JP2023069678A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い出射効率で照射光を照射する照明装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】 照明装置は、第１主面と、第２主面と、第１側面と、第２側面と、を有する、導光板と、前記第２主面に設けられる、複数の凸部と、前記第１側面及び第２側面にそれぞれ対向する、第１光源素子及び第２光源素子と、を備え、導光板の内部を伝播し、伝播する光の主光線の入射する入射角をθ、前記光の拡散角度をδ、前記導光板の凸部の角度をα、前記導光板の臨界角をθｃ、（９０°－θｃ）を満たす角度をβ０とし、（（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）を満たす。
【選択図】図６Ｂ

Description

本発明の実施形態は、照明装置及び表示装置に関する。

例えば、液晶表示装置などの表示装置は、画素を有する表示パネルと、表示パネルを照明するバックライトなどの照明装置とを備えている。照明装置は、光を発する光源と、この光源からの光が照射される導光板とを備えている。光源からの光は、側面から導光板に入射し、導光板内を伝播し、導光板の一方の主面に相当する出射面から出射する。

特許第６７９７７２６号公報

本実施形態は、高い出射効率で照射光を照射する照明装置及び表示装置を提供する。

一実施形態に係る照明装置は、
光を出射する第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、第１側面と、前記第１側面と反対側の第２側面と、を有する、導光板と、
前記導光板の前記第２主面に設けられる、複数の凸部と、
前記導光板の前記第１側面及び第２側面にそれぞれ対向する、第１光源素子及び第２光源素子と、
を備え、
前記第１光源素子及び前記第２光源素子それぞれから出射される光は、それぞれ、前記第１側面及び前記第２側面から前記導光板内部に入射し、前記入射した光は、前記第１主面及び前記第２主面で反射しながら、前記導光板の内部を伝播し、
前記伝播する光の主光線の入射する入射角をθ、前記光の拡散角度をδ、前記導光板の凸部の角度をα、前記導光板の臨界角をθｃ、（９０°－θｃ）を満たす角度をβ０とし、
（（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）を満たす。

また、一実施形態に係る照明装置は、
光を出射する第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、第１側面と、前記第１側面と反対側の第２側面と、を有する、導光板と、
前記導光板の前記第２主面に設けられる、複数の凸部と、
前記導光板の前記第１側面に対向して設けられる反射板と、
前記導光板の前記第２側面に対向する、光源素子と、
を備え、
前記光源素子から出射される光は、前記第２側面から前記導光板内部に入射し、前記入射した光は、前記第１主面及び前記第２主面で反射しながら、前記導光板の内部を伝播し、
前記伝播する光の主光線の入射する入射角をθ、前記光の拡散角度をδ、前記導光板の凸部の角度をα、前記導光板の臨界角をθｃ、（９０°－θｃ）を満たす角度をβ０とし、
（（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）を満たす。

図１は、実施形態に係る表示装置の概略的な構成を示す斜視図である。 図２は、表示装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。 図３は、照明装置の概略的な構成の一例を示す平面図である。 図４は、導光板の概略的な構成の一例を示す断面図である。 図５は、照明装置の断面図である。 図６Ａは、異なる媒体の間で反射する光を示す図である。 図６Ｂは、拡散光である入射光が凸部で反射することを示す図である。 図７Ａは、最小角を成す拡散成分の条件を示す図である。 図７Ｂは、最大角を成す拡散成分の条件を示す図である。 図８Ａは、最小角を成す拡散成分が導光する条件を示す図である。 図８Ｂは、最大角を成す拡散成分が導光する条件を示す図である。 図９Ａは、最小角を成す拡散成分が導光板の底部及び凸部で反射することを示す図である。 図９Ｂは、最大角を成す拡散成分が凸部で反射することを示す図である。 図１０は、光源素子からの出射光の拡散角度を説明する図である。 図１１は、式８（ＦＯＲＭＵＬＡ ８）に基づいて求められた、拡散角度及び入射角（凸部の角度）の関係を示す図である。 図１２は、実施形態における照明装置の構成例を示す断面図である。

以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
以下、図面を参照しながら一実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。

本実施形態においては、第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第３方向Ｚの矢印の先端に向かう方向を上又は上方と定義し、第３方向Ｚの矢印の先端に向かう方向とは反対側の方向を下又は下方と定義する。なお第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚを、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向と呼ぶこともある。

また、「第１部材の上方の第２部材」及び「第１部材の下方の第２部材」とした場合、第２部材は、第１部材に接していてもよく、又は第１部材から離れて位置していてもよい。後者の場合、第１部材と第２部材との間に、第３の部材が介在していてもよい。一方、「第１部材の上の第２部材」及び「第１部材の下の第２部材」とした場合、第２部材は第１部材に接している。

また、第３方向Ｚの矢印の先端側に照明装置を観察する観察位置があるものとし、この観察位置から、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙで規定されるＸ－Ｙ平面に向かって見ることを平面視という。第１方向Ｘ及び第３方向Ｚによって規定されるＸ－Ｚ平面、あるいは第２方向Ｙ及び第３方向Ｚによって規定されるＹ－Ｚ平面における照明装置の断面を見ることを断面視という。

各実施形態においては、表示装置の一例として、透過型の液晶表示装置を開示する。また、照明装置の一例として、液晶表示装置のバックライトを開示する。ただし、各実施形態は、他種の表示装置や照明装置に対する、各実施形態にて開示される個々の技術的思想の適用を妨げるものではない。他種の表示装置としては、例えば、透過型の機能に加えて外光を反射してこの反射光を表示に利用する反射型の機能を備えた液晶表示装置や、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）シャッターが光学素子として機能する機械式表示パネルを有する表示装置などが想定される。他種の照明装置としては、例えば、表示装置の前面に配置されるフロントライトなどが想定される。また、照明装置は、表示装置の照明とは異なる用途で使用されるものであってもよい。

図１は、実施形態に係る表示装置の概略的な構成を示す斜視図である。表示装置ＤＳＰは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、テレビ受像装置、車載装置、ゲーム機器、ウェアラブル端末等の種々の装置に用いることができる。

表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬと、バックライトである照明装置ＩＬＤと、表示パネルＰＮＬを駆動する駆動ＩＣチップＩＣＰと、表示パネルＰＮＬ及び照明装置ＩＬＤへ制御信号を伝達するフレキシブル回路基板ＦＰＣ１及びＦＰＣ２とを備えている。例えば、フレキシブル回路基板ＦＰＣ１及びＦＰＣ２は、それぞれ、表示パネルＰＮＬ及び照明装置ＩＬＤの動作を制御する制御モジュールに接続されている。表示装置ＤＳＰは、照明装置ＩＬＤから出射される照明光を、表示パネルＰＮＬが変調し、映像光として出射することにより、表示動作を行う。

表示パネルＰＮＬは、第１基板ＳＵＢ１（アレイ基板）と、第１基板ＳＵＢ１に対向する第２基板ＳＵＢ２（対向基板）とを備えている。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡを有している。表示パネルＰＮＬは、例えば、表示領域ＤＡにおいてマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを備えている。

照明装置ＩＬＤは、第１光源素子ＬＳ１と、第２光源素子ＬＳ２と、第１基板ＳＵＢ１に対向する導光板ＬＧとを備えている。第１光源素子ＬＳ１は、導光板ＬＧの一方の側面である第１側面Ｆ３に対向している。第２光源素子ＬＳ２、は導光板ＬＧの他方の側面である第２側面Ｆ４に対向している。図１においては、第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２それぞれを、１つずつ示しているが、実際には複数の第１光源素子ＬＳ１と複数の第２光源素子ＬＳ２とが、第２方向Ｙに沿って設けられている（図３参照）。

また詳細は後述するが、光源素子は、第１側面Ｆ３及び第２側面Ｆ４の両方に対向して設けなくてもよく、少なくとも一方の側面に対向して光源素子を設ければよい。その場合は、光源素子を設けない方の側面には、反射板を設ければよい。

図１の例において、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、及び導光板ＬＧは、第１方向Ｘに沿う長辺と、第２方向Ｙに沿う短辺とを有しており、平面視における形状が長方形である。但し、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、及び導光板ＬＧの形状はこれに限定されず、平面視における形状が正方形や円形など他の形状であってもよい。

図２は、表示装置の概略的な構成の一例を示す断面図である。表示パネルＰＮＬは、シール材ＳＡＬと、液晶層ＬＣとをさらに備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、シール材ＳＡＬにより貼り合わされている。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１、第２基板ＳＵＢ２、及びシール材ＳＡＬの間に形成される空間に封入されている。

第１基板ＳＵＢ１の下面（導光板ＬＧと対向する面）には、第１偏光板ＰＬ１が貼付されている。第２基板ＳＵＢ２の上面（第１基板ＳＵＢ１と対向しない面）には、第２偏光板ＰＬ２が貼付されている。第１偏光板ＰＬ１及び第２偏光板ＰＬ２の偏光軸は、互いに直交する。

導光板ＬＧは、表示パネルＰＮＬと対向する第１主面Ｆ１と、第１主面Ｆ１の反対側の第２主面Ｆ２と、第１側面Ｆ３と、第１側面Ｆ３の反対側の第２側面Ｆ４とを有している。第１光源素子ＬＳ１は第１側面Ｆ３に対向し、第２光源素子ＬＳ２は第２側面Ｆ４に対向している。第１光源素子ＬＳ１と第１側面Ｆ３の間や第２光源素子ＬＳ２と第２側面Ｆ４の間にレンズなどの光学素子をさらに配置し、第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２それぞれからの光の幅や角度を調整してもよい。

第１光源素子ＬＳ１は、第１照射方向ＤＬ１を中心とした広がりを持つ拡散光を、第１側面Ｆ３に照射する。第２光源素子ＬＳ２は、第２照射方向ＤＬ２を中心とした広がりを持つ拡散光を、第２側面Ｆ４に照射する。第１照射方向ＤＬ１及び第２照射方向ＤＬ２は、例えば反対の方向であり、第１方向Ｘと平行である。第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２の発光素子としては、例えば偏光したレーザ光を放つ半導体レーザなどのレーザ光源を用いることができる。第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２の発光素子は、レーザ光を放つものに限られず、例えば発光ダイオードを用いることもできる。

第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２は、それぞれ異なる色の光を発する複数の発光素子を備えてもよい。例えば、第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２が、それぞれ、赤色、緑色、青色の光を発する３つの発光素子を備えれば、これらの色の混合色（例えば白色）の光を得ることができる。

表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬと導光板ＬＧの間に、プリズムシートＰＳを備えている。さらに、表示装置ＤＳＰは、プリズムシートＰＳと表示パネルＰＮＬの間に、拡散シートＤＳ（拡散層）を備えている。例えば、プリズムシートＰＳは、第２方向Ｙと平行に延びる多数のプリズムを備えている。これらのプリズムは、例えばプリズムシートＰＳの下面（導光板ＬＧと対向する面）に形成されている。但し、これらのプリズムは、プリズムシートＰＳの上面（表示パネルＰＮＬ対向する面）に形成されてもよい。

図２においては、第１光源素子ＬＳ１が発する光の光路の一例を破線で示し、第２光源素子ＬＳ２が発する光の光路の一例を１点鎖線で示している。第１光源素子ＬＳ１が発した光は、第１側面Ｆ３から導光板ＬＧに入り、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２それぞれで反射しながら導光板ＬＧを伝播する。第１主面Ｆ１の全反射条件を外れた光が、第１主面Ｆ１から出射する。

第２光源素子ＬＳ２が発した光は、第２側面Ｆ４から導光板ＬＧに入り、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２それぞれで反射しながら導光板ＬＧを伝播する。第１主面Ｆ１の全反射条件を外れた光が、第１主面Ｆ１から出射する。
このように、第１主面Ｆ１は、光が出射する出射面に相当する。

プリズムシートＰＳは、第１主面Ｆ１から出射した光を第３方向Ｚに実質的に平行な光に変換する。ここで、「第３方向Ｚに実質的に平行な光」は、第３方向Ｚと厳密に平行な光のみならず、第３方向Ｚに対する傾きが、第１主面Ｆ１から出射した際に比べて、プリズムシートＰＳにより十分に小さく変換された光を含む。第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２それぞれからの光の偏光を維持する観点から、プリズムシートＰＳのプリズムが下面に形成されていることが好ましい。

プリズムシートＰＳを経た光は、拡散シートＤＳで拡散されて、表示パネルＰＮＬに照射される。プリズムシートＰＳを通過した光の視野角が狭い場合であっても、この光を拡散シートＤＳで拡散することにより視野角を広げることができる。

なお、第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２からの光が、十分に偏光された状態で表示パネルＰＮＬ到達する場合には、第１偏光板ＰＬ１を省略してもよい。第１偏光板ＰＬ１を省略した場合には、例えば第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２それぞれの透光性を高めることで、表示装置ＤＳＰの背景が透けて見える、いわゆる透明液晶表示装置を得ることができる。

図３は、照明装置の概略的な構成の一例を示す平面図である。図３においては、第１側面Ｆ３に沿って８個の第１光源素子ＬＳ１が並び、第２側面Ｆ４に沿って８個の第２光源素子ＬＳ２が並んでいる。第１光源素子ＬＳ１が発する光の強度は第１光軸ＡＸ１において最も高く、第２光源素子ＬＳ２が発する光の強度は第２光軸ＡＸ２において最も高い。

第１光源素子ＬＳ１及び第２光源素子ＬＳ２は、図示したように、第２方向Ｙにおいて互い違いに配列されている。すなわち、第１光源素子ＬＳ１が第１照射方向ＤＬ１に発する光の第１光軸ＡＸ１と、第２光源素子ＬＳ２が第２照射方向ＤＬ２に発する光の第２光軸ＡＸ２とは、第２方向Ｙにおいて互いにずれている。なお、第１光軸ＡＸ１と第２光軸ＡＸ２が、第２方向Ｙにおいて揃っていてもよい。

図４は、導光板の概略的な構成の一例を示す断面図である。導光板ＬＧの第１主面Ｆ１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙと平行な平面である。第２主面Ｆ２は、第１領域Ａ１と、第２領域Ａ２と、第３領域Ａ３とを有している。図３の平面図に示すように、第１領域Ａ１は、導光板ＬＧの第２方向Ｙにおける一端から他端に亘って、第１側面Ｆ３に隣接して設けられている。第３領域Ａ３は、導光板ＬＧの第２方向Ｙにおける一端から他端に亘って、第２側面Ｆ４に隣接して設けられている。第２領域Ａ２は、導光板ＬＧの第２方向Ｙにおける一端から他端に亘って、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３の間に設けられている。

第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、及び第３領域Ａ３は、この順で第１照射方向ＤＬ１に沿って並
んでいる。一例として、第１方向Ｘにおいて、第１領域Ａ１の幅と第３領域Ａ３の幅は等しい。また、第１方向Ｘにおいて、第２領域Ａ２の幅は、第１領域Ａ１の幅及び第３領域Ａ３の幅それぞれよりも小さい。但し、第１領域Ａ１及び第３領域Ａ３の幅が異なってもよいし、第２領域Ａ２の幅が第１領域Ａ１の幅及び第３領域Ａ３の幅それぞれ以上であってもよい。

図４に示すように、第１領域Ａ１及び第３領域Ａ３は、第１主面Ｆ１に対して傾いている。第２領域Ａ２は、第１主面Ｆ１と平行である。ここでの「平行」は、第１領域Ａ１及び第３領域Ａ３それぞれが、第１主面Ｆ１に対して傾く角度よりも十分に小さい角度で、第２領域Ａ２が第１主面Ｆ１に対して傾いている場合（第１主面Ｆ１と実質的に平行な場合）を含む。

第２主面Ｆ２には複数の凸部Ｐが設けられている。当該複数の凸部Ｐは、第１領域Ａ１にある複数の第１凸部Ｐ１と、第２領域Ａ２にある複数の第２凸部Ｐ２と、第３領域Ａ３にある複数の第３凸部Ｐ３とを含む。第１凸部Ｐ１、第２凸部Ｐ２、及び第３凸部Ｐ３は、それぞれ、第２方向Ｙに延在している。第１凸部Ｐ１の断面形状は、例えば第２方向Ｙにおいて一様であるが、異なっていてもよい。第２凸部Ｐ２及び第３凸部Ｐ３についても同様である。

例えば、第１凸部Ｐ１と第２凸部Ｐ２は互いに形状が異なる。また、第３凸部Ｐ３と第２凸部Ｐ２も互いに形状が異なる。第１凸部Ｐ１と第３凸部Ｐ３は、同じ形状（対称な形状を含む）であってもよい。

例えば、複数の第１凸部Ｐ１の密度（面積当たりの数）と複数の第２凸部Ｐ２の密度は、異なる。また、複数の第３凸部Ｐ３の密度と複数の第２凸部Ｐ２の密度も異なる。複数の第１凸部Ｐ１の密度と複数の第３凸部Ｐ３の密度は、同じであってもよい。

断面視において、複数の第１凸部Ｐ１の頂点を結ぶ線分を第１仮想線ＶＬ１、複数の第２凸部Ｐ２の頂点を結ぶ線分を第２仮想線ＶＬ２、複数の第３凸部Ｐ３の頂点を結ぶ線分を第３仮想線ＶＬ３と呼ぶ。図４において、第１仮想線ＶＬ１、第２仮想線ＶＬ２、第３仮想線ＶＬ３は、いずれも直線である。但し、第１仮想線ＶＬ１、第２仮想線ＶＬ２、第３仮想線ＶＬ３は、それぞれ、少なくとも一部が屈曲してもよいし、曲線状であってもよい。

第１仮想線ＶＬ１は、第１主面Ｆ１に対して第１角度α１で傾いている。第３仮想線ＶＬ３は、第１主面Ｆ１に対して第３角度α３で傾いている。第１角度α１及び第３角度α３は、いずれも鋭角である。一例として、第１角度α１と第３角度α３は実質的に等しい（α１≒α３）。但し、第１角度α１と第３角度α３が異なってもよい（α１≠α３）。

第２仮想線ＶＬ２は、第１仮想線ＶＬ１及び第３ＶＬ３に対して傾斜している。第２仮想線ＶＬ２と第１主面Ｆ１とが成す第２角度α２は、第１角度α１及び第３角度α３それぞれよりも小さい（α２＜α１、α３）。図４において、第２仮想線ＶＬ２は、第１主面Ｆ１と平行である。ここでの「平行」は、第２角度α２が０°である場合に加え、第１角度α１及び第３角度α３よりも十分に小さい場合（第１主面Ｆ１と実質的に平行な場合）を含む。

ここで、第１領域Ａ１における導光板ＬＧの厚さ（第１領域Ａ１と第１主面Ｆ１との距離）をＤ１、第２領域Ａ２における導光板ＬＧの厚さ（第２領域Ａ２と第１主面Ｆ１との距離）をＤ２、第３領域Ａ３における導光板ＬＧの厚さ（第３領域Ａ３と第１主面Ｆ１との距離）をＤ３と定義する。距離Ｄ１は、第１側面Ｆ３から、第１領域Ａ１第２領域Ａ２の境界に向けて、長くなる。距離Ｄ３は、第２側面Ｆ４から、第２領域Ａ２及び第３領域Ａ３の境界に向けて、長くなる。図４において、距離Ｄ２は一定である。

このような形状においては、距離Ｄ２は、第１領域Ａ１のいずれの位置における距離Ｄ１よりも長い（Ｄ２＞Ｄ１）。また、距離Ｄ２は、第３領域Ａ３のいずれの位置における距離Ｄ３よりも長い（Ｄ２＞Ｄ３）。なお距離Ｄ１、Ｄ２、及びＤ３を、それぞれ、第１距離、第２距離、及び第３距離ともいう。

ここで、導光板ＬＧでの光の伝播及び出射について、より詳細に説明する。図５は、照明装置の断面図である。第１光源素子ＬＳ１から出射された光は、第１側面Ｆ３から導光板ＬＧに入射する。全反射条件を満たす間は、入射光ＬＩは、第１主面Ｆ１及び第２主面Ｆ２の間で全反射を繰り返しながら伝播する。

入射光ＬＩが、凸部Ｐ、例えば、図５では第３凸部Ｐ３、で反射すると、反射角が変化し、全反射条件を外れる。当該全反射条件を外れた反射光ＬＲは、第１主面Ｆ１から、上方に向かって空気中に出射される。当該上方に出射される光をＬＯとする。

ここで、入射光ＬＩの入射角と凸部Ｐの角度αについて、説明する。図６Ａは、異なる媒体の間で反射する光を示す図である。図６Ａにおいて、屈折率ｎ０及びｎ１をそれぞれ有する２つの媒質との界面で、屈折率ｎ１の媒体から屈折率ｎ０の媒体へ出射する光をＬｆとする。ただし、屈折率ｎ１は、屈折率ｎ０より大きい（ｎ１＞ｎ０）。本実施形態では、より具体的には、光Ｌｆは導光板ＬＧから空気ＡＲに出射する光である。空気ＡＲの屈折率ｎ０は１（ｎ０＝１）であり、導光板ＬＧの屈折率ｎ１は、１より大きい（ｎ１＞１）。光Ｌｆの入射角をθａ、屈折角をθｂとすると、屈折角θｂは入射角θａより大きい（θｂ＞θａ）。９０°と入射角θａの差分の角度をβとすると、β＝（９０°―θａ）である。

全反射は、屈折光が導光板ＬＧと空気ＡＲの界面に沿う角度になる場合に生じる。屈折光が界面に沿うということは、屈折角θｂは９０°となることである。屈折角θｂが９０°となる場合の入射角を臨界角θｃと呼ぶ。図６Ａでは、臨界角θｃを持つ光をＬｃで示している。光Ｌｃの入射角θａは臨界角θｃ（θａ＝θｃ）である。９０°と入射角θｃの差分の角度をβ０とすると、β０＝（９０°―θｃ）となる。

入射角θａが臨界角θｃより小さいとき、全反射条件は満たされない。入射角θａが臨界角θｃ以上のとき、全反射条件が満たされる。入射角θａと屈折角θｂの関係は、媒体が同じであれば一定である。よって、角度β（＝９０°―θａ）が角度β０より大きいとき、全反射条件は満たされない。角度βが角度β０より小さいとき、全反射条件が満たされて、光は導光板ＬＧ内を伝播する。角度βが角度β０と等しいときは、上述のように、光は界面に沿って伝播する。
導光板ＬＧ及び空気ＡＲとの界面で反射し、導光板ＬＧ内を伝播する光をＬｔとする。入射角と反射角（角度θｔとする）は等しい。

上述したように、第１光源素子ＬＳ１から発せられる入射光ＬＩは、広がりを持つ拡散光である。図６Ｂは、拡散光である入射光が凸部で反射することを示す図である。図６Ｂにおいて、入射光ＬＩの入射角をθ、入射光ＬＩの主光線をＭＰ、主光線ＭＰからの拡散角度をδとする。主光線ＭＰから拡散角度δの範囲のうち最外の拡散成分をＤＰ１及びＤＰ２とする。図６Ｂにおいて、拡散成分ＤＰ１は、主光線ＭＰから反時計回りに拡散角度δ傾いている。拡散成分ＤＰ２は、主光線ＭＰから時計回りに拡散角度δ傾いている。つまり、拡散成分ＤＰ１及びＤＰ２は、それぞれ、第１方向Ｘと平行な方向と、角度（θ－δ）及び角度（θ＋δ）傾いている。角度（θ－δ）は、第１方向Ｘに対して最小角となる。角度（θ＋δ）は、第１方向Ｘに対して最大角となる。

主光線ＭＰが導光板ＬＧから空気ＡＲ中に出射する条件を考える。図６Ｂに示すように、角度βは、角度（（θ＋α）＋α）に等しい（β＝（θ＋α）＋α）＝θ＋２α）。上述したように、角度βが角度β０より大きい場合に、光は空気ＡＲ中に出射される。よって、（θ＋２α）＞β０（式２）が成り立つ。

主光線ＭＰが凸部Ｐで全反射される条件を考える。上述したように、角度βが角度β０より小さい場合に、全反射条件が満たされて、光は導光板ＬＧ内を伝播する。よってこの場合は、（θ＋α）＞β０（式３）が成り立つ。

導光板ＬＧから空気に出射される光の入射角θの最低角及び最大角を成す拡散成分について説明する。図７Ａは、最小角を成す拡散成分の条件を示す図である。図７Ｂは、最大角を成す拡散成分の条件を示す図である。
角度（θ－δ）で第１方向Ｘから傾く拡散成分ＤＰ１が、角度αを有する凸部Ｐで反射する場合に、最小角の拡散成分が出射される条件を満たす（図７Ａ参照）。反射した拡散成分であるＲＰ１（反射光ＬＲ）が全反射条件から外れる場合、拡散成分ＲＰ１が第１方向Ｘとなす角度は、（２α＋θ－δ）となる。
詳細は後述するが、入射角θは、凸部Ｐの角度αと等しい。よって、（２α＋θ－δ）＝（３θ―δ）（式４）を満たす。（３θ―δ）＞β０であるので、式４から、θ＞（（β０＋δ）／３）（式５）が導き出せる。

角度（θ＋δ）で第１方向Ｘから傾く拡散成分ＤＰ２が、角度αを有する凸部Ｐで全反射する場合に、最大角を成す拡散成分が凸部Ｐで全反射する条件を満たす（図７Ｂ参照）。反射した拡散成分であるＲＰ２（反射光ＬＲ）が全反射条件で反射する場合、拡散成分ＲＰ２が第１方向Ｘとなす角度は、（（θ＋δ）＋α）となる。
上述と同様、入射角θは、凸部Ｐの角度αと等しい。よって、（（θ＋δ）＋α）＝（２θ＋δ）（式６）を満たす。β０＞（２θ＋δ）であるので、式６からθ＜（（β０―δ）／２）（式７）が導き出せる。

式５及び式７から、（（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）（式８）が成り立つ。入射角θが式８を満たす光は、高い出射効率を有する照明光となる。
ここで、入射角θが凸部Ｐの角度αと等しいことを説明する。図８Ａは、最小角を成す拡散成分が導光する条件を示す図である。図８Ｂは、最大角を成す拡散成分が導光する条件を示す図である。

最小角を成す拡散成分が凸部Ｐで反射することなく、導光板ＬＧ内部を伝播する条件を考える。図８Ａに示すように、角度（θ－δ）で第１方向Ｘから傾く拡散成分ＤＰ１が、（θ―δ）＞α（式９）を満たすとき、拡散成分ＤＰ１は、凸部Ｐで反射しない。

最大角を成す拡散成分が凸部Ｐに当たることなく、導光板ＬＧ内部を伝播する条件を考える、図８Ｂに示すように、角度（θ＋δ）で第１方向Ｘから傾く拡散成分ＤＰ２が、（θ＋δ）＜α（式１０）を満たすとき、拡散成分ＤＰ２は、凸部Ｐに当たることがない。

式９及び式１０を同時に満たすには、角度θが角度αと等しい（θ＝α）必要がある。
図９Ａは、最小角を成す拡散成分が導光板の底部及び凸部で反射することを示す図であり、図９Ｂは、最大角を成す拡散成分が凸部で反射することを示す図である。
図９Ａでは、最小角を成す拡散成分ＤＰ１が導光板ＬＧの底面ＬＢで反射し、当該反射した拡散成分ＲＰ３が、さらに凸部Ｐで反射する場合を示している。凸部Ｐで反射した拡散成分ＲＰ４は、第１方向Ｘから角度（α＋δ）傾いている。拡散成分ＲＰ４は、最大角を成す拡散成分として上方に向かう。つまり角度（α＋δ）は、角度（θ＋δ）と等しくなる（（α＋δ）＝（θ＋δ）（式１１））。式１１を満たすには、角度αと角度θが等しくなければならない（α＝θ）。

図９Ｂでは、最大角を成す拡散成分ＤＰ２が、凸部Ｐで反射する場合を示している。凸部Ｐで反射した拡散成分ＲＰ５は、第１方向Ｘから角度（α―δ）傾いている。拡散成分ＲＰ５は、最小角を成す拡散成分として上方に向かう。つまり角度（α－δ）は、角度（θ―δ）と等しくなる（（α－δ）＝（θ―δ）（式１２））。式１２を満たすには、角度αと角度θが等しくなければならない（α＝θ）。
以上のように、式１１及び式１２を満たす必要から、角度αと角度θは等しい。これを図７Ａ及び図７Ｂに適用すると、式８を得ることができる。

図１０は、光源素子からの出射光の拡散角度を説明する図である。光源素子ＬＳ１及びＬＳ２として、例えば、レーザダイオードを用いる。図１０の横軸は入射角θであり、縦軸は光源素子から出射される光の規格化強度（ＮＯＲＭＡＬＩＺＥＤ ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ）である。図１０では、拡散角度δ１及びδ２の範囲の拡散成分を有する例を示している。図１１は、式８（ＦＯＲＭＵＬＡ ８）に基づいて求められた、拡散角度及び入射角（凸部の角度）の関係を示す図である。図１１において、横軸は拡散角度δであり、縦軸は入射角θである。入射角θ及び凸部Ｐの角度αは等しいので、縦軸は角度αであるともいえる。より具体的には、図１１は、β０（＝９０°―臨界角θｃ）が４８°の場合の例を示している。

図１１から角度α（＝入射角θ）は、１５°以上２５°以下（１５°≦α、θ≦２５°）が好ましい。
導光板ＬＧ中を伝播する光の拡散角度δは、例えば、６．５°（δ＝６．５°）が好ましい。図１０に示すように、光の規格化強度の分布が狭いからである。拡散角度δが６．５°の場合の角度α（＝入射角θ）を求めると、１８°より大きく２１°より小さく（１８°＜α、θ＜２１°）となる。入射角θ及び凸部Ｐの角度αは、当該範囲であればさらに好ましい。

本実施形態では、入射角θ、拡散角度δ、角度β０（＝９０°―臨界角θｃ）の関係は、（（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）（式８）で表される。当該範囲を満たす照明装置ＩＬＤは、高い出射効率で照射光を照射することが可能である。またこのような高い出射効率を有する照明装置ＩＬＤを備える表示装置は、高輝度の映像光を実現することが可能である。

＜構成例１＞
図１２は、実施形態における照明装置の他の構成例を示す断面図である。図１２に示した構成例では、図５に示した構成例と比較して、導光板の側面の一方のみに光源素子を設けるという点で異なっている。
図１２に示す照明装置ＩＬＤにおいて、導光板ＬＧの第１側面Ｆ３に接して反射板ＲＥＦが設けられている。第１側面Ｆ３側には、光源素子は設けられない。第１側面Ｆ３の反対側の第２側面Ｆ４に隣接して、光源素子ＬＳが設けられている。

導光板ＬＧの厚さは、第２側面Ｆ４から第１側面Ｆ３に近づくに従い、段階的に厚くなる。第２主面Ｆ２は、第２側面Ｆ４から第１側面Ｆ３に、この順に配置された、第１領域Ｂ１と、第２領域Ｂ２と、第３領域Ｂ３とを有している。

第１領域Ｂ１における導光板ＬＧの厚さ（第１領域Ｂ１と第１主面Ｆ１との距離）をＤＢ１、第２領域Ｂ２における導光板ＬＧの厚さ（第２領域Ｂ２と第１主面Ｆ１との距離）をＤＢ２、第３領域Ｂ３における導光板ＬＧの厚さ（第３領域Ｂ３と第１主面Ｆ１との距離）をＤＢ３と定義する。距離ＤＢ１は、一定である。距離ＤＢ３は一定である。距離Ｄ２は、第２領域Ｂ２及び第１領域Ｂ１の境界から、第２領域Ｂ２及び第３領域Ｂ３の境界に向けて、長くなる。距離ＤＢ１、ＤＢ２，及びＤＢ３を、それぞれ、第１距離、第２距離、及び第３距離ともいう。

第２領域Ｂ２には、図５と同様に複数の凸部Ｐが設けられている。第１領域Ｂ１及び第３領域Ｂ３には、凸部Ｐは設けられない。凸部Ｐの断面構造、入射角θ、角度α、拡散角度δ等の詳細については、実施形態と同様であるので、説明を援用し、これを省略する。

第３領域Ｂ３を設けることにより、第１主面Ｆ１から出射する光の輝度分布を均一化させることができる。第３領域Ｂ３を設けない場合、つまり平坦部を設けない場合を考える。光源素子ＬＳから導光板ＬＧに入射した光は、導光板ＬＧ内部を伝播し、反射板ＲＥＦで反射される。第３領域Ｂ３を設けない場合では、反射板ＲＥＦで反射した光は、導光板ＬＧの下方に設けられる凸部Ｐで反射された後、第１主面Ｆ１の全反射条件を満たさなくなり、導光板ＬＧの第１主面Ｆ１から出射光ＬＯとして出射される。この際、第３領域Ｂ３を設けない場合では、反射板ＲＥＦ近傍の凸部で反射された光は、第１方向Ｘに沿って進んだのちに、第１主面Ｆ１から出射される。すなわち、第１主面Ｆ１の反射板ＲＥＦ近傍からは光は出射されず、第１主面Ｆ１での出射光の輝度ムラが生じる恐れがある。

しかしながら、第３領域Ｂ３を設ける場合では、第３領域Ｂ３の第２領域Ｂ２近傍の凸部で反射された光は、反射板ＲＥＦの上部で反射された後、第１主面Ｆ１の反射板ＲＥＦ近傍から出射される。これにより、出射光の輝度ムラを抑制し、輝度分布の均一性を向上させることができる。

本構成例に示す通り、光源素子を第１側面F３及び第２側面Ｆ４の一方のみに設ける場合であっても、上述した式８を満たす照明装置ＩＬＤでは、高い出射効率で照射光を照射することが可能である。またこのような高い出射効率を有する照射装置ＩＬＤを備える表示装置は、高輝度の映像光を実現することが可能である。
本構成例においても、実施形態と同様の効果を奏する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ａ３…第３領域、ＡＲ…空気、Ｂ１…第１領域、Ｂ２…第２領域、Ｂ３…第３領域、Ｄ１…距離、Ｄ２…距離、Ｄ３…距離、ＤＢ１…距離、ＤＢ３…距離、ＤＰ１…拡散成分、ＤＰ２…拡散成分、ＤＳＰ…表示装置、Ｆ１…第１主面、Ｆ２…第２主面、Ｆ３…第１側面、Ｆ４…第２側面、ＩＬＤ…照明装置、ＬＧ…導光板、ＬＩ…入射光、ＬＯ…出射光、ＬＲ…反射光、ＬＳ…光源素子、ＬＳ１…第１光源素子、ＬＳ２…第２光源素子、Ｌｃ…光、Ｌｆ…光、ＭＰ…主光線、Ｐ…凸部、Ｐ１…第１凸部、Ｐ２…第２凸部、Ｐ３…第３凸部、ＰＮＬ…表示パネル、ＲＥＦ…反射板、ＲＰ１…拡散成分、ＲＰ２…拡散成分、ＲＰ３…拡散成分、ＲＰ４…拡散成分、ＲＰ５…拡散成分、ｎ０…屈折率、ｎ１…屈折率。

Claims (10)

1. 光を出射する第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、第１側面と、前記第１側面と反対側の第２側面と、を有する、導光板と、
   前記導光板の前記第２主面に設けられる、複数の凸部と、
   前記導光板の前記第１側面及び第２側面にそれぞれ対向する、第１光源素子及び第２光源素子と、
   を備え、
   前記第１光源素子及び前記第２光源素子それぞれから出射される光は、それぞれ、前記第１側面及び前記第２側面から前記導光板内部に入射し、前記入射した光は、前記第１主面及び前記第２主面で反射しながら、前記導光板の内部を伝播し、
   前記伝播する光の主光線の入射する入射角をθ、前記光の拡散角度をδ、前記導光板の凸部の角度をα、前記導光板の臨界角をθｃ、（９０°－θｃ）を満たす角度をβ０とし、
   （（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）を満たす、照明装置。
2. 前記第２主面は、前記第１側面に隣接する第１領域と、前記第２側面に隣接する第３領域と、前記第１領域及び前記第３領域との間に設けられる第２領域と、を有し、
   前記第１領域及び前記第１主面との第１距離は、前記第１側面から前記第１領域及び前記第２領域との境界に向けて長くなり、
   前記第３領域及び前記第１主面との第３距離は、前記第２側面から前記第３領域及び前記第２領域との境界に向けて長くなり、
   前記第２領域及び前記第１主面との第２距離は、一定であり、かつ、第１距離及び第３距離それぞれより長い、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記入射角θは、１５°以上２５°以下である、請求項１に記載の照明装置。
4. 前記拡散角度δは６．５°であり、前記入射角θは、１８°より大きく２１より小さい、請求項３に記載の照明装置。
5. 請求項１に記載の照明装置と、
   前記照明装置からの照明光に照明される表示パネルと、
   を備える表示装置。
6. 光を出射する第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、第１側面と、前記第１側面と反対側の第２側面と、を有する、導光板と、
   前記導光板の前記第２主面に設けられる、複数の凸部と、
   前記導光板の前記第１側面に対向して設けられる反射板と、
   前記導光板の前記第２側面に対向する、光源素子と、
   を備え、
   前記光源素子から出射される光は、前記第２側面から前記導光板内部に入射し、前記入射した光は、前記第１主面及び前記第２主面で反射しながら、前記導光板の内部を伝播し、
   前記伝播する光の主光線の入射する入射角をθ、前記光の拡散角度をδ、前記導光板の凸部の角度をα、前記導光板の臨界角をθｃ、（９０°－θｃ）を満たす角度をβ０とし、
   （（β０＋δ）／３）＜θ＜（（β０―δ）／２）を満たす、照明装置。
7. 前記第２主面は、前記第１側面に隣接する第１領域と、前記第２側面に隣接する第３領域と、前記第１領域及び前記第３領域との間に設けられる第２領域と、を有し、
   前記第１領域及び前記第１主面との第１距離は、一定であり、
   前記第３領域及び前記第１主面との第３距離は、一定であり、
   前記第２領域及び前記第１主面との第２距離は、前記第２領域及び前記第１領域との境界から前記第２領域及び前記第３領域との境界に向けて長くなる、
   請求項６に記載の照明装置。
8. 前記入射角θは、１５°以上２５°以下である、請求項６に記載の照明装置。
9. 前記拡散角度δは６．５°であり、前記入射角θは、１８°より大きく２１°より小さい、請求項８に記載の照明装置。
10. 請求項６に記載の照明装置と、
    前記照明装置からの照明光に照明される表示パネルと、
    を備える表示装置。

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