JP2986773B2 - 点光源用の導光板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置など
のバックライトや発光誘導板に用いられる導光板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、本出願人は、液晶表示装置のバッ
クライトに用いられる平面照光装置として、図６に示す
ようなものを提案した(特開平０９−３２５２１８号公
報)。この平面照光装置３１は、液晶表示パネル４０の
下部に設けられ、裏面３２bに回折格子３３が設けられ
た透明プラスティック樹脂からなる導光板３２と、この
導光板３２の厚肉側端辺３２cに沿って配置された光源
としての冷陰極またはセミホット電極をもつ蛍光管３４
と、導光板の表面３２a以外と蛍光管３４を囲むように
覆って光を反射するリフレクタ３５と、導光板の表面３
２a側に平行に配置された拡散板３６と、この拡散板３
６の表面側に平行に配置された集光用のプリズムシート
３７からなる。

【０００３】上記回折格子３３は、蛍光管３４から略水
平に入射する光を全面で受け得るように0.5°〜5°の角
度で傾斜する裏面３２bに、微細な刻線溝として成形加
工され、その格子間隔ｄは、後述する回折の関係式(1)
による低次の回折光が導光板の表面３２aから略垂直で
かつ全反射の方向に一致して出射するように設定されて
いる。また、回折格子３３の図中に模式的に１１個の区
間で示された各単位幅における格子部幅／非格子部幅
(各区間の太線部長／細線部長)の比は、蛍光管３４から
の到達光量の減少に応じて回折光量が増加するように、
端辺３２cから離れるに従って次第に大きくなるように
設定されている。なお、上記区間は、実際には１１個よ
りも遥かに多く例えば1000個程度である。

【０００４】上記従来の平面照光装置３１では、蛍光管
３４から出た白色光が、端辺３２cから略水平に導光板
３２に入り、0.5°〜5°の角度で傾斜する裏面３２bの
全面に当たり、この全面に設けられた格子間隔ｄがサブ
ミクロンから数十ミクロン(0.1〜10μｍ)の回折格子３
３の多数の刻線溝間の隣接する平滑面の協同,相乗作用
によって回折され、強度の低次(例えば１〜３次)回折光
が図中の矢印の如く導光板３２の表面３２aから略垂直
に出射され、従来の一辺が0.16mmと大きく,隣と協同せ
ずに個別に光を幾何光学的に光粒子の和として全反射す
る従来の多数の三角錐プリズム面に比して、格段に高強
度の出射光が得られる。加えて、回折格子３３の単位幅
における格子部幅／非格子部幅,つまり格子の回折効率
(回折光強度の入射光強度に対する比)が、蛍光管３４側
の端辺３２cから離れるに従って大きくなっているの
で、光源から離れるに伴う光量減に見合って回折光量が
増加する。こうして、導光板３２の表面３２aは、高輝
度でかつ非常に均一に照らされる。

【０００５】なお、蛍光管３４から出る白色光は、青
(B),緑(G),赤(R)にピークをもつスペクトル分布を有す
るので、回折光が、後述する回折の関係式(1)により図
６中の矢印Ｒ,Ｇ,Ｂの如く分光するが、前面に配置され
た拡散板３６を通ることによって元の白色光に変わり、
次いで前面に配置されたプリズムシート３７で集光され
て出ていくので、液晶表示パネル４０が分光のない白色
光で高輝度しかも均一に下方から照らされるのである。
また、導光板３２の表面以外と蛍光管３４がリフレクタ
３５で覆われているので、蛍光管３４の光を殆ど総て導
光板３２に入射させることができ、液晶表示パネル４０
が一層高輝度に照らされる。

【０００６】上記導光板３２の高輝度かつ均一な照明の
実験例として、微細加工技術でパターンを刻線した金型
を用いてｄ＝３μｍの回折格子をもつ導光板を製造し、
光源側端辺から100mmの位置での表面輝度を、従来の300
μｍ程度の印刷パターンをもつ導光板の同様の表面輝度
と比較した結果、前者は後者の２倍も明るいことが判明
している。従って、この導光板３２は、電力消費の少な
い蛍光管３４でも高輝度のバックライトが得られるか
ら、電池駆動の液晶表示装置に適用すれば電池の寿命を
倍増でき、電池駆動の液晶テレビに適用すれば、明るい
屋外での映像鑑賞が可能になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本出願人が提案した上
記従来の導光板３２は、その端辺３２cに沿っていわば
線光源として蛍光管３４が延在することが、高輝度かつ
均一な面状照明の前提である。しかし、液晶表示パネル
４０の小型化に伴う導光板３２のコンパクト化あるいは
消費電力節減の要求に起因して、蛍光管３４を用いるこ
とができず、発光ダイオードなどの小さくて省電力の点
光源を数個用いてバックライトを構成せざるを得ない場
合が増えてきた。ところが、例えば、３個の発光ダイオ
ードを上記従来の導光板３２の厚肉側端辺３２cに、図
２に示すように配置して点灯すると、導光板３２の表面
３２aには各発光ダイオードから長手方向に一直線に延
びる３本の輝線Ｌが現れるだけで、この輝きを横方向に
拡げることができず、隣り合う輝線Ｌ,Ｌの中間部が暗
くなって、サイズが２×４インチ程度以上の液晶表示パ
ネルを高輝度かつ均一に照明することができないという
問題がある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、導光板の表面に
点光源による長手方向の輝線を横方向に拡大できるよう
に回折格子を設けることによって、点光源を用いても高
く,かつ均一な輝度を照光面全体に亘って得ることがで
き、ひいては光源の電力消費の低減による電池の長寿命
化も図ることができる導光板を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、透明な板状体の少なくとも一端
面から入射する１以上の点光源からの光を、上記板状体
の裏面に設けられた回折格子と上記板状体の表面に設け
られた回折格子によって回折させる導光板であって、上
記裏面の回折格子の単位幅における格子部幅／非格子部
幅の比または断面形状が変化せしめられ、上記表面の回
折格子が、上記裏面の回折格子に直交して設けられると
ともに、この表面の格子の格子間隔が上記裏面の回折格
子の平均格子間隔よりも小さい一定値に設定され、また
は上記表面の回折格子の断面形状が高次の回折光を高効
率で回折する一定形状に設定されていて、上記導光板の
表面における均一で高い輝度が得られるようになってい
ることを特徴とする。

【００１０】図１(Ａ)に例示するように、透明な板状体
からなる導光板２の裏面２bに一例として間隔ｄで反射
型の回折格子３(刻線溝)が加工されている場合、導光板
２の一端面２cにある点光源からの光は、矢印Ｉの如く
図１の紙面内で裏面２bに向けて入射し、上記回折格子
３によって矢印Ｄ₁,Ｄ₂,Ｄ₃の如く表面２aに向かって回
折されるが、入射光Ｉと回折光Ｄの間には、入射角を
ｉ,回折角をθ,光の波長をλ,ｍを整数として、次式(1)
が成立する。 (sinｉ−sinθ)＝±ｍ(λ／ｄ) …(1) 図中のＤ₁,Ｄ₂,Ｄ₃は、上式(1)中のｍを夫々１,２,３と
したときの回折光の方向を示している。１次の回折光Ｄ
₁は、表面２aに対する入射角が臨界角φ(例えばアクリ
ル製導光板の場合,φ＝42°)よりも大きくなるので、表
面２aで全反射されて導光板２内を遠方へ導かれ、２次,
３次の回折光Ｄ₂,Ｄ₃は、表面２aに対する入射角が臨界
角φよりも小さいので、表面２aから外方へ出ていく。
従って、裏面２bに対する入射角ｉを調整し、低次(例え
ば,ｍ＝３)の回折光が表面２aからこの表面と略直交方
向に出ていき、より低次(例えば,ｍ＝１)の回折光が導
光板内を遠方へ導かれるように、点光源の波長λに対し
て格子間隔ｄを適切に決めれば、導光板２の表面２a
が、この表面２aの略法線方向に出て行く高強度の出射
光と導光板内に導かれる全反射光によって、図１の紙面
である上記点光源を含む鉛直面との交線において、極め
て明るく照らされる。なお、表面２aの略法線方向にな
る上記回折の方向と、刻線溝の溝断面における傾斜角度
による入射光の全反射の方向が一致するように諸寸法を
調整する、つまり回折格子の溝形状をブレージング(bla
zing)化すれば最も輝度の高い輝線が得られ、これが図
２の３本の輝線Ｌに該当する。

【００１１】請求項１の導光板２は、裏面２bの回折格
子３の単位幅における格子部幅／非格子部幅の比または
断面形状が、導光板の表面２aにおける上記輝線Ｌの輝
度が増大し、かつ均一化されるように変化せしめられて
いる。即ち、導光板２は、例えば、光源側の一端面２c
から離れる,つまり点光源から届く光量が減じるにした
がって、例えば、断面形状が正弦波から鋸歯状に,また
は単位幅における格子部幅／非格子部幅の比が次第に大
きくなっている。従って、点光源からの光は、光量の多
い一端面２c側で弱く回折され、光量が少ない遠方側に
なるほど強く回折されるので、導光板の表面２aの上記
輝線Ｌは非常に高く,かつ均一な輝度で出現する。

【００１２】また、請求項１の導光板２の表面２aに
は、図１(Ａ)のb−b線断面図である図１(Ｂ)に示すよう
に、裏面２bの回折格子３に直交する透過型の回折格子
４が一定間隔ｄ'で設けられているので、輝線Ｌとして
見え,表面２aの略法線方向に出射する回折光Ｄ₂,Ｄ
₃は、この表面２aの回折格子４によって出射の際に回折
される。ここで、図１(Ｂ)に示すように、入射角をｉ'
(＝０),回折角をθ'とすれば、上述の関係式(１)から
−sinθ'＝±ｍ(λ／ｄ') が成立する。そこで、表面の
回折格子４の格子間隔ｄ'が、裏面の回折格子３の平均
格子間隔ｄよりも小さい一定値に設定されている場合
は、ｍ＝１,２,３の夫々に対して上式を満たすθ'はθ
よりも大きくなり、これは裏面よりも表面の回折格子４
による回折角度の方が大きいことを意味する。従って、
回折光つまり出射光は、図１(Ｂ)および図２のＤ₀',
Ｄ₁'，Ｄ_-1',Ｄ₂'，Ｄ_-2'，Ｄ₃',Ｄ_-3'で示すように大
きく拡がって、隣り合う輝線Ｌ,Ｌの間を高く,かつ均一
な輝度で照し、その結果、均一かつ高輝度な照光面２a
が得られる。一方、表面の回折格子４の断面形状が、上
記関係式(１)でｍが大きい高次の回折光を高効率で回折
する例えば歯の角度を調整した鋸歯(図４(Ｄ)参照)など
の一定形状に設定されている場合は、図１(Ｂ)のより大
きく拡がる外側の回折光の強度が増えるので、同様に均
一かつ高輝度な照光面２aが得られる。

【００１３】本発明の回折格子による手法が、各プリズ
ムが協同することなく個別に光を全反射する従来の多面
プリズム等と本質的に異なる点は、格子間隔ｄがサブミ
クロンから数十ミクロン(0.1〜10μｍ)までと上記プリ
ズムの一辺の長さに比して1／100のオーダであり、多数
の微細刻線溝間の隣接する平滑面が協同,相乗して波動
としての光を格段に強く回折でき、格段に高輝度の照光
面２aが得られることである。なお、このような回折格
子をもつ導光板は、例えば、刻線溝を内面に機械加工し
たり回折格子のホログラム電鋳膜を内張りした金型によ
る成形、あるいは導光板の裏面に刻線溝を直接機械加工
または印刷したり,印刷やホログラムによる膜を張り付
けて作ることができる。

【００１４】請求項２の発明は、透明な板状体の裏面か
ら入射する１以上の点光源からの光を、上記板状体の裏
面に設けられた回折格子と上記板状体の表面に設けられ
た回折格子によって回折させる導光板であって、上記裏
面の回折格子と上記表面の回折格子が、互いに直交して
設けられるとともに、上記回折格子の格子間隔または上
記回折格子の断面形状が、上記導光板の表面における均
一で高い輝度が得られるように設定されていることを特
徴とする。

【００１５】請求項２の導光板は、透明な板状体の裏面
側に点光源があるので、この板状体の表面と裏面に互い
に直交して設けられた回折格子は、共に透過型となる。
上記点光源からの光は、上記板状体の裏面の回折格子に
より、既述の回折の関係式(1)にしたがい、図１(Ｂ)に示
すようにこの回折格子の刻線溝に直交する面内で高次に
なる程大角度で拡がるように回折し、板状体の表面に例
えば図５に示すような輝点の列Ｐ_-2,Ｐ_-1,Ｐ₀,Ｐ₁,Ｐ₂
を作る。また、これらの輝点を作る裏面からの回折光
は、板状体の表面の回折格子により、この回折格子の各
刻線溝と直交する直線と上記回折光で作られる平面内
で、同じく図１(Ｂ)に示すように回折して、板状体の表
面に結果的に図５の輝点の列の組 … ;Ｐ_-21,Ｐ_-11,Ｐ
₀₁,Ｐ₁₁,Ｐ₁₂;Ｐ_-2,Ｐ_-1,Ｐ₀,Ｐ₁,Ｐ₂;Ｐ_-2-1,Ｐ_-1-1,
Ｐ_0-1,Ｐ_1-1,Ｐ_2-1; …が作られる。上記裏面と表面の
回折格子の格子間隔または回折格子の断面形状は、上記
輝点の列の組が板状体の表面全体に適切なピッチで分布
して、導光板の表面における均一で高い輝度が得られる
ようになっている。

【００１６】請求項３の導光板は、上記導光板の表面側
に、乱反射によって回折光を均一化または分光した回折
光を白色化する拡散板が設けられていることを特徴とす
る。

【００１７】光源が種々の波長λの光を含む白色光であ
ると、回折の関係式(1)から明らかなように、回折光が
図６の矢印Ｒ,Ｇ,Ｂで例示するように分光して出射す
る。出射する分光は、表面側に設けられた拡散板を通る
ことによって元の白色光に変えられる。また、光源が単
色光であると、回折光は拡散板を通ることによってさら
に均一になる。従って、少数の単色光を用いたり,白色
光の光源を用いたりしても、導光板の表面を一層均一な
単色,または分光しない白色光によってさらに均一かつ
高輝度で照らすことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
により詳細に説明する。図２は、液晶表示装置のバック
ライトに用いられた請求項１の導光板の一実施の形態を
示す斜視図である。透明プラスティック樹脂からなる導
光板２は、裏面２bが、点光源として厚肉側端辺２cに設
けられた３つの発光ダイオード５から略水平に入射する
光を全面で受け得るように表面２aに対して0.5°〜5°
の角度で傾斜し、この裏面２bに、微細な刻線溝として
成形加工された回折格子３を有するとともに、表面２a
に、裏面２bの回折格子３に直交して成形加工された回
折格子４を有する。回折格子３の格子間隔ｄは、回折の
関係式(1)で既に述べたように、低次の回折光が表面２a
から略垂直でかつ全反射の方向に一致して出射するよう
に設定される。また、回折格子３の単位幅における格子
部幅／非格子部幅の比は、発光ダイオード５からの到達
距離の減少に応じて回折光量が増加するように、端辺２
cから離れるに従って次第に大きくなるように設定され
ている。ここで、単位幅とは、１つの格子部幅と１つの
非格子部幅との和であり、単位区間の幅である。図２の
導光板２の裏面２bには、模式的に示された単位幅を有
する１１個の区間が設けられ、格子部幅は各区間の太線
部分、非格子部幅は各区間の細線部分で示されており、
端辺２cから離れるほど各区間での太線部分の割合,つま
り格子部幅が増えていることから、回折光量が増えるこ
とが理解できる。なお、上記区間の数は、説明の便宜上
１１個としたが、実際には遥かに多い数で、例えば１例
では1000個程度である。なお、裏面２bの回折格子３
は、本実施の形態では、格子部と非格子部を各単位幅の
左右に２分して設けたが、両者を１つの単位幅中に交互
に設けてその単位幅に特定の格子部幅／非格子部幅の比
が得られるようにしてもよい。また、格子部幅／非格子
部幅の比は、必ずしも図２のように端辺２cから離れる
につれて漸増させる必要はなく、表面の高輝度で均一な
輝線が得られる限り、任意に変化させることができる。

【００１９】一方、表面２aの回折格子４は、格子間隔
ｄ'が裏面２bの回折格子３の平均格子間隔ｄの略半分の
小さい一定値に設定されていて、上記裏面の回折格子３
による輝線Ｌを、図１(Ｂ),図２のＤ₀',Ｄ₁'，Ｄ_-1',Ｄ
₂'，Ｄ_-2'，Ｄ₃',Ｄ_-3'で示すように横方向に大きく拡
がらせて、隣り合う輝線Ｌ,Ｌの間を高く,かつ均一な輝
度で照すように回折させるようになっている。本実施の
形態では、表面２a,裏面２bの回折格子３,４は、格子間
隔ｄ,ｄ'が数μｍで、内面に刻線溝を機械加工した金型
を用いて導光板と同時に成形されるが、本発明の回折格
子は、間隔ｄ,ｄ'が0.1〜10μｍ、回折格子のホログラ
ム膜を内挿したインモールド成形、導光板裏面への刻線
溝の機械加工、または導光板裏面への印刷やホログラム
による回折格子膜の張付けによっても作成することがで
きる。なお、上記格子間隔ｄ'をもつ表面２aの回折格子
４に代えて、回折の関係式(1)でｍが大きい高次の回折
光を高効率で回折するように歯の角度を調整した図４
(Ｄ)に示す鋸歯の断面形状をもつ回折格子とすることが
できる。この場合、大きな角度で外側へ拡がる高次の回
折光の強度が増えるので、上述と同様に均一かつ高輝度
な照光面２aが得られる。

【００２０】図３は、図２の導光板２をバックライトに
用いた液晶表示装置の一例を示しており、この液晶表示
装置は、液晶表示パネル４０と、この下部に順次平行に
設けられ、上記導光板２の表面の回折格子４により表面
２a全体に均一に拡散した回折光を乱反射によってさら
に均一化する拡散板３６,上記導光板２,および光を反射
するリフレクタ３５からなる平面照光装置１とで構成さ
れる。導光板２を除く上記各部材は、図６で述べた従来
例と同じなので、同じ部材には同一番号を付して説明を
省略する。なお、リフレクタ３５は、図６と同様に導光
板２の表面２a以外と発光ダイオード５を囲むように覆
っている。

【００２１】上記構成の導光板２をもつ平面照光装置１
は、次のように液晶表示パネル４０を照らす。発光ダイ
オード５から出た単色光は、端辺２cから略水平に導光
板２に入り、0.5°〜5°の角度で傾斜する裏面２bの全
面に当たり、この全面に設けられた回折格子３の多数の
刻線溝間の隣接する平滑面の協同によって回折され、強
度の低次(例えば２,３次)回折光が導光板２の表面２cの
略法線方向に向かい、強度のより低次(例えば１次)回折
光が全反射で導光板２内を導かれる。つまり、回折格子
３は、1/100のオーダで微細かつ多数の刻線溝が協同,相
乗して作用するので、一辺が0.16mmと大きく,隣と協同
せずに個別に光を単に幾何光学的に光粒子の和として全
反射する従来の三角錐プリズム等による場合よりも、格
段に高強度の回折光が得られる。また、回折格子３の単
位幅における格子部幅／非格子部幅,つまり格子の回折
効率(回折光強度の入射光強度に対する比)が、発光ダイ
オード５の端辺２cから離れるに従って大きくなってい
るので、発光ダイオードから離れるに伴う光量減に見合
って回折光量が増加する。従って、導光板２の表面の回
折格子４がなければ、表面２aには各発光ダイオード５
から延びる高輝度で均一な輝線Ｌ(図２参照)が出現す
る。

【００２２】しかし、導光板２の表面２aには、図１
(Ｂ),図２に示すような裏面２bの回折格子３に直交する
回折格子４が一定間隔ｄ'で設けられているので、上記
輝線Ｌとして見える回折光Ｄ₂,Ｄ₃は、表面２aの回折格
子４によって出射の際に回折される。ここで、図１(Ｂ)
に示すように、回折角をθ'とすれば、入射角ｉ'が０な
ので、上述の回折の関係式(1)から −sinθ'＝±ｍ(λ
／ｄ') が成立する。表面の回折格子４の格子間隔ｄ'
は、裏面の回折格子３の平均格子間隔ｄよりも小さい一
定値に設定されているから、ｍ＝２,３の夫々に対して
上式を満たすθ'はθよりも大きくなり、これは裏面よ
りも表面の回折格子４による回折角度の方が大きいこと
を意味する。従って、回折光つまり出射光は、図１(Ｂ)
および図２のＤ₀',Ｄ₁'，Ｄ_-1',Ｄ₂'，Ｄ_-2'，Ｄ₃',Ｄ
_-3'で示すように大きく拡がって、表面２aの隣り合う輝
線Ｌ,Ｌの間を高く,かつ均一な輝度で照らす。さらに、
導光板２の上方に図３の如く拡散板３６が設けられてい
るので、拡散板３６を通った回折光はさらに均一化さ
れ、液晶表示パネル４０を下方から非常に均一かつ高輝
度に照明する。加えて、導光板２の表面以外と発光ダイ
オード５をリフレクタ３５で覆っているので、発光ダイ
オード５の光を殆ど総て導光板２に入射させることがで
きるので、液晶表示パネル４０を非常に均一かつ非常に
高輝度に照明することができる。 なお、上記実施の形
態では、点光源を導光板２の厚肉側端辺２cのみに配置
したが、照光面の輝度を高めるべく、導光板の両端辺に
配置してもよい。

【００２３】図４は、導光板２の表面２aにおける輝度,
つまり回折光の強度と、回折格子３の格子間隔および断
面形状の周知の関係を模式的に示している。但し、図４
では、光は上述のように導光板の端面から板内に入射す
るのでなく、導光板に略垂直に入射している。なお、こ
の図は、Ｔ.Ｋ.ゲイロード(T.K.Gaylord)氏が、今年３
月に米国ジョージア工科大学で開かれた回折光学共同研
究会において発表したものである。格子間隔が広いと、
図４(Ａ)の如く、高次数(回折の関係式(1)のｍ参照)ま
で回折が生じるが、各次数の回折効率は低い一方、格子
間隔が狭いと、図４(Ｂ)の如く、特定の次数でしか回折
が生じないが、その回折効率は高い。次に、断面形状
が、ホログラム回折格子に良くみられるように図４(Ｃ)
の如き正弦波の場合は、回折効率が低く、機械加工の回
折格子に良くみられるように図４(Ｄ)の如き鋸歯状の場
合は、入射光の全反射の方向を回折光の方向に一致させ
て既述のブレーズ格子を作ることができて回折効率が高
く、バイナリ回折格子といわれる図４(Ｅ)の如きステッ
プ状の場合は、回折効率が低くなる。さらに、図２で述
べたように、導光板の単位幅における非格子(非刻線溝)
部幅に対する格子部幅の比が増,減すれば、回折格子の
面積が増,減するので、回折効率は増,減する。従って、
上記実施の形態では、回折格子３の単位幅における格子
部幅／非格子部幅の比を導光板の長手方向に沿って変化
させて導光板の表面２aの輝度を均一化したが、回折格
子の断面形状を同様に変化させることによって輝度の均
一化を図ることもできる。

【００２４】図５は、請求項２の導光板の一実施の形態
を示す斜視図である。透明プラスティック樹脂からなり
薄い板状の直方体を呈する導光板１２は、１以上の点光
源として裏面１２bの中央下方に設けられた単一の発光
ダイオード５から入射する光を受けるとともに、裏面１
２bと表面１２aに互いに直交するように微細な刻線溝と
して成形加工された共に透過型の回折格子１３,１４を
有する。回折格子１３の格子間隔ｄおよび回折格子１４
の格子間隔ｄ'は、回折の関係式(1)の発光ダイオードの
波長λ等を考慮して導光板１２の表面１２aにおいて均
一で高い輝度が得られるように一定値に設定されてい
る。上記格子間隔ｄ,ｄ'と回折光の拡がりとの関係は、
段落[0022]で述べたように、格子間隔が狭いほど拡がり
が大きく、格子間隔が広いほど拡がりが小さい。上記導
光板１２も、図示しないが図３で述べたと同様の拡散板
３６,リフレクタ３５と一緒に、液晶表示パネル４０を
下方から照明する平面照光装置を構成する。

【００２５】上記構成の導光板１２は、次のように液晶
表示パネル４０を照らす。発光ダイオード５の光は、導
光板１２の裏面１２bから垂直に入射してその回折格子
１３により、回折の関係式(1)にしたがい、図１(Ｂ)に示
すようにこの回折格子の刻線溝に直交する面内で高次に
なるほど大角度で拡がるように回折し、導光板１２の表
面１２aに図５に示すような輝点の列Ｐ_-2,Ｐ_-1,Ｐ₀,
Ｐ₁,Ｐ₂を作る。また、これらの輝点を作る裏面１２bか
らの回折光は、導光板１２の表面１２aの回折格子１４
により、この回折格子１４の各刻線溝と直交する直線と
上記回折光で作られる平面内で、同じく図１(Ｂ)に示す
ように回折して、板状体の表面に結果的に図５の輝点の
列の組 … ;Ｐ_-21,Ｐ_-11,Ｐ₀₁,Ｐ₁₁,Ｐ₁₂;Ｐ_-2,Ｐ_-1,Ｐ
₀,Ｐ₁,Ｐ₂;Ｐ_-2-1,Ｐ_-1-1,Ｐ_0-1,Ｐ_1-1,Ｐ_2-1; …が作
られる。上記裏面と表面の回折格子１３,１４の格子間
隔ｄ,ｄ'は、上記輝点の列の組が導光板１２の表面１２
a全体に適切なピッチで分布するので、導光板の表面１
２aにおける均一で高い輝度が得られる。なお、輝点Ｐ
_ijは、図５に示すように、発光ダイオード５を通る鉛直
線と表面１２aの交点を原点とし、裏面の回折格子１３
による回折方向をｘ,表面の回折格子１４による回折方
向をｙとするとき、サフィックスｉがｘ座標,サフィッ
クスｊがｙ座標を夫々表わす。

【００２６】上記導光板１２の上下には、図示しないが
図３と同様の拡散板３６,液晶表示パネル４０,リフレク
タ３５が設けられているので、表面１２a全体に適切な
ピッチで分布する上記輝点の光をさらに均一分布になる
ように拡散するから、発光ダイオード５が単一または少
数でも液晶表示パネルをさらに均一かつ高輝度で照らす
ことができる。図５の導光板１２は、図３で述べた導光
板２よりも一般に厚さが厚く、また発光ダイオード５の
分だけ厚さが増えるが、発光ダイオード５は従来の蛍光
管ほど厚くなく、また発光ダイオードを裏面に設けてい
るので、表面の輝度がより明るくなるという利点があ
る。なお、図５の実施の形態では、発光ダイオード５を
単一にしたが、これを複数にしてもよく、そうすれば導
光板１２の表面を一層明るく照らすことができる。

【００２７】図５の導光板１２の裏面１２bと表面１２a
の回折格子１３,１４は、格子間隔ｄ,ｄ'を調整して、
表面１２aにおける均一で高い輝度を得るようにした
が、回折格子の断面形状を段落[0019]で述べたように例
えば鋸歯状にするなどして均一で高い輝度を得ることも
できる。図５では、導光板１２の裏面１２bと表面１２a
の回折格子１３,１４を成形加工したが、これらを段落
[0019]で述べたように、回折格子のホログラム膜を内挿
したインモールド成形、導光板裏面への刻線溝の機械加
工、または導光板裏面への印刷やホログラムによる回折
格子膜の張付けによっても作成することができる。

【００２８】上記いずれの実施の形態でも、光源として
単色光を発する発光ダイオードを用いたが、白色光を発
する点光源を用いることもでき、その場合、導光板の表
面側に拡散板を設ければ、回折でＲ,Ｇ,Ｂに分光した光
を拡散板を通すことで再び白色光にでき、液晶表示パネ
ルを良好に照らすことができる。さらに、本発明の導光
板は、上述の液晶表示装置のみならず、ビル内の天井等
に見られる,一端面に点光源をもち表面に非常口のマー
クを印刷した発光誘導板などにも好適に用いることがで
きる。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
請求項１に記載の導光板は、少なくとも一端面から点光
源からの光が入射する透明な板状体の裏面に設けられた
回折格子の単位幅における格子部幅／非格子部幅の比ま
たは断面形状が変化せしめられ、上記透明な板状体の表
面に設けられた回折格子が、上記裏面の回折格子に直交
して設けられ、かつその格子間隔が上記裏面の回折格子
の平均格子間隔よりも小さい一定値に設定され、または
上記表面の回折格子の断面形状が高次の回折光を高効率
で回折する一定形状に設定されているので、点光源から
の光が、まず裏面の回折格子により上記点光源からこの
回折格子に直交して延びる均一な輝線として回折され、
次いで表面の回折格子によりこの回折格子に直交する方
向に大角度で拡がるように回折されて隣り合う輝線間を
高く,均一な輝度で照らし、導光板の表面を高輝度で均
一に照らすことができる。従って、この導光板を電池で
駆動される液晶表示装置,液晶テレビ,非常口を表示する
発光誘導板などに適用すれば、従来に比してコンパクト
かつ格段に少ない消費電力で明るく均一な照明を得るこ
とができ、光源および電池の寿命を延ばし、長期使用を
可能にすることができる。

【００３０】本発明の請求項２に記載の導光板は、裏面
から１以上の点光源からの光が入射する透明な板状体の
透明な板状体の裏面に設けられた回折格子と表面に設け
られた回折格子が、互いに直交するとともに、上記回折
格子の格子間隔または上記回折格子の断面形状が、上記
導光板の表面における均一で高い輝度が得られるように
設定されているので、点光源からの光が、まず裏面の回
折格子によりその刻線溝に直交する面内で放射状に回折
して輝点の列を作り、次いで表面の回折格子によりその
各刻線溝に直交する直線と裏面からの回折光で作られる
平面内で再び放射状に回折して輝点の行列を作るから、
導光板の表面を高輝度で均一に照らすことができる。従
って、この導光板を電池で駆動される液晶表示装置,液
晶テレビ,非常口を表示する発光誘導板などに適用すれ
ば、従来に比してコンパクトかつ格段に少ない消費電力
で明るく均一な照明を得ることができ、光源および電池
の寿命を延ばし、長期使用を可能にすることができる。

【００３１】本発明の請求項３に記載の導光板は、請求
項１または２に記載の導光板において、上記導光板の表
面側に、乱反射によって回折光を均一化または分光した
回折光を白色化する拡散板が設けられているので、点光
源が白色光なら、導光板から出射する回折光は分光する
が、この分光が拡散板を通ることで元の白色光に変えら
れ、また、光源が単色光であるなら、出射する回折光は
拡散板を通ることでさらに均一になる。従って、少数の
単色光を用いたり,白色光の光源を用いたりしても、導
光板の表面を一層均一な単色,または分光しない白色光
によってさらに均一かつ高輝度で照らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 導光板の表,裏面に設けられた回折格子によ
る光の回折を原理的に示す模式図である。

【図２】 本発明の請求項１に記載の導光板の一実施の
形態を示す斜視図である。

【図３】 図２の導光板をバックライトに用いた液晶表
示装置の概略分解斜視図である。

【図４】 回折光の強度と回折格子の格子間隔および断
面形状の関係を示す模式図である。

【図５】 本発明の請求項２に記載の導光板の一実施の
形態を示す斜視図である。

【図６】 従来の平面照光装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…平面照光装置、２,１２…導光板、２a,１２a…表
面、２ｂ,１２b…裏面、２c…厚肉側端辺、３,１３…裏
面の回折格子、４,１４…表面の回折格子、５…発光ダ
イオード、３５…リフレクタ、３６…拡散板、４０…液
晶表示パネル。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な板状体の少なくとも一端面から入
   射する１以上の点光源からの光を、上記板状体の裏面に
   設けられた回折格子と上記板状体の表面に設けられた回
   折格子によって回折させる導光板であって、 上記裏面の回折格子の単位幅における格子部幅／非格子
   部幅の比または断面形状が変化せしめられ、 上記表面の回折格子が、上記裏面の回折格子に直交して
   設けられるとともに、この表面の格子の格子間隔が上記
   裏面の回折格子の平均格子間隔よりも小さい一定値に設
   定され、または上記表面の回折格子の断面形状が高次の
   回折光を高効率で回折する一定形状に設定されていて、 上記導光板の表面における均一で高い輝度が得られるよ
   うになっていることを特徴とする導光板。
2. 【請求項２】 透明な板状体の裏面から入射する１以上
   の点光源からの光を、上記板状体の裏面に設けられた回
   折格子と上記板状体の表面に設けられた回折格子によっ
   て回折させる導光板であって、 上記裏面の回折格子と上記表面の回折格子が、互いに直
   交して設けられるとともに、上記回折格子の格子間隔ま
   たは上記回折格子の断面形状が、上記導光板の表面にお
   ける均一で高い輝度が得られるように設定されているこ
   とを特徴とする導光板。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の導光板におい
   て、上記導光板の表面側に、乱反射によって回折光を均
   一化または分光した回折光を白色化する拡散板が設けら
   れていることを特徴とする導光板。