JP3635248B2 - 平面照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いられる導光板および当該導光板と同形状を有した光偏光シートとを用いた平面照明装置に関し、特に、少ない光源でも明るく斑の無い出射光が得られる平面照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導光板は、点光源等の光源から入射光を側面部の入射面から導き、導光板の表面部や裏面部に出射するものである。この種の導光板は、導光板の全域にわたって入射光を入射させ、且つ所期の明るい出射光を得るために、ＬＥＤ等の点光源を導光板の側面部に複数設けた構成であった。
【０００３】
また、従来の導光板としては、導光板の表面部や裏面部にプリズムやブラスト等で凸状または凹状の形状をランダムに設けた構成とし、光源から入射した入射光を反射または屈折させ、且つ集光させながら適正に導光板の表面部または裏面部から出射させるものが知られている。
【０００４】
さらに、導光板の上部に単一な列状のプリズムシート等を用いて導光板からの出射光を拡散したり、集光したりする方法も知られている。
【０００５】
また、導光板の側面部にＬＥＤを配置した場合には、ＬＥＤが点光源のため、ＬＥＤの直進方向の輝度が強く、左右方向の輝度が弱いため、導光板の入射部にプリズムを設けて、ＬＥＤからの光線を拡散して左右方向に広げるようにする方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の導光板では、側面部に複数のＬＥＤ等の点光源を配置する必要があり、携帯機器の表示装置における照明装置に採用した場合、装置全体としての小型化が図れず、必要電流が多くバッテリの消耗が早まるため、バッテリの交換頻度が多くなり、経済性等に課題がある。
【０００７】
また、光源が点光源の場合には、導光板に入射される入射光が点光源の中心から同心円状に伝播するものであるので、従来の導光板では点光源から離れる位置や部位に於ける導光板の表面部や裏面部からの出射エネルギが均等に分布せず、導光板の表面部や裏面部にプリズムやブラスト等で凸状または凹状の形状をランダムに設け、光源から入射した入射光を反射や屈折および集光等をしても出射光として斑や輝度低下する課題がある。
【０００８】
さらに、導光板からの出射光を拡散したり、集光したりするために、導光板の上部に単一な列状のプリズムシート等を用いた場合には、点光源のように光の伝播が放射状なために、導光板からの出射光とプリズムシートとの相関関係が完全に一致しない場所ができてしまう。これにより、最終的な平面照明装置からの出射光に明暗等が発生し、出射面に輝度の斑ができてしまう課題がある。
【０００９】
また、多数のＬＥＤを並べて配置する場合には、隣り合うＬＥＤの光線が互いに重なり合う部分が発生してしまい、出射面に輝度差が生じて輝度分布に課題がある。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためなされたもので、導光板の入射部を少なくとも一つの側面部の中心位置や一端部位置とし、これらの位置と同心に凸状や凹状の稜を表面部や裏面部に有し、この導光板の稜と対称な位置関係を有する導光板と同様の凸状や凹状の稜を有する光偏光シートを備えて、光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射させるとともに最終の平面照明装置からの出射光が略垂直方向に輝度斑のない明るい出射光が得られる平面照明装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を光源からの光の入射部とし、中心位置または端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として表面部または／および裏面部に同心状に形成された導光板と、側面部の中心位置または端部位置を中心として導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
導光板の凸状の稜の頂点と光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ導光板の凹状の稜の頂点と光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように光偏光シートが導光板に対面して配置され、
光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、導光板の凸状の稜と凹状の稜および光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を光源からの光の入射部とし、中心位置または端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として表面部または／および裏面部に同心状に形成された導光板と、側面部の中心位置または端部位置を中心として導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
導光板の凸状の稜の頂点と光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ導光板の凹状の稜の頂点と光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように光偏光シートが導光板に対面して配置され、
光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、導光板の凸状の稜と 凹状の稜および光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成された構成なので、導光板の稜から出射する前の光線の角度と光偏光シートの稜に入射した後の光線の角度とを等しくすることができるとともに導光板の稜からの出射光を最短距離で完全に光偏光シートの稜に導き効率良く光線を偏光することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
なお、本発明は、導光板の入射部が少なくとも一つの側面部の中心や一端部に位置し、表面部や裏面部にこれら入射部の位置と同心に頂角の角度が８０度〜１７９度ならびに表面部や裏面部での仮想水平面と成す角度が０．０１度〜１０度の範囲の凸状や凹状の三角形状断面を持つ稜を一つの同心円上において連続または非連続に設け、さらに導光板に設けた形状とシンメトリに光を偏光する光偏光シートを導光板の上部に配置して導光板からの出射光を略垂直方向に偏光して均一で輝度斑のない明るい出射光が得られる平面照明装置を提供するものである。
【００１４】
図１および図２は本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の実施の形態を示す平面図である。なお、図１は光源が導光板の側面部の中心位置に配置した場合に於ける導光板の平面図、図２は光源が導光板の側面部の一端部位置に配置した場合に於ける導光板の平面図である。図３は図１に示す導光板の点Ｐ１と、点Ｐ１を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向、すなわち稜の上のある点における稜の法線方向Ｐ１−Ａ、および図２に示す導光板の点Ｐ２と、点Ｐ２を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向、すなわち稜の上のある点における稜の法線方向Ｐ２−Ｂの断面図である。図４は図３の導光板の部分拡大断面図であり、光線の軌跡を示す図、図５（ａ），（ｂ），図６および図７は導光板に設けられる稜の他の構成例を示す部分拡大図である。
【００１５】
導光板１は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で略矩形状に成形される。導光板１は、入射部Ｐを側面部４，７，８および９の少なくとも一つの側面部（図１の例では側面部４）の中心位置Ｐ１としている。また、導光板１は、図３に示すように、表面部５または／および裏面部６に中心位置Ｐ１と同心に凸状の稜５１，６１や凹状の稜５２，６２を有している。
【００１６】
更に説明すると、表面部５や裏面部６の一側面部４の中心位置Ｐ１点を中心に同心を描くように図３の凸状の稜５１や稜６１がラインＳ１のように放射状に設けられるとともに図３の凹状の稜５２や稜６２がラインＳ２のように放射状に設けられる。
【００１７】
ここでは、凸状の稜５１や稜６１をラインＳ１，Ｓ３（奇数）とし、凹状の稜５２や稜６２をラインＳ２，Ｓ４（偶数）として凸状および凹状を交互または連続に（ラインＳｎ）示している。なお、図示しないが、飛び飛びに凸状の稜５１や稜６１を設け、凸状の稜５１や稜６１との間を平面としたり、飛び飛びに凹状の稜５２や稜６２を設け、凸状の稜５１や稜６２との間を平面にすることも可能である。
【００１８】
また、図２に示すように、導光板１の他の構成として、入射部Ｐを側面部４，７，８および９の少なくとも一つの側面部（図２の例では側面部４）の隅の一端部位置Ｐ２とすることもできる。この場合、図３に示すように、表面部５または／および裏面部６に一端部位置Ｐ２と同心に凸状の稜５１，６１や凹状の稜５２，６２を有している。
【００１９】
更に説明すると、表面部５や裏面部６の一側面部４の一端部位置Ｐ２点を中心に同心を描くように図３の凸状の稜５１や稜６１がラインＳ１のように放射状に設けられるとともに図３の凹状の稜５２や稜６２がラインＳ２のように放射状に設けられる。
【００２０】
ここでは、凸状の稜５１や稜６１をラインＳ１，Ｓ３（奇数）とし、凹状の稜５２や稜６２をラインＳ２，Ｓ４（偶数）として凸状および凹状を連続に（ラインＳｎ）示している。なお、図示しないが、飛び飛びに凸状の稜５１や稜６１を設け、凸状の稜５１や稜６１との間を平面としたり、飛び飛びに凹状の稜５２や稜６２を設け、凸状の稜５１や凹状の稜６２との間を平面にすることも可能である。
【００２１】
以上の構成により、光源２から入射して稜５１、稜６１、稜５２および稜６２に達した光線は、放射出射光である光源２から同距離にあるため、これらに対する任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射している。
【００２２】
ここで説明が重複するが、図３は図１に於ける側面部４，７，８および９の少なくとも一つの側面部（図３の例では側面部４）の中心位置Ｐ１を入射部Ｐとし、この入射部Ｐの中心位置Ｐ１と、中心位置Ｐ１を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ１−Ａの断面を示すとともに、図２に於ける側面部４，７，８および９の少なくとも一端部位置Ｐ２を入射部Ｐとし、この入射部Ｐの端部位置Ｐ２、端部位置Ｐ２を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ２−Ｂの断面を示している。
【００２３】
入射部Ｐから放射状に表面部５や裏面部６に設けた凸状の稜５１や稜６１および凹状の稜５２や稜６２は断面が三角形状をしている。そして、凸状の稜５１の角度θ１を８０度〜１７９度の範囲、凹状の稜５２の角度θ２を８０度〜１７９度の範囲としている。また、表面部５の仮想水平面１ｃおよび裏面部６の仮想水平面１ｄと成す角度θ３を０．０１度〜１０度の範囲としている。
【００２４】
以上のように各角度θ１，θ２およびθ３を設定することにより、図４に示すように、入射部Ｐの中心位置Ｐ１や端部位置Ｐ２から導光板１に光線が入射されると、空気層から導光板１内に入射した光線は、例えば導光板１の材料をポリカーボネート（ＰＣ）樹脂とした場合、ポリカーボネート樹脂の屈折率ｎ＝１．５９であるので、空気層から導光板１内に入った光線Ｌ０は０≦｜α｜≦ｓｉｎ-1（１／ｎ）より（但し、ｎは空気層とし屈折率ｎ＝１）、導光板１内に存在する光は略屈折角α＝±３８．９７１３°の範囲内にある。
【００２５】
また、屈折角α＝±３８．９７１３°の範囲内で導光板１内に入射した光は、導光板１と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、ｓｉｎγ＝（１／ｎ）により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板１に使用されている樹脂材料であるポリカーボネート樹脂の屈折率はｎ＝１．５９程度であるので、臨界角γはγ＝３８．９７°程度になる。なお、導光板１の材料としてアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）材を用いた場合には、アクリル樹脂の屈折率ｎがｎ＝１．４９程度であり、屈折角αはα＝４２．３８°程度となるので、臨界角γもγ＝４２．３８°程度となる。
【００２６】
なお、図３では、導光板１の入射部Ｐ側の表面部５および裏面部６に平面部分を描いているが、これは表面部５および裏面部６の基の平面を表すもので、実際には、入射部Ｐの中心位置Ｐ１や一端部位置Ｐ２の端から凸状の稜５１や稜６１または凹状の稜５２や稜６２の三角形状が設けられる。
【００２７】
よって、最大屈折角αで表面部５や裏面部６方向に進んだ光線Ｌ１やＬ１’は、図４に示すように、仮想水平面１ｃや仮想水平面１ｄと角度θ３でなす辺５ｂや辺６ｂの垂線と成す角（入射角）が臨界角γよりも小さく臨界角γを破り、屈折して光線Ｌ１２や光線Ｌ１２’として表面部５や裏面部６に沿ったように出射する。
【００２８】
また、例えば光線Ｌ２やＬ２’のような屈折角αが小さな光線の場合には、辺５ｂや辺６ｂの垂線と成す角（入射角）が臨界角γよりも大きいため、光線Ｌ３やＬ３’として全反射をする。そして、光線Ｌ３やＬ３’は、辺６ｂや辺５ｂの垂線と成す角（入射角）が臨界角γよりも小さいので、臨界角γを破り、屈折して光線Ｌ４や光線Ｌ４’として裏面部６や表面部５からある程度の角度で表面部５や裏面部６に沿ったように出射する。
【００２９】
このように、本発明の入射部Ｐから放射状に表面部５や裏面部６に設けた凸状の稜５１や稜６１および凹状の稜５２や稜６２の法線と直角方向の断面の三角形状の角度範囲に於いて、表面部５から出射する光線の大部分は、裏面部６に設けた凸状の稜６１の辺６ｂで全反射した光線である。また、裏面部６から出射する光線の大部分は、表面部５に設けた凸状の稜５１の辺５ｂで全反射した光線である。
【００３０】
なお、導光板１の中に存在する（略屈折角α＝±３８．９７°の範囲内）光線のうち、屈折角αが小さいほど光のエネルギが大きく、このエネルギが大きい光線は直接出射する光線でなく、一度凸状の稜６１の辺６ｂで全反射した光線が主なものである。すなわち、表面部５から出射する光線の大部分は、裏面部６に設けた凸状の稜６１の辺６ｂで全反射した光のエネルギが大きな光線である。
【００３１】
また、これら出射光は、表面部５や裏面部６に沿ったように出射する。図示はしないが、稜５１や稜６１は、目的に合わせて、表面部５あるいは裏面部６のみに設けても良く、上述した構成と同等の効果を得る。例えば、表面部５のみに凸状の稜５１や凹状の稜５２を設けて、出射光の大部分を裏面部６方向から出射させ、反射光等の裏面部６の下部方向からの光を表面部５方向に出射させるフロントライトに用いることができる。
【００３２】
さらに、光源２から離れるにしたがって凸状の稜５１や稜６１、凹状の稜５２や稜６２等の相互間のピッチを変化させたり、凸状の稜５１や稜６１の稜の高さや凹状の稜５２や稜６２の稜の深さを設定することもできる。これにより、辺５ｂや辺６ｂ等に達する光線量を変化させ、出射光量を変えることができる。
【００３３】
また、導光板１は、図５（ａ）に示すように、凸状の稜５１や稜６１や凹状の稜５２や稜６２を各々一つの同心円上において連続にした場合、光源２から入射して稜５１、稜６１、稜５２および稜６２に達した光線は、放射出射光の光源２から同距離にあり、これらに対応する任意の距離の稜全ての光エネルギが等しく出射している。
【００３４】
さらに、導光板１は、図５（ｂ）に示すように、凸状の稜５１，６１や凹状の稜５２，６２を各々一つの同心円上において非連続にした場合、光源２から入射して稜５１、稜６１、稜５２および稜６２に達した光線は、放射出射光の光源２から同距離にあるが、これらに対応する任意の距離にある稜のみ光エネルギが等しく出射している。これにより、表面部５や裏面部６からの出射光を目的とする位置に部分的に出射することもできる。
【００３５】
また、図６に示すように、導光板１は、三角形状の稜部を平坦に欠切した平坦部５１１および平坦部５２１を設けたものであってもよい。さらに、図示はしないが、例えば表面部５のみに稜５１に平坦に欠切させた平坦部５１１を設け、裏面部６の近傍に反射体を備えた場合には、表面部５で全反射した光が裏面部６方向に進み、裏面部６から外部に出射した光線が反射体で反射して、再度導光板１に入射した光線は、表面部５の稜５１の斜面（辺）では反射や屈折を行うが、平坦部５１１では概略ストレートに表面部５から出射することができる。
【００３６】
なお、ここでは図示しないが、裏面部６でも同様に平坦部を設けることにより、同様な作用で裏面部６に設けた平坦部から概略ストレートに出射することができる。
【００３７】
さらに、図７に示すように、導光板１の三角形状の稜の隣り合った面（辺）を曲線または円弧状にしてもよい。図７では、曲線または円弧状が内側にへこんだ稜の面５１ａおよび５１ｂを示している。これにより、導光板１内に存在した光は、このへこんだ凹状の稜の面５１ａに達すると、この面５１ａの法線に対して出射角が直線の稜よりも大きくなり、外側寄りに拡散した状態となる。
【００３８】
また、図示しないが、曲線または円弧状が外側に膨らんだ稜の面の場合、導光板１内に存在した光は、この膨らんだ凸状の稜の面に達すると、この面の法線に対して出射角が直線の稜よりも小さくなり、内側寄り状態となり、曲率と一致する場所では光を集光し、それ以上遠ざかると光を拡散する。このように、導光板１の三角形状の稜の隣り合った面（辺）を曲線または円弧状にした場合には、出射光の出射角等を可変することができる。
【００３９】
なお、ここでの凸状の稜５１や稜６１および凹状の稜５２や稜６２の辺５ａと辺５ｂや辺６ａと辺６ｂとが等しい形状としたが、本発明の目的とする導光板１からの出射方向が導光板１の表面部５の入射部Ｐ方向から入射部Ｐの反対方向に出射すれば良い。従って、二等辺三角形でなくとも良く、例えば辺５ｂや辺６ｂのみを持ち、辺５ａや辺６ａを垂直にした直角三角形の形状でも良い。
【００４０】
ここで、、図８は本発明に係る平面照明装置の光偏光シートの部分拡大断面図、図９は光源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の中心位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図、図１０は光源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の一端部位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図である。
【００４１】
光偏光シート１０は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の透明樹脂からフィルム状に成形される。光偏光シート１０は、図８に示すように、導光板１に対応させた形状を有し、断面が三角形状をし、凸状の稜１０ａや凹状の稜１０ｂからなる。光偏光シート１０は、導光板１と同様に、導光板１の使用法により、図示しないが飛び飛びに凸状の稜１０ａを設けたり、飛び飛びに凹状の稜１０ｂを設けたり、凸状の稜１０ａや凹状の稜１０ｂとの間を平面にすることも可能である。
【００４２】
光偏光シート１０は、図８に示すように、凸状の稜１０ａの角度θ５や凹状の稜１０ｂの角度θ６を６０度〜８０度の範囲としている。また、光偏光シート１０は、表面部１１と平行な仮想水平面１１ａと成す角度θ７を２０度〜６０度の範囲としている。
【００４３】
さらに、光偏光シート１０は、導光板１と対応させるために、導光板１の側面部４の中心位置Ｐ１に入射部Ｐと対向して光源２を設ける場合、図９に示すように、入射部Ｐから放射状に片面に、ここでは表面部１１の裏側に設けた凸状の稜１０ａおよび凹状の稜１０ｂを中心位置の入射部Ｐと、入射部Ｐを中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ−ａに図８の断面の三角形状を設ける。
【００４４】
また、光偏光シート１０は、導光板１の側面部４の一端部位置Ｐ２に入射部Ｐと対向して光源２を設ける場合、図１０に示すように、入射部Ｐから放射状に片面に、ここでは表面部１１の裏側に設けた凸状の稜１０ａおよび凹状の稜１０ｂを中心位置の入射部Ｐと、入射部Ｐを中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ−ｂに図８に示すようなの断面三角形状を設ける。
【００４５】
さらに、光偏光シート１０は、導光板１と同様に凸状の稜１０ａがラインＳ１および凹状の稜１０ｂがラインＳ２のように放射状に設けられ、凸状の稜１０ａをラインＳ１，Ｓ３（奇数）とし、凹状の稜１０ｂをラインＳ２，Ｓ４（偶数）として、凸状および凹状が交互または連続に（ラインＳｎ）形成されている。
【００４６】
なお、ここでの凸状稜１０ａおよび凹状稜１０ｂの辺１２ａと辺１２ｂとが等しい形状としたが、導光板１の表面部５からの出射光に合わせた形状とすれば良く、二等辺三角形でなくても良い。
【００４７】
次に、図１１は本発明に係る導光板と光偏光シート等からなる平面照明装置の部分拡大図であって、光線の軌跡を示す図である。
【００４８】
平面照明装置は、光偏光シート１０を導光板１の上部に備え、導光板１に設けた凸状の稜５１に対向するように光偏光シートの凸状稜１０ａを導光板１の表面部５側に向けて配置し、光源２を導光板１の側面部の中心位置や一端部位置に配置する。
【００４９】
ここでは、導光板１や光偏光シート１０についての説明は先に説明したことと重複するので、その説明については省略し、光の軌跡等の説明を行う。
【００５０】
図１１において、入射部Ｐから導光板１内部に入射した光線のなかで最大屈折角αの表面部５方向に進んだ光線Ｌ０は、表面部５の凸状の稜５１の辺５ｂに到達する。
【００５１】
この光線Ｌ０に対して表面部５が平面である場合には全反射をして裏面部６方向に進むが、辺５ｂに対して入射角が臨界角γ＝３８．９７°よりも小さいために、臨界角γを破り屈折して空気層に光線Ｌ１が出射する。
【００５２】
この時の光線Ｌ１は、導光板１の表面部５に沿ったように大きな出射角で出射する。
【００５３】
次に、光線Ｌ１は、光偏光シート１０の凸状の稜１０ａの辺１２ｂに到達し、ここでも導光板１と光偏光シート１０との材質が同じ（ポリカーボネート（ＰＣ））であり、空気層から空気よりも屈折率の大きい光偏光シート１０の辺１２ｂに対する光線Ｌ１は、辺１２ｂで屈折して光偏光シート１０内に光線Ｌ１１となって進む。
【００５４】
さらに、光線Ｌ１１は、光偏光シート１０内の辺１２ａに到達し、ここでの入射角が臨界角γ＝３８．９７°よりも大きいために、辺１２ａで全反射をして、光線Ｌ１２は光偏光シート１０の表面部１１方向に進む。
【００５５】
光線Ｌ１２は、光偏光シート１０の表面部１１での入射角が臨界角γ＝３８．９７°よりも小さいので、表面部１１から略垂直に出射する。
【００５６】
このように、光偏光シート１０は、導光板１からの低く導光板１に沿ったような光線を、全反射を利用して光偏光シート１０に対して略垂直方向に光を出射することができる。
【００５７】
このように、本発明の平面照明装置は、導光板１の上部に光偏光シート１０を備えることにより、導光板１から導光板１に沿ったように出射した光線を光偏光シート１０により全体として平面照明装置の上方から光を出射することができる。
【００５８】
また、本発明の平面照明装置は、少ない点光源でも、光源の位置する所から導光板１の表面部５や裏面部６に放射状に稜をもたせ、どこでも一定の光エネルギを与え、導光板１内に入射した光線の中でも光のエネルギの大きな光線を導光板１から任意の角度で出射し、この光線を光偏光シート１０により、略垂直方向に偏光することで、平面照明装置として、均一な高輝度を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を光源からの光の入射部とし、中心位置または端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として表面部または／および裏面部に同心状に形成された導光板と、側面部の中心位置または端部位置を中心として導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
導光板の凸状の稜の頂点と光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ導光板の凹状の稜の頂点と光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように光偏光シートが導光板に対面して配置され、
光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、導光板の凸状の稜と凹状の稜および光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成された構成なので、導光板の稜から出射する前の光線の角度と光偏光シートの稜に入射した後の光線の角度とを等しくすることができるとともに導光板の稜からの出射光を最短距離で完全に光偏光シートの稜に導き効率良く光線を偏光することができる。これにより、明るく斑のない均一な出射光を得ることができ、導光板からの出射光が導光板側に沿って出射するような光線でも隈無く略垂直に立ち上げ、観測側に対して正面の表面全体から出射光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の実施の形態を示す平面図であって、光源が導光板の側面部の中心位置に配置した場合に於ける導光板の平面図
【図２】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の実施の形態を示す平面図であって、光源が導光板の側面部の一端部位置に配置した場合に於ける導光板の平面図
【図３】 図１に示す導光板の点Ｐ１と、点Ｐ１を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ１−Ａ、および図２に示す導光板の点Ｐ２と、点Ｐ２を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ２−Ｂの断面図
【図４】 図３の導光板の部分拡大断面図であり、光線の軌跡を示す図
【図５】 （ａ），（ｂ）本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の稜の他の構成例を示す部分拡大図
【図６】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の稜の他の構成例を示す部分拡大図
【図７】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の稜の他の構成例を示す部分拡大図
【図８】 本発明に係る平面照明装置の光偏光シートの部分拡大断面図
【図９】 光源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の中心位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図
【図１０】 源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の一端部位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図
【図１１】 本発明に係る平面照明装置の部分拡大図であって、光線の軌跡を示す図
【符号の説明】
１…導光板、２…光源、４，７，８，９…側面部、５，１１…表面部、６…裏面部、１０…光偏光シート、ｎ…屈折率、５１，６１，１０ａ…凸状稜、５２，６２，１０ｂ…凹状稜、１ｃ，１ｄ，１１ａ…仮想水平面、Ａ，Ｂ，ａ，ｂ…光源と同心の法線の垂直方向の点、５１１，５２１…平坦部、５１ａ，５２ａ…曲面稜、５ａ，５ｂ，１２ａ，１２ｂ…辺、Ｐ…入射部、Ｐ１…中心位置、Ｐ２…一端部位置、Ｓ１…凸稜ライン、Ｓ２…凹稜ライン、Ｓｎ…ライン、α…屈折角、θ１，θ５…凸状稜の角度、θ２，θ６…凹状稜の角度、θ３，θ７…仮想水平線と成す角度、γ…臨界角、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１’，Ｌ２’Ｌ３，Ｌ３’，Ｌ４，Ｌ４’，Ｌ１２，Ｌ１２’，Ｌ１３，Ｌ１３’，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３，Ｌ３４…光線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等に用いられる導光板および当該導光板と同形状を有した光偏光シートとを用いた平面照明装置に関し、特に、少ない光源でも明るく斑の無い出射光が得られる平面照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導光板は、点光源等の光源から入射光を側面部の入射面から導き、導光板の表面部や裏面部に出射するものである。この種の導光板は、導光板の全域にわたって入射光を入射させ、且つ所期の明るい出射光を得るために、ＬＥＤ等の点光源を導光板の側面部に複数設けた構成であった。
【０００３】
また、従来の導光板としては、導光板の表面部や裏面部にプリズムやブラスト等で凸状または凹状の形状をランダムに設けた構成とし、光源から入射した入射光を反射または屈折させ、且つ集光させながら適正に導光板の表面部または裏面部から出射させるものが知られている。
【０００４】
さらに、導光板の上部に単一な列状のプリズムシート等を用いて導光板からの出射光を拡散したり、集光したりする方法も知られている。
【０００５】
また、導光板の側面部にＬＥＤを配置した場合には、ＬＥＤが点光源のため、ＬＥＤの直進方向の輝度が強く、左右方向の輝度が弱いため、導光板の入射部にプリズムを設けて、ＬＥＤからの光線を拡散して左右方向に広げるようにする方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の導光板では、側面部に複数のＬＥＤ等の点光源を配置する必要があり、携帯機器の表示装置における照明装置に採用した場合、装置全体としての小型化が図れず、必要電流が多くバッテリの消耗が早まるため、バッテリの交換頻度が多くなり、経済性等に課題がある。
【０００７】
また、光源が点光源の場合には、導光板に入射される入射光が点光源の中心から同心円状に伝播するものであるので、従来の導光板では点光源から離れる位置や部位に於ける導光板の表面部や裏面部からの出射エネルギが均等に分布せず、導光板の表面部や裏面部にプリズムやブラスト等で凸状または凹状の形状をランダムに設け、光源から入射した入射光を反射や屈折および集光等をしても出射光として斑や輝度低下する課題がある。
【０００８】
さらに、導光板からの出射光を拡散したり、集光したりするために、導光板の上部に単一な列状のプリズムシート等を用いた場合には、点光源のように光の伝播が放射状なために、導光板からの出射光とプリズムシートとの相関関係が完全に一致しない場所ができてしまう。これにより、最終的な平面照明装置からの出射光に明暗等が発生し、出射面に輝度の斑ができてしまう課題がある。
【０００９】
また、多数のＬＥＤを並べて配置する場合には、隣り合うＬＥＤの光線が互いに重なり合う部分が発生してしまい、出射面に輝度差が生じて輝度分布に課題がある。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためなされたもので、導光板の入射部を少なくとも一つの側面部の中心位置や一端部位置とし、これらの位置と同心に凸状や凹状の稜を表面部や裏面部に有し、この導光板の稜と対称な位置関係を有する導光板と同様の凸状や凹状の稜を有する光偏光シートを備えて、光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射させるとともに最終の平面照明装置からの出射光が略垂直方向に輝度斑のない明るい出射光が得られる平面照明装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を光源からの光の入射部とし、中心位置または端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として表面部または／および裏面部に同心状に形成された導光板と、側面部の中心位置または端部位置を中心として導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
導光板の凸状の稜の頂点と光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ導光板の凹状の稜の頂点と光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように光偏光シートが導光板に対面して配置され、
光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、導光板の凸状の稜と凹状の稜および光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を光源からの光の入射部とし、中心位置または端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として表面部または／および裏面部に同心状に形成された導光板と、側面部の中心位置または端部位置を中心として導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
導光板の凸状の稜の頂点と光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ導光板の凹状の稜の頂点と光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように光偏光シートが導光板に対面して配置され、
光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、導光板の凸状の稜と 凹状の稜および光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成された構成なので、導光板の稜から出射する前の光線の角度と光偏光シートの稜に入射した後の光線の角度とを等しくすることができるとともに導光板の稜からの出射光を最短距離で完全に光偏光シートの稜に導き効率良く光線を偏光することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
なお、本発明は、導光板の入射部が少なくとも一つの側面部の中心や一端部に位置し、表面部や裏面部にこれら入射部の位置と同心に頂角の角度が８０度〜１７９度ならびに表面部や裏面部での仮想水平面と成す角度が０．０１度〜１０度の範囲の凸状や凹状の三角形状断面を持つ稜を一つの同心円上において連続または非連続に設け、さらに導光板に設けた形状とシンメトリに光を偏光する光偏光シートを導光板の上部に配置して導光板からの出射光を略垂直方向に偏光して均一で輝度斑のない明るい出射光が得られる平面照明装置を提供するものである。
【００１４】
図１および図２は本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の実施の形態を示す平面図である。なお、図１は光源が導光板の側面部の中心位置に配置した場合に於ける導光板の平面図、図２は光源が導光板の側面部の一端部位置に配置した場合に於ける導光板の平面図である。図３は図１に示す導光板の点Ｐ１と、点Ｐ１を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向、すなわち稜の上のある点における稜の法線方向Ｐ１−Ａ、および図２に示す導光板の点Ｐ２と、点Ｐ２を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向、すなわち稜の上のある点における稜の法線方向Ｐ２−Ｂの断面図である。図４は図３の導光板の部分拡大断面図であり、光線の軌跡を示す図、図５（ａ），（ｂ），図６および図７は導光板に設けられる稜の他の構成例を示す部分拡大図である。
【００１５】
導光板１は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で略矩形状に成形される。導光板１は、入射部Ｐを側面部４，７，８および９の少なくとも一つの側面部（図１の例では側面部４）の中心位置Ｐ１としている。また、導光板１は、図３に示すように、表面部５または／および裏面部６に中心位置Ｐ１と同心に凸状の稜５１，６１や凹状の稜５２，６２を有している。
【００１６】
更に説明すると、表面部５や裏面部６の一側面部４の中心位置Ｐ１点を中心に同心を描くように図３の凸状の稜５１や稜６１がラインＳ１のように放射状に設けられるとともに図３の凹状の稜５２や稜６２がラインＳ２のように放射状に設けられる。
【００１７】
ここでは、凸状の稜５１や稜６１をラインＳ１，Ｓ３（奇数）とし、凹状の稜５２や稜６２をラインＳ２，Ｓ４（偶数）として凸状および凹状を交互または連続に（ラインＳｎ）示している。なお、図示しないが、飛び飛びに凸状の稜５１や稜６１を設け、凸状の稜５１や稜６１との間を平面としたり、飛び飛びに凹状の稜５２や稜６２を設け、凸状の稜５１や稜６２との間を平面にすることも可能である。
【００１８】
また、図２に示すように、導光板１の他の構成として、入射部Ｐを側面部４，７，８および９の少なくとも一つの側面部（図２の例では側面部４）の隅の一端部位置Ｐ２とすることもできる。この場合、図３に示すように、表面部５または／および裏面部６に一端部位置Ｐ２と同心に凸状の稜５１，６１や凹状の稜５２，６２を有している。
【００１９】
更に説明すると、表面部５や裏面部６の一側面部４の一端部位置Ｐ２点を中心に同心を描くように図３の凸状の稜５１や稜６１がラインＳ１のように放射状に設けられるとともに図３の凹状の稜５２や稜６２がラインＳ２のように放射状に設けられる。
【００２０】
ここでは、凸状の稜５１や稜６１をラインＳ１，Ｓ３（奇数）とし、凹状の稜５２や稜６２をラインＳ２，Ｓ４（偶数）として凸状および凹状を連続に（ラインＳｎ）示している。なお、図示しないが、飛び飛びに凸状の稜５１や稜６１を設け、凸状の稜５１や稜６１との間を平面としたり、飛び飛びに凹状の稜５２や稜６２を設け、凸状の稜５１や凹状の稜６２との間を平面にすることも可能である。
【００２１】
以上の構成により、光源２から入射して稜５１、稜６１、稜５２および稜６２に達した光線は、放射出射光である光源２から同距離にあるため、これらに対する任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射している。
【００２２】
ここで説明が重複するが、図３は図１に於ける側面部４，７，８および９の少なくとも一つの側面部（図３の例では側面部４）の中心位置Ｐ１を入射部Ｐとし、この入射部Ｐの中心位置Ｐ１と、中心位置Ｐ１を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ１−Ａの断面を示すとともに、図２に於ける側面部４，７，８および９の少なくとも一端部位置Ｐ２を入射部Ｐとし、この入射部Ｐの端部位置Ｐ２、端部位置Ｐ２を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ２−Ｂの断面を示している。
【００２３】
入射部Ｐから放射状に表面部５や裏面部６に設けた凸状の稜５１や稜６１および凹状の稜５２や稜６２は断面が三角形状をしている。そして、凸状の稜５１の角度θ１を８０度〜１７９度の範囲、凹状の稜５２の角度θ２を８０度〜１７９度の範囲としている。また、表面部５の仮想水平面１ｃおよび裏面部６の仮想水平面１ｄと成す角度θ３を０．０１度〜１０度の範囲としている。
【００２４】
以上のように各角度θ１，θ２およびθ３を設定することにより、図４に示すように、入射部Ｐの中心位置Ｐ１や端部位置Ｐ２から導光板１に光線が入射されると、空気層から導光板１内に入射した光線は、例えば導光板１の材料をポリカーボネート（ＰＣ）樹脂とした場合、ポリカーボネート樹脂の屈折率ｎ＝１．５９であるので、空気層から導光板１内に入った光線Ｌ０は０≦｜α｜≦ｓｉｎ-1（１／ｎ）より（但し、ｎは空気層とし屈折率ｎ＝１）、導光板１内に存在する光は略屈折角α＝±３８．９７１３°の範囲内にある。
【００２５】
また、屈折角α＝±３８．９７１３°の範囲内で導光板１内に入射した光は、導光板１と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、ｓｉｎγ＝（１／ｎ）により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板１に使用されている樹脂材料であるポリカーボネート樹脂の屈折率はｎ＝１．５９程度であるので、臨界角γはγ＝３８．９７°程度になる。なお、導光板１の材料としてアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）材を用いた場合には、アクリル樹脂の屈折率ｎがｎ＝１．４９程度であり、屈折角αはα＝４２．３８°程度となるので、臨界角γもγ＝４２．３８°程度となる。
【００２６】
なお、図３では、導光板１の入射部Ｐ側の表面部５および裏面部６に平面部分を描いているが、これは表面部５および裏面部６の基の平面を表すもので、実際には、入射部Ｐの中心位置Ｐ１や一端部位置Ｐ２の端から凸状の稜５１や稜６１または凹状の稜５２や稜６２の三角形状が設けられる。
【００２７】
よって、最大屈折角αで表面部５や裏面部６方向に進んだ光線Ｌ１やＬ１’は、図４に示すように、仮想水平面１ｃや仮想水平面１ｄと角度θ３でなす辺５ｂや辺６ｂの垂線と成す角（入射角）が臨界角γよりも小さく臨界角γを破り、屈折して光線Ｌ１２や光線Ｌ１２’として表面部５や裏面部６に沿ったように出射する。
【００２８】
また、例えば光線Ｌ２やＬ２’のような屈折角αが小さな光線の場合には、辺５ｂや辺６ｂの垂線と成す角（入射角）が臨界角γよりも大きいため、光線Ｌ３やＬ３’として全反射をする。そして、光線Ｌ３やＬ３’は、辺６ｂや辺５ｂの垂線と成す角（入射角）が臨界角γよりも小さいので、臨界角γを破り、屈折して光線Ｌ４や光線Ｌ４’として裏面部６や表面部５からある程度の角度で表面部５や裏面部６に沿ったように出射する。
【００２９】
このように、本発明の入射部Ｐから放射状に表面部５や裏面部６に設けた凸状の稜５１や稜６１および凹状の稜５２や稜６２の法線と直角方向の断面の三角形状の角度範囲に於いて、表面部５から出射する光線の大部分は、裏面部６に設けた凸状の稜６１の辺６ｂで全反射した光線である。また、裏面部６から出射する光線の大部分は、表面部５に設けた凸状の稜５１の辺５ｂで全反射した光線である。
【００３０】
なお、導光板１の中に存在する（略屈折角α＝±３８．９７°の範囲内）光線のうち、屈折角αが小さいほど光のエネルギが大きく、このエネルギが大きい光線は直接出射する光線でなく、一度凸状の稜６１の辺６ｂで全反射した光線が主なものである。すなわち、表面部５から出射する光線の大部分は、裏面部６に設けた凸状の稜６１の辺６ｂで全反射した光のエネルギが大きな光線である。
【００３１】
また、これら出射光は、表面部５や裏面部６に沿ったように出射する。図示はしないが、稜５１や稜６１は、目的に合わせて、表面部５あるいは裏面部６のみに設けても良く、上述した構成と同等の効果を得る。例えば、表面部５のみに凸状の稜５１や凹状の稜５２を設けて、出射光の大部分を裏面部６方向から出射させ、反射光等の裏面部６の下部方向からの光を表面部５方向に出射させるフロントライトに用いることができる。
【００３２】
さらに、光源２から離れるにしたがって凸状の稜５１や稜６１、凹状の稜５２や稜６２等の相互間のピッチを変化させたり、凸状の稜５１や稜６１の稜の高さや凹状の稜５２や稜６２の稜の深さを設定することもできる。これにより、辺５ｂや辺６ｂ等に達する光線量を変化させ、出射光量を変えることができる。
【００３３】
また、導光板１は、図５（ａ）に示すように、凸状の稜５１や稜６１や凹状の稜５２や稜６２を各々一つの同心円上において連続にした場合、光源２から入射して稜５１、稜６１、稜５２および稜６２に達した光線は、放射出射光の光源２から同距離にあり、これらに対応する任意の距離の稜全ての光エネルギが等しく出射している。
【００３４】
さらに、導光板１は、図５（ｂ）に示すように、凸状の稜５１，６１や凹状の稜５２，６２を各々一つの同心円上において非連続にした場合、光源２から入射して稜５１、稜６１、稜５２および稜６２に達した光線は、放射出射光の光源２から同距離にあるが、これらに対応する任意の距離にある稜のみ光エネルギが等しく出射している。これにより、表面部５や裏面部６からの出射光を目的とする位置に部分的に出射することもできる。
【００３５】
また、図６に示すように、導光板１は、三角形状の稜部を平坦に欠切した平坦部５１１および平坦部５２１を設けたものであってもよい。さらに、図示はしないが、例えば表面部５のみに稜５１に平坦に欠切させた平坦部５１１を設け、裏面部６の近傍に反射体を備えた場合には、表面部５で全反射した光が裏面部６方向に進み、裏面部６から外部に出射した光線が反射体で反射して、再度導光板１に入射した光線は、表面部５の稜５１の斜面（辺）では反射や屈折を行うが、平坦部５１１では概略ストレートに表面部５から出射することができる。
【００３６】
なお、ここでは図示しないが、裏面部６でも同様に平坦部を設けることにより、同様な作用で裏面部６に設けた平坦部から概略ストレートに出射することができる。
【００３７】
さらに、図７に示すように、導光板１の三角形状の稜の隣り合った面（辺）を曲線または円弧状にしてもよい。図７では、曲線または円弧状が内側にへこんだ稜の面５１ａおよび５１ｂを示している。これにより、導光板１内に存在した光は、このへこんだ凹状の稜の面５１ａに達すると、この面５１ａの法線に対して出射角が直線の稜よりも大きくなり、外側寄りに拡散した状態となる。
【００３８】
また、図示しないが、曲線または円弧状が外側に膨らんだ稜の面の場合、導光板１内に存在した光は、この膨らんだ凸状の稜の面に達すると、この面の法線に対して出射角が直線の稜よりも小さくなり、内側寄り状態となり、曲率と一致する場所では光を集光し、それ以上遠ざかると光を拡散する。このように、導光板１の三角形状の稜の隣り合った面（辺）を曲線または円弧状にした場合には、出射光の出射角等を可変することができる。
【００３９】
なお、ここでの凸状の稜５１や稜６１および凹状の稜５２や稜６２の辺５ａと辺５ｂや辺６ａと辺６ｂとが等しい形状としたが、本発明の目的とする導光板１からの出射方向が導光板１の表面部５の入射部Ｐ方向から入射部Ｐの反対方向に出射すれば良い。従って、二等辺三角形でなくとも良く、例えば辺５ｂや辺６ｂのみを持ち、辺５ａや辺６ａを垂直にした直角三角形の形状でも良い。
【００４０】
ここで、、図８は本発明に係る平面照明装置の光偏光シートの部分拡大断面図、図９は光源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の中心位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図、図１０は光源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の一端部位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図である。
【００４１】
光偏光シート１０は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等の透明樹脂からフィルム状に成形される。光偏光シート１０は、図８に示すように、導光板１に対応させた形状を有し、断面が三角形状をし、凸状の稜１０ａや凹状の稜１０ｂからなる。光偏光シート１０は、導光板１と同様に、導光板１の使用法により、図示しないが飛び飛びに凸状の稜１０ａを設けたり、飛び飛びに凹状の稜１０ｂを設けたり、凸状の稜１０ａや凹状の稜１０ｂとの間を平面にすることも可能である。
【００４２】
光偏光シート１０は、図８に示すように、凸状の稜１０ａの角度θ５や凹状の稜１０ｂの角度θ６を６０度〜８０度の範囲としている。また、光偏光シート１０は、表面部１１と平行な仮想水平面１１ａと成す角度θ７を２０度〜６０度の範囲としている。
【００４３】
さらに、光偏光シート１０は、導光板１と対応させるために、導光板１の側面部４の中心位置Ｐ１に入射部Ｐと対向して光源２を設ける場合、図９に示すように、入射部Ｐから放射状に片面に、ここでは表面部１１の裏側に設けた凸状の稜１０ａおよび凹状の稜１０ｂを中心位置の入射部Ｐと、入射部Ｐを中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ−ａに図８の断面の三角形状を設ける。
【００４４】
また、光偏光シート１０は、導光板１の側面部４の一端部位置Ｐ２に入射部Ｐと対向して光源２を設ける場合、図１０に示すように、入射部Ｐから放射状に片面に、ここでは表面部１１の裏側に設けた凸状の稜１０ａおよび凹状の稜１０ｂを中心位置の入射部Ｐと、入射部Ｐを中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ−ｂに図８に示すようなの断面三角形状を設ける。
【００４５】
さらに、光偏光シート１０は、導光板１と同様に凸状の稜１０ａがラインＳ１および凹状の稜１０ｂがラインＳ２のように放射状に設けられ、凸状の稜１０ａをラインＳ１，Ｓ３（奇数）とし、凹状の稜１０ｂをラインＳ２，Ｓ４（偶数）として、凸状および凹状が交互または連続に（ラインＳｎ）形成されている。
【００４６】
なお、ここでの凸状稜１０ａおよび凹状稜１０ｂの辺１２ａと辺１２ｂとが等しい形状としたが、導光板１の表面部５からの出射光に合わせた形状とすれば良く、二等辺三角形でなくても良い。
【００４７】
次に、図１１は本発明に係る導光板と光偏光シート等からなる平面照明装置の部分拡大図であって、光線の軌跡を示す図である。
【００４８】
平面照明装置は、光偏光シート１０を導光板１の上部に備え、導光板１に設けた凸状の稜５１に対向するように光偏光シートの凸状稜１０ａを導光板１の表面部５側に向けて配置し、光源２を導光板１の側面部の中心位置や一端部位置に配置する。
【００４９】
ここでは、導光板１や光偏光シート１０についての説明は先に説明したことと重複するので、その説明については省略し、光の軌跡等の説明を行う。
【００５０】
図１１において、入射部Ｐから導光板１内部に入射した光線のなかで最大屈折角αの表面部５方向に進んだ光線Ｌ０は、表面部５の凸状の稜５１の辺５ｂに到達する。
【００５１】
この光線Ｌ０に対して表面部５が平面である場合には全反射をして裏面部６方向に進むが、辺５ｂに対して入射角が臨界角γ＝３８．９７°よりも小さいために、臨界角γを破り屈折して空気層に光線Ｌ１が出射する。
【００５２】
この時の光線Ｌ１は、導光板１の表面部５に沿ったように大きな出射角で出射する。
【００５３】
次に、光線Ｌ１は、光偏光シート１０の凸状の稜１０ａの辺１２ｂに到達し、ここでも導光板１と光偏光シート１０との材質が同じ（ポリカーボネート（ＰＣ））であり、空気層から空気よりも屈折率の大きい光偏光シート１０の辺１２ｂに対する光線Ｌ１は、辺１２ｂで屈折して光偏光シート１０内に光線Ｌ１１となって進む。
【００５４】
さらに、光線Ｌ１１は、光偏光シート１０内の辺１２ａに到達し、ここでの入射角が臨界角γ＝３８．９７°よりも大きいために、辺１２ａで全反射をして、光線Ｌ１２は光偏光シート１０の表面部１１方向に進む。
【００５５】
光線Ｌ１２は、光偏光シート１０の表面部１１での入射角が臨界角γ＝３８．９７°よりも小さいので、表面部１１から略垂直に出射する。
【００５６】
このように、光偏光シート１０は、導光板１からの低く導光板１に沿ったような光線を、全反射を利用して光偏光シート１０に対して略垂直方向に光を出射することができる。
【００５７】
このように、本発明の平面照明装置は、導光板１の上部に光偏光シート１０を備えることにより、導光板１から導光板１に沿ったように出射した光線を光偏光シート１０により全体として平面照明装置の上方から光を出射することができる。
【００５８】
また、本発明の平面照明装置は、少ない点光源でも、光源の位置する所から導光板１の表面部５や裏面部６に放射状に稜をもたせ、どこでも一定の光エネルギを与え、導光板１内に入射した光線の中でも光のエネルギの大きな光線を導光板１から任意の角度で出射し、この光線を光偏光シート１０により、略垂直方向に偏光することで、平面照明装置として、均一な高輝度を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る平面照明装置は、光源と、少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を光源からの光の入射部とし、中心位置または端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として表面部または／および裏面部に同心状に形成された導光板と、側面部の中心位置または端部位置を中心として導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
導光板の凸状の稜の頂点と光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ導光板の凹状の稜の頂点と光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように光偏光シートが導光板に対面して配置され、
光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、導光板の凸状の稜と凹状の稜および光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成された構成なので、導光板の稜から出射する前の光線の角度と光偏光シートの稜に入射した後の光線の角度とを等しくすることができるとともに導光板の稜からの出射光を最短距離で完全に光偏光シートの稜に導き効率良く光線を偏光することができる。これにより、明るく斑のない均一な出射光を得ることができ、導光板からの出射光が導光板側に沿って出射するような光線でも隈無く略垂直に立ち上げ、観測側に対して正面の表面全体から出射光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の実施の形態を示す平面図であって、光源が導光板の側面部の中心位置に配置した場合に於ける導光板の平面図
【図２】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の実施の形態を示す平面図であって、光源が導光板の側面部の一端部位置に配置した場合に於ける導光板の平面図
【図３】 図１に示す導光板の点Ｐ１と、点Ｐ１を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ１−Ａ、および図２に示す導光板の点Ｐ２と、点Ｐ２を中心とする同心円をなす稜の上のある点とを結ぶ方向Ｐ２−Ｂの断面図
【図４】 図３の導光板の部分拡大断面図であり、光線の軌跡を示す図
【図５】 （ａ），（ｂ）本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の稜の他の構成例を示す部分拡大図
【図６】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の稜の他の構成例を示す部分拡大図
【図７】 本発明に係る平面照明装置に用いられる導光板の稜の他の構成例を示す部分拡大図
【図８】 本発明に係る平面照明装置の光偏光シートの部分拡大断面図
【図９】 光源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の中心位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図
【図１０】 源が導光板と対応させた光偏光シートの側面部の一端部位置に配置した場合に於ける光偏光シートの平面図
【図１１】 本発明に係る平面照明装置の部分拡大図であって、光線の軌跡を示す図
【符号の説明】
１…導光板、２…光源、４，７，８，９…側面部、５，１１…表面部、６…裏面部、１０…光偏光シート、ｎ…屈折率、５１，６１，１０ａ…凸状稜、５２，６２，１０ｂ…凹状稜、１ｃ，１ｄ，１１ａ…仮想水平面、Ａ，Ｂ，ａ，ｂ…光源と同心の法線の垂直方向の点、５１１，５２１…平坦部、５１ａ，５２ａ…曲面稜、５ａ，５ｂ，１２ａ，１２ｂ…辺、Ｐ…入射部、Ｐ１…中心位置、Ｐ２…一端部位置、Ｓ１…凸稜ライン、Ｓ２…凹稜ライン、Ｓｎ…ライン、α…屈折角、θ１，θ５…凸状稜の角度、θ２，θ６…凹状稜の角度、θ３，θ７…仮想水平線と成す角度、γ…臨界角、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１’，Ｌ２’Ｌ３，Ｌ３’，Ｌ４，Ｌ４’，Ｌ１２，Ｌ１２’，Ｌ１３，Ｌ１３’，Ｌ３１，Ｌ３２，Ｌ３３，Ｌ３４…光線。
Claims (1)
- 光源と、
少なくとも一つの側面部の中心位置または端部位置を前記光源からの光の入射部とし、前記中心位置または前記端部位置を中心として凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を８０度〜１７９度の範囲とするとともに表面部および裏面部の仮想水平面と成す角度を０．０１度〜１０度として前記表面部または／および前記裏面部に同心状に形成された導光板と、
側面部の中心位置または端部位置を中心として前記導光板と等しい凸状の稜と凹状の稜とが、頂点の角度を６０度〜８０度の範囲とするとともに表面部と平行な仮想水平面と成す角度を２０度〜６０度として前記導光板の凸状の稜および凹状の稜と対向する面に同心状に形成された光偏光シートとを具備し、
前記導光板の凸状の稜の頂点と前記光偏光シートの凹状の稜の頂点とが対向し、かつ前記導光板の凹状の稜の頂点と前記光偏光シートの凸状の稜の頂点とが対向するように前記光偏光シートが前記導光板に対面して配置され、
前記光源から任意の距離に於いて光エネルギが等しく出射するように、前記導光板の凸状の稜と凹状の稜および前記光偏光シートの凸状の稜と凹状の稜とが一つの同心円上において連続または非連続に形成されたことを特徴とする平面照明装置。
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