射される放射光量Ｉｘが入光面近傍から連続的に増加するため、表示装置面内の幅方向の急激な輝度変化を防ぐことができる。

この場合には、
Ｈｂ＝Ｄｈ＝ Ｌ・tan(φｐ) （６）
となる。

（３）式に（６）式を代入し、導光板２の幅方向終端部での伝播光量Ｉｄｅは入光量Ｉｏの２０％とすると、導光板２の幅方向終端部での反射プリズム２１を介して放射される放射光量Ｉｘは以下のようになる。
Ｉｅ＝ｋ・ ０．２・tan(φｐ)／（Ｐe・Ｔe／Ｌe） （７）
ここで、導光板２の幅方向終端部とは、導光板２における光伝播方向の終端を意味する。

一方、導光板２の幅方向中央部では、反射プリズム２１の配列ピッチは、導光板２の幅方向の中心面に対して面対称であり、Ｄｈ＝０であるため、
Ｈｂ＝Ｌ・ tan(φｐ)／２ （８）
今、導光板２の幅方向中央部の反射プリズム２１を介して放射される放射光量は、導光板２の幅方向終端部の半分となることを狙っているため、導光板２の幅方向終端部での伝播光量Ｉｄｓは入光量Ｉｏの２０％とすると０．２Ｉｏ、導光板２の幅方向中央部での伝播光量Ｉｄｃは１− （１−０．２）／２＝０．６から算出され、０．６Ｉｏとなる。

したがって、
Ｉｃ＝ｋ・ ０．５／２・ tan(φｐ) ／ （Ｐｃ・Ｔｃ／Ｌｃ） （９）
導光板２の幅方向終端部と幅方向中央部での放射光量の比は（７）式と（９）式を用いると次式のように表される。
Ｉｃ／Ｉｅ＝５／４・（Ｐｅ・Ｔｅ／Ｌｅ）／ （Ｐｃ・Ｔｃ／Ｌｃ）＝１／２
Ｔｃ／Ｔｅ＝２．５・（Ｐｅ／Ｐｃ・Ｌｃ／Ｌｅ) （１０）
すなわち、導光板２の幅方向中央部の板厚Ｔｃは、（９）式の関係を満たす必要がある。
ここで、ＰとＬが均一な場合には、Ｔｃ＝２．５Ｔｅにすることが必要である。

図６は、導光板２における反射プリズム２１の突出量の増加量の分布を示すグラフを図示した図であり、図７は、導光板２における反射プリズム２１の突出量の分布を示すグラフを図示した図であり、図８は、反射プリズム２１を介した導光板２からの放射光量の分布を示すグラフを図示した図である。なお、図６において「プリズム高さの増加量」とは、隣り合う反射プリズム２１の突出量の差を意味する。

図６に示すように、光源１ａから離れるにつれて、段差（隣り合う反射プリズム２１の突出量の差）は、指数関数的に緩やかに減少し中央部で０となり、さらに進むと負になる。このとき、図７に示すように、導光板２の厚さ分布は、導光板２の幅方向中央部で最も厚い左右対称な板厚分布となる。

このとき、左反射面２１ａの高さＨａは、光源１ａから遠ざかるにつれて次第に大きくなっていく。これにより、反射プリズム２１を介して放射される放射光量の分布は、図８に示すように、点灯している光源１ａから遠ざかるにつれて、ほぼ直線的に増加するプロファイルとなる。

次に、シミュレーション結果について説明する。図９は、照明装置１０においてシミュレーションを行う際に用いた導光板２の厚さの分布を示すグラフを図示した図であり、図１０は、照明装置１０においてシミュレーションを行う際に用いた導光板２の反射ドット２２の密度分布を示すグラフを図示した図であり、図１１は、導光板２からの放射光量の分布を示すグラフを図示した図である。

発明者は、光学シミュレーションソフトであるライトツールズを用いて、導光板２からの放射光量分布のシミュレーションを行った。以下、シミュレーション条件について説明する。導光板２の材料はアクリルであり、導光板２の左右幅（幅方向長さ）は１９０ｍｍである。また、図９に示すように、導光板２の幅方向左右端部の厚さは１．２ｍｍであり、導光板２の幅方向中央部の厚さは３．１ｍｍである。そして、厚さの比はＴｃ／Ｔｅ＝２．５である。複数の反射ドット２２は接触角４５度の半球形状であり、これらは同じ形状である。反射ドット２２の密度分布は、図１０に示すように、ｎｃ／ｎｅ＝３．７倍の分布としている。反射プリズム２１の斜面傾斜角φｐは２０度であり、配列ピッチＰは０．２７ｍｍ均一であり、隙間Ｌは０．０２６ｍｍ均一である。

図１１に示すように、導光板２の幅方向中央部では、やや高いが均一な放射光量の分布となっている。反射ドット２２を形成しないで反射プリズム２１のみを形成した場合は、図中の破線で示すように、点灯している光源１ａから遠ざかるにつれて放射光量は単調に増加している。これにより、反射プリズム２１の輝度は入射側から単調に増加するため、反射プリズム２１と反射ドット２２とを介して放射される放射光の比率は変化しているが、輝度が急激に変化することに起因する斑が見えることはない。

ここで、導光板２の幅方向中央部の厚さＴｃは、薄い方が表示装置の薄型化のために望ましい。Ｔｃを薄くするためには、（１０）式から、導光板２の幅方向において中央部の配列ピッチＰｃを端部の配列ピッチＰｅよりも大きくするとともに、反射プリズム２１間の隙間Ｌｃを、隙間Ｌｅよりも小さくすることが効果的であることがわかる。

また、厚さＴｃを薄くするために、導光板２の幅方向中央部の反射プリズム２１を介して放射される放射光量を、導光板２の幅方向終端部の反射プリズム２１を介して放射される放射光量の半分よりも多く（例えば図４（ｃ）に示すように６０％）設定してもよい。この条件では、ＰとＬが均一な場合には、Ｔｃ＝２．１Ｔｅとなり、薄くすることができる。なお、この場合には、反射ドット２２の密度分布について（ｎ／Ｔ）が、導光板２の幅方向中央部において幅方向左右両端部の１．３倍となるように分布をつける必要がある。

以上の説明では、反射ドット２２に半球状の突起を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、導光板２で用いられる印刷反射ドット、またはブラスト処理を用いて形成された微細な傷でも縦方向にも横方向にも光学的な密度分布を付けることが可能であるため、同様の効果が得られる。

また、反射プリズム２１を、導光板２の出光面２ａと対向する裏面２ｂに形成したが、導光板２の出光面２ａに形成してもよい。この場合、反射ドット２２は、導光板２において反射プリズム２１が形成される面に形成されるが、反射プリズム２１と反射ドット２２が、導光板２においてそれぞれ対向する面に形成された場合と同様の効果が得られる。

（射出成形用金型２００の加工方法）
次に、導光板２の製造に用いる射出成形用金型２００の加工方法について説明する。図１２は、導光板２の製造に用いる射出成形用金型２００の加工方法を示す模式図である。図１２に示すように、正面視にて台形形状の刃先を有するダイヤモンドバイト３００を用いて切削加工を施すことで、射出成形用金型２００の表面に複数のプリズム溝２００ａが形成される。ダイヤモンドバイト３００の刃先の傾斜面の角度は、反射プリズム２１の反射面２１ａ，２１ｂの角度と同じ角度に形成されているため、射出成形用金型２００のプリズム溝２００ａの傾斜面の角度も反射プリズム２１の反射面２１ａ，２１ｂの角度と同じ角度である。

（プリズムシート４の角度）
次に、図１３〜図１７を用いてプリズムシート４の角度について説明する。図１３は、表示装置の理想的な光放射角度を示す模式図であり、図１４は、プリズムシート４を用いた光の偏向を説明する模式図であり、図１５は、プリズムシート４を用いた光の偏向を示すグラフを図示した図であり、図１６は、導光板２からの放射光の配光特性を示すグラフを図示した図であり、図１７は、照明装置１０の放射光の配光特性を示すグラフを図示した図である。

図１３に示すように、例えば、自動車の運転席と助手席の中央の前方に表示装置（照明装置１０）を設置する場合、視距離９００ｍｍであり、かつ、表示装置（照明装置１０）の画面の中央から右側に４５０ｍｍの位置にいる観察者１００ａから見ると、幅２００ｍｍの画面の遠い端（左端）は３１度、中央で２６度、近い端（右端）は２２度の角度になる。このため、光源１ａを点灯した場合の表示装置（照明装置１０）からの放射光の放射方向は、画面の位置に応じて変わることが望ましい。

なお、図１３においては、照明装置１０として、光源１ａ，１ｂと導光板２のみを備えるものとして示されているが、実際には導光板２の周りに、鏡面反射シート３と、プリズムシート４と、拡散シート５と、偏光反射シート６が配置されているものとする。

図１３に示す照明装置１０では、光放射方向の異なる２つの反射構造からの放射光Ｌａ１，Ｌａ２の比率を変えることで、画面の位置に応じて照明装置１０からの放射光の放射方向を変えることができる。

図１に示した表示装置において、プリズムシート４は、図１４の模式図に示すように光の進行方向を調整している。このプリズムシート４の頂角を種々変えた場合の、光線入射角度と光線放射角度の関係を図１５に示す。ここで、プリズムシート４の材料の屈折率は１．５としている。図１５に示すように、プリズムシート４の頂角を７０度とすれば、入射角５０度の光を１８度方向へ偏向できるとともに、８０度の光を３４度方向へ偏向できることがわかる。

図１６に、光学シミュレーションで求めた反射プリズム２１の斜面の傾斜角度φｐによる放射光の配光特性が示されている。反射プリズム２１の斜面の傾斜角度φｐが２０度のときに５０度方向にピークを持つ放射光の配光特性が実現されている。図１６には、接触角４５度の半球状の反射ドット２２からの放射光の配光特性も示されているが、こちらは８０度よりも大きな角度にピークを持っていることがわかる。

すなわち、斜面の傾斜角２０度の反射プリズム２１からの放射光は、プリズムシート4を通過する際に偏向され、１８度方向に放射される。反射ドット２２からは３４度方向にピークを持つ光が放射される。

図１７に、反射ドット２２と反射プリズム２１とを備えた導光板２に頂角７０度のプリズムシート４を備えた場合の点灯光源近傍（光源側）の配光特性と、終端付近（反光源側）の配光特性のシミュレーション結果を比較している。図１７に示すように、光源が照らす観察者に近い反光源側の配光特性は、観察者に対して遠い光源側に比べ、放射角度は大きくなっており、図１３に示す理想的な配光特性になっていることがわかる。なお、放射光はそれぞれ、拡散シート５と偏光反射シート６とを通過することで配光分布は滑らかに整えられるが、主たる放射方向の違いは維持される。

なお、上記の説明では、反射ドット２２として、半球状の突起を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、導光板２で用いられる印刷反射ドット、またはブラスト処理による微細な傷を採用した場合でも、放射光の放射角度は８０度方向にピークを有することが可能なため同様の効果は得られる。

また、導光板２において反射ドット２２を形成する面は、反射プリズム２１を形成した面と対向する面としたが、反射プリズム２１を形成した面に形成しても、同様の効果は得られる。

以上のように、実施の形態１に係る照明装置１０およびそれを備えた表示装置では、照明装置１０は、出光面２ａとしての主面と出光面２ａにそれぞれ直交し対向する２つの入光面としての側面を有する導光板２と、導光板２の入光面にそれぞれ対向する２つの光源１ａ，１ｂと、導光板２の出光面２ａと対向する面側に配置された鏡面反射シート３と、導光板２の出光面２ａまたは当該出光面２ａと対向する面に、入光面に対して平行な方向に延びるように複数形成され、かつ、それぞれの断面が台形状の反射プリズム２１と、出光面２ａに形成された複数の反射ドット２２とを備えた。

したがって、２つの光源１ａ，１ｂからそれぞれ入光面を介して導光板２に入射した光は、導光板２内を伝播して導光板２の対向する２つの入光面を結ぶ線の方向である出光面２ａの幅方向における一端側と他端側のうち、当該入光面から遠い方向へ傾いた方向へそれぞれ放射される。このため、２つの光源１ａ，１ｂをそれぞれ独立に点灯/消灯することで光放射方向を切り換え可能である。

また、複数の反射プリズム２１の断面における台形状の突出量は、導光板２の幅方向中央部が最も大きく、導光板２の幅方向端部側へ行く程減少するように形成され、複数の反射プリズム２１の台形状の突出量、複数の反射プリズム２１の配列ピッチ、および複数の反射ドット２２の密度分布が、導光板２の幅方向の中心面Ａに対して面対称となるように形成された。

したがって、導光板２の幅方向において点灯している光源から遠くなるにつれて、反射プリズム２１を介した放射光が増大するとともに、反射ドット２２を介した放射光が減少する。このため、放射光は、導光板２の幅方向において均一となり、片方の光源点灯時にも観察者から視た照明装置１０の幅方向の輝度分布を均一にすることが可能である。

また、表示装置は、照明装置１０をバックライトとして備えたため、光源１ａ，１ｂのうち一方を点灯し他方を消灯した場合にも、光源１ａ，１ｂからの光は、導光板２の出光面の幅方向における一端側と他端側のうち、当該入光面から遠い側から放射され、光源１ａ，１ｂを点灯/消灯することで光放射方向を切り換え可能である。

したがって、観察者が一人の場合には他方の光源を消灯できるため、表示装置において消費電力を削減することができる。すなわち、表示装置におけるエネルギー消費量の削減を図ることが可能となる。

また、点灯している光源１ａ，１ｂから遠くなるにつれて、反射プリズム２１を介して放射される放射光が増大するとともに、反射ドット２２を介して放射される放射光が減少するため、放射光は、導光板２の幅方向において均一となり、片方の光源点灯時にも観察者から視た表示面の幅方向の輝度分布を均一にすることが可能である。

また、反射ドット２２を介して放射される導光板２の出光面からの光の放射方向は、反射プリズム２１を介して放射される出光面からの光の放射方向よりも、出光面に沿った方向に近いため、導光板２の出光面の幅方向端部（照明装置１０の画面の幅方向端部）において、点灯している光源から遠い方向にいる観察者に対し輝度ピークの方向が向き、この観察者に対し効率的に高い輝度を実現できる。

より具体的に説明すると、片側光源点灯時に、表示装置の表示面の中で点灯している光源に近い領域から放射される光の放射角度は、表示装置の表示面の中で点灯している光源から遠い領域から放射される光の放射角度よりも、導光板２の出光面２ａに沿った大きな角度となる。このため、点灯している光源から遠い方向にいる観察者に対してより高い輝度で均一な輝度分布を実現できる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る照明装置１０について説明する。図１８（ａ）は、射出成形用金型２０１の加工に用いるダイヤモンドバイト３０１の刃先の正面図であり、図１８（ｂ）は、射出成形用金型２０１の加工方法を示す模式図である。ここで、射出成形用金型２０１は、実施の形態２に係る照明装置１０の導光板２の製造に用いる金型である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

実施の形態１では、導光板２に形成された反射プリズム２１の断面は台形状に形成されたが、実施の形態２では、反射プリズム２１の断面における台形状は、それぞれの斜辺の傾斜角度が先端側へ行く程大きくなるように形成された擬似台形状である。

図１８（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤモンドバイト３０１の刃先は、正面視にて擬似台形状であり、それぞれの斜面が角度の異なる２つの面を用いて形成されている。より具体的に説明すると、ダイヤモンドバイト３０１の刃先における斜面の角度は、ダイヤモンドバイト３０１の先端部においてφＰＴであり、ダイヤモンドバイト３０１の根元付近の角度φＰＢよりも小さな角度に形成されている。

これにより、射出成形用金型２０１を加工した場合には導光板２の幅方向中央部に近い方に位置し、かつ、突出量の大きい反射プリズム２１の斜面２１０ｂには角度の大きなφＰＢの光反射面が現れる。また、導光板２の幅方向端部に近い方に位置し、かつ、突出量の小さい反射プリズム２１の斜面２１０ａには小さな角度のφＰＴの反射面だけが現れることになる。

これにより、反射プリズム２１において、点灯している光源に近い側の斜面の角度は小さくなるとともに、遠い側の斜面の角度は大きくなる。このため、反射プリズム２１を介して放射される放射光の放射角度も、点灯している光源に近い側では大きくなり、光源から遠い側では小さいという分布を付けることが可能になる。図１３に示すように、表示装置の画面内の幅方向の異なる位置から、それぞれ観察者に対して効果的に輝度ピークを向けた配光特性を実現できる。

以上のように、実施の形態２に係る照明装置１０およびそれを備えた表示装置では、反射プリズム２１の断面における台形状は、それぞれの斜辺の傾斜角度が先端側へ行く程大きくなるように形成された擬似台形状である。より具体的には、反射プリズム２１の断面における台形状は、それぞれの斜辺が角度の異なる２つの辺を用いて形成された擬似台形状である。したがって、表示装置の画面内の幅方向の異なる位置から、それぞれ観察者に対して輝度ピークが向くため、観察者に対して効率的に高い輝度を実現できる。

なお、上記の効果は、反射プリズム２１の断面における台形状についてそれぞれの斜辺が角度の異なる２つの辺を用いて形成された場合に限定されない。傾斜角度φＰが先端に行く程小さければ同様の効果が得られるため、反射プリズム２１の断面における台形状について、それぞれの斜辺が角度の異なる３つ以上の辺を用いて形成してもよい。また、反射プリズム２１の断面における台形状について、それぞれの斜辺は曲線状であってもよい。

ここで、反射プリズム２１の断面における台形状について、それぞれの斜辺が曲線状である場合を説明する。図１９は、実施の形態２の変形例を示す図であり、図１９（ａ）は、射出成形用金型２０２の加工に用いるダイヤモンドバイト３０２の刃先の正面図であり、図１９（ｂ）は、射出成形用金型２０２の加工方法を示す模式図である。

図１９（ａ）に示すように、ダイヤモンドバイト３０２の刃先の斜面は、曲面状に形成されている。ダイヤモンドバイト３０２の刃先における斜面の角度は、ダイヤモンドバイト３０２の先端部においてφＰＴであり、ダイヤモンドバイト３０２の根元付近の角度φＰＢよりも小さな角度に形成されている。

これにより、射出成形用金型２０２を加工した場合には導光板２の中央部に近い方に位置し、かつ、突出量の大きい反射プリズム２１の斜面２２０ｂには角度の大きなφＰＢに近い角度の反射面が現れる。また、導光板２の幅方向端部に近い方に位置し、かつ、突出量の小さい反射プリズム２１の斜面２２０ａには小さな角度のφＰＴに近い角度の反射面が現れることになる。

以上のように、反射プリズム２１の断面における台形状について、それぞれの斜辺が曲線状に形成された擬似台形状である場合、導光板２の幅方向の位置によって、反射プリズム２１の斜面の角度が急に変化しないため、導光板２の幅方向に輝度斑が発生することを防止できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ａ，１ｂ 光源、２ 導光板、３ 鏡面反射シート、１０ 照明装置、２１ 反射プリズム、２２ 反射ドット。

Claims (6)

1. 出光面としての主面と前記出光面にそれぞれ直交し対向する２つの入光面としての側面を有する導光板と、
   前記導光板の入光面にそれぞれ対向する２つの光源と、
   前記導光板の出光面と対向する面側に配置された反射シートと、
   前記導光板の出光面または当該出光面と対向する面に、前記入光面に対して平行な方向に延びるように複数形成され、かつ、それぞれの断面が台形状の反射プリズムと、
   前記出光面に形成された複数の反射ドットと、
   を備え、
   前記複数の反射プリズムの台形状の突出量は、前記導光板の幅方向中央部が最も大きく、前記導光板の幅方向端部側へ行く程減少するように形成され、
   前記複数の反射プリズムの台形状の突出量、前記複数の反射プリズムの配列ピッチ、および前記複数の反射ドットの密度分布が、前記導光板の幅方向の中心面に対して面対称となるように形成された、照明装置。
2. 前記反射ドットを介した前記導光板の前記出光面からの光の放射方向は、前記反射プリズムを介した前記出光面からの光の放射方向よりも、前記出光面に沿った方向に近い、請求項１記載の照明装置。
3. 前記反射プリズムにおける台形状は、それぞれの斜辺の傾斜角度が先端側へ行く程大きくなるように形成された擬似台形状である、請求項１記載の照明装置。
4. 前記反射プリズムにおける台形状は、それぞれの斜辺が角度の異なる２つの辺を用いて形成された擬似台形状である、請求項３記載の照明装置。
5. 前記反射プリズムにおける台形状は、それぞれの斜辺が曲線状に形成された擬似台形状である、請求項３記載の照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明装置をバックライトとして備えた表示装置。

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