JP3644787B2

JP3644787B2 - 面状照明系

Info

Publication number: JP3644787B2
Application number: JP09743397A
Authority: JP
Inventors: 厚司福井; 完治西井; 健治高本; 正弥伊藤; 和政高田; 健田; 耕基中林; 宏渡部
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-09
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JPH1039302A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられる面状照明系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソルコンピュータ、携帯端末などの表示装置として、液晶ディスプレイが広く用いられるようになってきた。そして、そのバックライトとしての面状照明系に対して、高輝度化、低消費電力化が求められている。
【０００３】
以下、従来の面状照明系の一例について、図３４を用いて説明する（特開平５−１２７１５９号参照）。
図３４は従来技術における面状照明系を示す断面図である。図３４に示すように、従来の面状照明系は、平行平板状の導光体１３１と、導光体１３１の側面近傍に導光体１３１の側面と平行に設けられた線状光源１３４と、線状光源１３４を覆うようにして設けられた反射板１３５と、導光体１３１の裏面（下面）に点状に形成された光拡散物質１３６と、導光体１３１の裏面（下面）に設けられた反射シート１３３と、導光体１３１の表面（上面）に設けられた光拡散シート１３２と、光拡散シート１３２の直上に設けられたプリズムシート１３７とにより構成されている。
【０００４】
この従来の面状照明系においては、線状光源１３４からの光を、導光体１３１の側面から入射させ、導光体１３１内を全反射で伝播する光を、導光体１３１の裏面に形成された光拡散物質１３６によって拡散させている。これにより、光の全反射の条件がくずれ、導光体１３１の外部に光が射出される。導光体１３１からの射出光は、導光体１３１の裏面に設けられた反射シート１３３によって反射されて、導光体１３１の表面から射出する。導光体１３１の表面からは斜め方向に光が射出されるので、光拡散シート１３２の上に設けられたプリズムシート１３７における屈折作用によって光を正面方向に向けている。尚、この場合、導光体１３１の表面に光拡散シート１３２が設けられているので、導光体１３１の表面側から導光体１３１の裏面に形成された光拡散物質１３６のパターンが見えることはない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の面状照明系においては、プリズムシート１３７と反射シート１３３との間で多重反射が起こるため、光拡散物質１３６、光拡散シート１３２及び反射シート１３３での光吸収が大きくなり、面状照明系としての光効率が低下するといった問題点があった。また、シートを多数用いるため（反射シート１３３、光拡散シート１３２、プリズムシート１３７）、各シートの位置合わせのズレや、シート間へのゴミの混入による表示品質の低下などを招くといった問題点があった。
【０００６】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、高効率で、輝度が高く、しかも消費電力の少ない量産性に優れた面状照明系を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る面状照明系の構成は、光拡散板と反射板との間に配置された導光体を備えた面状照明系であって、前記導光体のうち、前記光拡散板側の一面は平坦部のみで構成され、前記一面と向かい合った他面は階段形状に形成され、前記他面は平坦部と複数の凹凸が形成された凹凸部とが連続して形成されていることを特徴とする。この面状照明系の構成によれば、導光体の光拡散板側の一面と向かい合った他面の平坦部と凹凸部での２回の全反射によって導光体の前記一面から光を射出させることができるので、プリズムシート、及び導光体の下面の光拡散材が不要となる。このため、プリズムシート、光拡散材での光吸収がなくなって、光効率が向上するので、高輝度化及び低消費電力化が可能となる。また、シートの枚数を削減することができ、かつ、光拡散材を導光体の下面に形成する工程を省くことができるので、組立性及び量産性が向上する。
【００１０】
また、前記本発明の面状照明系の構成においては、前記凹凸の断面形状が台形又は三角形であるのが好ましい。
【００１５】
また、前記本発明の面状照明系の構成においては、前記凹凸の表面が粗面であるのが好ましい。この好ましい例によれば、反射光を拡散させて、導光体からの射出光の放射輝度分布を広げることができるので、視野角の広い液晶ディスプレイに対応させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１は本発明の第１の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。図１において、１は導光体であり、導光体１は石英、ガラス、透明樹脂（例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート）等を材料として形成されている。導光体１の上面と下面とはほぼ平行であり、上面側から見ると導光体１の形状はほぼ長方形である。また、導光体１の側面と上面及び下面とはほぼ９０°の角度をなしている。導光体１の下面には、複数本の溝６が形成されている。２は光拡散板であり、光拡散板２は導光体１の上面の上方に配置されている。光拡散板２は、透明な樹脂などのシートの内部に屈折率の異なる材料を分散させるか、透明なシートの上に透明な球状の材料を分散させるか、透明なシートの表面に凹凸を形成することによって構成されている。３は反射板であり、反射板３は導光体１の下面及び後述する線状光源４側と反対側の側面を覆うようにして配置されている。反射板３は、例えば、透明な樹脂シートの内部に数μｍ〜数１０μｍ程度の気泡を密に分散させるか、樹脂シート、金属板等に銀、アルミなどの反射率の高い材料を蒸着することによって構成されている。これにより、反射板３は、少なくとも導光体１と対向する面で反射率が高くなっている。４は線状光源であり、この線状光源４は導光体１の一方の側面近傍に配置されている。この線状光源４としては、例えば、熱陰極管、冷陰極管等の蛍光灯、発光ダイオードを線状に配列したもの、白熱灯、有機発光材料を線状に形成したものが用いられる。５はリフレクタであり、このリフレクタ５は線状光源４を覆うようにして配置されている。リフレクタ５は、その内面で反射率が高く、かつ拡散性が小さくなるように構成されている。このような特性を有するリフレクタ５は、例えば、樹脂シートに銀、アルミなどの反射率の高い材料を蒸着し、このシートを薄い金属板あるいは樹脂シートに接着することによって得られる。
【００２５】
図２に、本実施の形態におけるリフレクタの断面形状を示す。図２中、７及び８は、リフレクタ５の一部であり、断面が楕円形状となっている（以下「楕円部７」、「楕円部８」という。）。楕円部７の焦点の１つは線状光源４の中心点Ｏであり、もう１つの焦点は線状光源４とリフレクタ５の上面との間に位置する点Ｐである。同様に、楕円部８の焦点の１つは線状光源４の中心点Ｏであり、もう１つの焦点は線状光源４とリフレクタ５の下面との間に位置する点Ｑである。楕円部７、８の楕円動径は小さい方が望ましい。尚、線状光源４が蛍光灯の場合、線状光源４とリフレクタ５との隙間は、ガラスの屈折率１．５に近い屈折率を有する透明な材料で充填されるのが望ましい。
【００２６】
線状光源４側における導光体１の側面の厚みとリフレクタ５の高さは同じであるのが望ましい。線状光源４の大きさ（径）は、リフレクタ５の高さの８０％以下であるのが望ましく、さらにはリフレクタ５の高さの７０％以下であるのが望ましい。これにより、線状光源４とリフレクタ５との隙間が確保され、線状光源４の後方射出光を効率良く導光体１に導くことができるからである。
【００２７】
図３に、図１の面状照明系における導光体の断面形状（図１のＡ部）を示す。図３において、線状光源４は左側方に位置している。図３に示すように、導光体１の下面は、導光体１の上面１５とほぼ平行な平坦部１１と、断面形状が台形の複数本の溝６とにより構成されている。溝６は、線状光源４側の斜面１２と、導光体１の上面１５とほぼ平行な底面１４と、線状光源４と反対側の斜面１３とを有している。導光体１からの射出光の放射輝度分布の中心を、導光体１の上面１５に対してほぼ垂直とするためには、溝６の線状光源４側の斜面１２の角度φ₁をほぼ５３°に設定すればよい。また、放射輝度分布の中心を、導光体１の上面１５の法線方向に対して±１０°以内に収めるためには、線状光源４側の斜面１２の角度φ₁を、約４６°＜φ₁＜約６０°の範囲に設定すればよい。さらに、放射輝度分布の中心角をαとし、図３の面内で任意の方向αに放射輝度分布の中心を向けるためには、線状光源４側の斜面１２の角度φ₁を、下記（数３）のように設定すればよい。
【００２８】
【数３】

【００２９】
また、溝６の線状光源４と反対側の斜面１３の角度φ₂が９０°に近いほど、導光体１からの放射輝度は高くなる。斜面１３は、導光体１の入射部である。従って、斜面１３は線状光源４からの入射部（側面）と同様であり、上面１５及び下面に対して角度φ₂を９０°前後とすることにより、斜面１３からの入射光を導光体１内で全反射させることができ、その結果、導光体１からの斜め方向の射出光を防止することができるので、正面方向（上面１５方向）への輝度を高くすることができる。実用的には、線状光源４と反対側の斜面１３の角度φ₂は６０°＜φ₂＜９０°の範囲にあるのが望ましい。導光体１をプレス成形、射出成形、ローラ成形などによって作製することを考えると、３°程度の抜き勾配を付けるのが望ましいので、線状光源４と反対側の斜面１３の角度φ₂は８７°程度、あるいは、８７°よりも小さく設定されるのが望ましい。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）に、本実施の形態の面状照明系における導光体に形成される溝の配置（溝分布）を示す。溝６の方向は、線状光源４の長手方向とほぼ平行である。溝６のピッチｐは一定であり、線状光源４に近いほど溝６の幅Ｈが小さく、線状光源４から遠ざかるに従って溝６の幅Ｈは増加していく。
【００３１】
導光体１の線状光源４側の側面からの距離をｘ、距離ｘにおける溝６の面積比をＳ（距離ｘの近傍における平坦部１１の面積をｓ₁、溝６の面積をｓ₂とした場合、Ｓ＝ｓ₂／（ｓ₁＋ｓ₂））、導光体１の長さをＬとすれば、下記（数４）の関係が成り立つ。
【００３２】
【数４】

【００３３】
この場合、Ｓは０＜Ｓ＜１／２の範囲にあり、βは１．０＜β＜４．０の範囲にあるのが望ましい。導光体１からの射出光の輝度分布を均一とするためには、αを０．０４程度、βを３．０程度にすればよい。
【００３４】
溝６のピッチｐが細かいほど、溝筋が目立たなくなり、ディスプレイの視認性が向上する。また、溝６のピッチｐが細かい場合には、光拡散板２として拡散性の小さなものを用いることができるので、正面方向（導光体１の上面方向）の輝度を高めることが可能となる。ピッチｐを変えて目視での実験を行った結果、ピッチｐを１ｍｍ以下に設定することにより、溝筋が目立たなくなることが分かった。好ましくは、ピッチｐを０．５ｍｍ以下に設定するのがよい。さらに、ピッチｐを液晶ディスプレイの画素ピッチの３分の１以下に設定すれば、光拡散板２は不要となる。
【００３５】
次に、上記のように構成された面状照明系について、その動作を説明する。まず、図２に示すように、線状光源４からの射出光は、光線１０のように導光体１内に直接入射するか、リフレクタ５で反射した後、導光体１内に入射する。線状光源４からの後方射出光（導光体１と反対側に射出する光）の大部分は、リフレクタ５の楕円部７、８に入射する。楕円部７（８）の焦点の１つは線状光源４の中心点Ｏであり、もう１つの焦点は線状光源４とリフレクタ５の上面（下面）との間に位置する点Ｐ（点Ｑ）である。楕円部７、８のような楕円鏡の場合、１つの焦点から出た光は、他方の焦点に集光するという特性があるので、線状光源４から出た後方射出光の大部分は、楕円部７、８によって導光体１へ入射する。一般に、線状光源４が蛍光灯の場合、蛍光灯への再入射光の約半分は蛍光灯の蛍光体によって吸収されてしまうが、本構成によれば、線状光源４での光吸収を軽減することができる。また、楕円部７、８の楕円動径が小さいほど、楕円部７、８での反射光の割合が増えるので、光効率が向上する。また、線状光源４が蛍光灯の場合、蛍光灯の発光部、すなわち蛍光体は、蛍光管の内側に形成されているので、線状光源４とリフレクタ５との隙間を蛍光管の材料の屈折率に近い屈折率を有する透明材料で充填することにより、実質的に蛍光管の直径を小さくすることができる。その結果、線状光源４とリフレクタ５との隙間を増やすことができるので、光効率を向上させることができる。
【００３６】
次に、図３を用いて、導光体１内での光の伝播について説明する。
導光体１の屈折率をｎとした場合、導光体１へ入射した光は、スネルの法則により、放射分布が±ｓｉｎ^-1（１／ｎ）の光となる。導光体１の材料のほとんどは、屈折率ｎが１．４２以上であるので、放射分布は、±４４．７７°の範囲となる。ところで、導光体１は、上面と下面がほぼ平行であり、上面及び下面と導光体１への入射面である側面とのなす角はほぼ９０°であるので、導光体１の側面から入射した光が導光体１の上面あるいは下面に入射した場合、入射角θの最小値は、（９０°−４４．７７°）＝４５．２３°となる。導光体１の屈折率ｎが１．４２以上のとき、全反射角は４４．７７°以下となるので、導光体１の側面から入射した光は、導光体１の上面あるいは下面で全反射することになる。導光体１内を伝播する光のうち、光線１６のように溝６の近傍以外の平坦部１１で全反射した光は、導光体１内で全反射を繰り返しながら伝播していく。同様に、光線１７のように溝６の底面１４で全反射した光も、導光体１内で全反射を繰り返しながら伝播していく。光線１８のように溝６の近傍の平坦部１１で全反射し、かつ溝６の線状光源４側の斜面１２で全反射した光は、光路を大きく変えて導光体１の上面１５に入射する。このとき、２回の全反射で光路が大きく変わるので、全反射角以下の入射角となり、大部分の光は導光体１の外部へ射出する。また、光線１９のように溝６の線状光源４側の斜面１２に直接入射した光の大部分は、斜面１２を透過し、斜面１２、１３で屈折して再び導光体１内に戻り、導光体１内で全反射を繰り返しながら伝播していく。尚、斜面１２を透過する光のうちの一部は、反射板３（図１）で反射して導光体１内に戻る。以上のように、導光体１内を伝播する光のうち、平坦部１１と溝６の線状光源４側の斜面１２とで２回全反射する光が、導光体１の上面１５から外部へ射出することになる。
【００３７】
図５に、光線追跡によって導光体１からの射出光の放射輝度分布を求めた結果を示す。図５の横軸は、図１の紙面内での放射輝度分布を表しており、負の方向が線状光源４側となる。図５の縦軸は、正規化された輝度を表している。図５は、溝６の線状光源４側の斜面１２の角度φ₁を５３°、線状光源４と反対側の斜面１３の角度φ₂を８７°に設定したときの放射輝度分布である。この場合、導光体１の上面１５に対してほぼ垂直な方向に放射輝度分布の中心がきていることが分かる。導光体１の上面１５からの射出光は、溝６の線状光源４側の斜面１２での全反射によって光路が変わるので、斜面１２の角度φ₁を変えることによって放射輝度分布の中心角αを制御することができる。
【００３８】
スネルの法則により、下記（数５）の関係が成り立つので、α及びφ₁は下記（数６）、（数７）のように表記される。
【００３９】
【数５】

【００４０】
【数６】

【００４１】
【数７】

【００４２】
例えば、導光体１がアクリルを材料として形成され、その屈折率ｎが１．４９の場合、放射輝度分布の中心角αを±１０°の範囲に収めるためには、溝６の線状光源４側の斜面１２の角度φ₁を４６°＜φ₁＜６０°の範囲に設定すればよい。
【００４３】
線状光源４に近いほど導光体１内の光量が多く、線状光源４から離れるに従って導光体１内の光量も減ってくる。このため、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、線状光源４に近いほど平坦部１１に対する溝６の幅Ｈを小さくし、線状光源４から離れるに従って平坦部１１に対する溝６の幅Ｈを大きくすることにより、導光体１の上面１５での射出光量のバラツキの小さい面状照明系を得ることができる。
【００４４】
導光体１の上面１５から射出した光は、光拡散板２（図１）に入射して拡散される。この拡散により、導光体１の下面に形成された溝６による輝線を防止することができる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によれば、平行平板状の導光体１の側面に線状光源４を配置し、導光体１の下面に断面形状が台形の複数本の溝６を線状光源４とほぼ平行に形成し、導光体１の下面の平坦部１１と溝６の線状光源４側の斜面１２とで２回全反射する光を導光体１の上面１５から射出させるようにしたことにより、プリズムシート、及び導光体１の下面の光拡散材が不要となる。従って、プリズムシート、光拡散材での光吸収がなくなり、光効率が向上するので、高輝度化及び低消費電力化が可能となる。また、シートの枚数を削減することができ、かつ、光拡散材を導光体１の下面に形成する工程を省くことができるので、組立性及び量産性が向上する。
【００４６】
尚、本実施の形態においては、溝６の断面形状を台形としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。図６に示すように、溝６の断面形状を三角形としてもよい。
【００４７】
〈第２の実施の形態〉
図７は本発明の第２の実施の形態における面状照明系の導光体を示す断面図である。本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１の実施の形態と同じ構成であるが、導光体１の下面に形成される溝の形状が異なっている。尚、図７において、線状光源４は左側方に位置している。
【００４８】
図７に示すように、導光体１の下面は、導光体１の上面１５とほぼ平行な平坦部１１と、線状光源４側の斜面２０と線状光源４と反対側の斜面２１とからなる断面形状が三角形の第３溝と、同じく斜面２２、２３からなる第２溝と、同じく斜面２４、２５からなる第１溝とにより構成されている。第１から第３までの溝は隣接して配置されている。溝の線状光源４側の斜面２０、２２、２４の角度φ₁はほぼ同じであり、また、溝の線状光源４と反対側の斜面２１、２３、２５の角度φ₂もほぼ同じである。すなわち、第１から第３までの溝はほぼ相似形である。導光体１からの射出光の放射輝度分布の中心を、導光体１の上面１５に対してほぼ垂直とするためには、溝６の線状光源４側の斜面２０、２２、２４の角度φ₁を約５０°に設定すればよい。また、放射輝度分布の中心を、導光体１の上面１５の法線方向に対して±１０°以内に収めるためには、角度φ₁を、約４３°＜φ₁＜約５７°の範囲に設定すればよい。さらに、放射輝度分布の中心角をαとし、図７の面内で任意の方向αに放射輝度分布の中心を向けるためには、角度φ₁を、下記（数８）のように設定すればよい。
【００４９】
【数８】

【００５０】
また、溝６の線状光源４と反対側の斜面２１、２３、２５の角度φ₂が９０°に近いほど、導光体１からの放射輝度は高くなる。実用的には、角度φ₂は６０°＜φ₂＜９０°の範囲にあるのが望ましい。導光体１をプレス成形、射出成形、ローラ成形などによって作製することを考えると、３°程度の抜き勾配を付けるのが望ましいので、角度φ₂は８７°程度、あるいは、８７°よりも小さく設定されるのが望ましい。
【００５１】
第１溝、第２溝、第３溝の幅をｈ₁、ｈ₂、ｈ₃としたとき、ｈ₁＞ｈ₂＞ｈ₃の関係を満たすのが望ましい。すなわち、線状光源４に近いほど溝幅が小さくなるのが望ましい。例えば、第１番目の溝の溝幅に対する第ｎ番目の溝の溝幅の比をｈｎとした場合に、ｈｎ＝γ^n-1とすればよい。この場合、γは０．５〜１．０の範囲にあるのが望ましく、さらには０．８程度であるのが望ましい。
【００５２】
次に、上記のように構成された面状照明系について、その動作を説明する。導光体１内を伝播する光のうち、溝の近傍以外の平坦部１１に入射した光は、導光体１内で全反射を捲り返しながら伝播していく。斜面２０、２１からなる第３溝の近傍の平坦部１１に入射した光は、平坦部１１で全反射した後、斜面２０でさらに全反射し、光路を大きく変えて導光体１の上面１５に入射する。このようにして上面１５に入射した光の大部分は、その入射角が上面１５での全反射角以下となり、導光体１の上面１５から外部へ射出する。また、斜面２０に直接入射した光の大部分は、斜面２０を透過し、一部はその反対側の斜面２１から再び導光体１内に入射し、残りの一部は反射板３（図１）で反射して再び導光体１内に入射する。斜面２１から再び導光体１内に入射した光の一部は、第２溝の線状光源４側の斜面２２で全反射し、上面１５を透過して導光体１の外部へ射出する。斜面２１から再び導光体１内に入射した光の残りの一部は、斜面２２を透過し、その反対側の斜面２３から再び導光体１内に入射し、第１溝の線状光源４側の斜面２４での全反射によって導光体１の上面１５から射出する。第２溝及び第１溝の線状光源４側の斜面２２、２４に直接入射する光についても同様である。
【００５３】
図８に、光線追跡によって導光体１からの射出光の放射輝度分布を求めた結果を示す。図８の横軸は、図７の紙面内での放射輝度分布を表しており、負の方向が線状光源４側となる。図８の縦軸は、正規化された輝度を表している。図８において、２７（破線）は、上記第１の実施の形態における放射輝度分布であり、２６（実線）は、本実施の形態における角度φ₁を５０°、角度φ₂を８７°に設定したときの放射輝度分布である。この場合、導光体１の上面１５に対してほぼ垂直な方向に放射輝度分布の中心がきていることが分かる。また、本実施の形態における面状照明系の中心輝度は、１ピッチ当たり溝を３個配置したことにより、上記第１の実施の形態の場合と比較して約４０％程度向上している。導光体１からの射出光は、溝の線状光源４側の斜面２０、２２、２４での全反射によって光路が変わるので、これらの斜面の角度φ₁を変えることによって放射輝度分布の中心角αを制御することができる。
【００５４】
スネルの法則により、下記（数９）の関係が成り立つので、α及びφ₁は下記（数１０）、（数１１）のように表記される。
【００５５】
【数９】

【００５６】
【数１０】

【００５７】
【数１１】

【００５８】
例えば、導光体１がアクリルを材料として形成され、その屈折率ｎが１．４９の場合、放射輝度分布の中心角αを±１０°の範囲に収めるためには、溝の線状光源４側の斜面２０、２２、２４の角度φ₁を４３°＜φ₁＜５７°の範囲に設定すればよい。
【００５９】
以上のように、本実施の形態によれば、平行平板状の導光体１の側面に線状光源４を配置し、導光体１の下面に断面形状が三角形の溝を１ピッチ当たり３個隣接して形成し、各溝での全反射によって導光体１の上面１５から光を射出させるようにしたことにより、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、上記したように、さらなる高輝度化も可能となる。
【００６０】
尚、本実施の形態においては、１ピッチ当たり３個の溝を形成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、１ピッチ当たり２個、あるいは４個以上の溝を形成してもよい。１ピッチ当たりの溝の数が多いほど輝度は高くなるが、加工の容易さを考慮すると、溝の数は１ピッチ当たり３個程度が望ましい。
【００６１】
また、上記第１及び第２の実施の形態においては、導光体１の形状を平行平板状としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。軽量化を図り、あるいは、導光体１から効率良く光を取り出すために、導光体１の形状を、線状光源４と反対側の側面を細くした直線状あるいは曲線状のくさび断面としてもよい。
【００６２】
〈第３の実施の形態〉
図９は本発明の第３の実施の形態における面状照明系を示す断面図、図１０は図９のＡ部拡大断面図である。本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第２の実施の形態と同様な構成であるが、導光体の下面の形状が異なっている。図９、図１０に示すように、導光体２８の下面は階段形状となっており、階段の段差部分に隣接して溝２９が形成されている。すなわち、導光体２８の下面の１つの階段部分は、平坦部１１と、線状光源４側の斜面２０と線状光源４と反対側の斜面２１とからなる断面形状が三角形の第３溝と、同じく斜面２２、２３からなる第２溝と、同じく斜面２４、２５からなる第１溝と、段差部の斜面３０とにより構成されている。平坦部１１は、導光体２８の上面１５とほぼ平行であり、第１から第３までの溝は隣接して配置されている。斜面２０、２２、２４、３０の角度φ₁はほぼ同じであり、また、斜面２１、２３、２５の角度φ₂もほぼ同じである。すなわち、第１から第３までの溝はほぼ相似形である。導光体２８からの射出光の放射輝度分布の中心を、導光体２８の上面１５に対してほぼ垂直とするためには、角度φ₁を約５０°に設定すればよい。また、放射輝度分布の中心を、導光体２８の上面１５の法線方向に対して±１０°以内に収めるためには、角度φ₁を、約４３°＜φ₁＜約５７°の範囲に設定すればよい。さらに、放射輝度分布の中心角をαとし、図９の面内で任意の方向αに放射輝度分布の中心を向けるためには、角度φ₁を、下記（数１２）のように設定すればよい。
【００６３】
【数１２】

【００６４】
また、角度φ₂が９０°に近いほど、導光体２８からの放射輝度は高くなる。実用的には、角度φ₂は６０°＜φ₂＜９０°の範囲にあるのが望ましい。導光体２８をプレス成形、射出成形、ローラ成形などによって作製することを考えると、３°程度の抜き勾配を付けるのが望ましいので、角度φ₂は８７°程度、あるいは、８７°よりも小さく設定されるのが望ましい。
【００６５】
第１溝、第２溝、第３溝の幅をｈ₁、ｈ₂、ｈ₃としたとき、ｈ₁＞ｈ₂＞ｈ₃の関係を満たすのが望ましい。すなわち、線状光源４に近いほど溝幅が小さくなるのが望ましい。例えば、第１番目の溝の溝幅に対する第ｎ番目の溝の幅の比をｈｎとした場合に、ｈｎ＝γ^n-1とすればよい。この場合、γは０．５〜１．０の範囲にあるのが望ましく、さらには０．８程度であるのが望ましい。
【００６６】
導光体２８は、線状光源４に近いほど厚みが厚く、線状光源４から離れるに従って薄くなる。階段の段差Δｔは一定値で、導光体２８の包絡線は平面となり、導光体２８はくさび形となる。線状光源４と反対側の導光体２８の側面の厚みｔ₂が小さいほど、導光体２８からの放射輝度は高くなる。線状光源４側の導光体２８の厚みをｔ₁とした場合、ｔ₂／ｔ₁は０．５以下であるのが望ましい。尚、導光体２８の長さをＬとしたとき、導光体２８のくさび角は、ｔａｎ^-1｛（ｔ₂−ｔ₁）／Ｌ｝で与えられる。
【００６７】
以上のように構成された面状照明系においては、上記第２の実施の形態の場合と同様に、導光体２８内に入射した光は、溝の線状光源４側の斜面２０、２２、２４及び段差部の斜面３０での全反射によって導光体２８の上面１５から射出する。さらに、導光体２８は線状光源４から遠ざかるほど薄くなるので、線状光源４からの光が、導光体２８の線状光源４と反対側の側面で反射して、再び線状光源４に戻ることはない。その結果、光効率が高くなる。
【００６８】
図１１に、光線追跡によって導光体２８からの射出光の放射輝度分布を求めた結果を示す。図１１の横軸は、図９の紙面内での放射輝度分布を表しており、負の方向が線状光源４側となる。図１１の縦軸は、正規化された輝度を表している。図１１において、３２（破線）は、上記第２の実施の形態における放射輝度分布であり、３１（実線）は、本実施の形態における角度φ₁を５０°、角度φ₂を８７°、導光体２８のくさび角を１．８３°に設定したときの放射輝度分布である。この場合、導光体２８の上面１５に対してほぼ垂直な方向に放射輝度分布の中心がきていることが分かる。また、本実施の形態における面状照明系の中心輝度は、１ピッチ内に溝を３個配置し、導光体２８のくさび角を１．８３°としたことにより、上記第２の実施の形態の場合と比較して約２０％程度向上している。導光体２８からの射出光は、斜面２０、２２、２４、３０での全反射によって光路が変わるので、これらの斜面の角度φ₁を変えることによって放射輝度分布の中心角αを制御することができる。
【００６９】
スネルの法則により、下記（数１３）の関係が成り立つので、α及びφ₁は下記（数１４）、（数１５）のように表記される。
【００７０】
【数１３】

【００７１】
【数１４】

【００７２】
【数１５】

【００７３】
例えば、導光体２８がアクリルを材料として形成され、その屈折率ｎが１．４９の場合、放射輝度分布の中心角αを±１０°の範囲に収めるためには、角度φ₁を４３°＜φ₁＜５７°の範囲に設定すればよい。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、導光体２８の側面に線状光源４を配置し、導光体２８の厚みを線状光源４からの距離に応じて薄くするために下面を階段形状とし、さらに、導光体２８の下面に断面形状が三角形の溝を１ピッチ当たり３個隣接して形成し、各溝での全反射によって導光体２８の上面１５から光を射出させるようにしたことにより、上記第２の実施の形態と同様の効果が得られる。また、上記したように、さらなる高輝度化も可能となる。
【００７５】
尚、本実施の形態においては、１ピッチ当たり３個の溝を形成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、１ピッチ当たり１個、２個あるいは４個以上の溝を形成してもよい。１ピッチ当たりの溝の数が多いほど輝度は高くなるが、加工の容易さを考慮すると、溝の数は１ピッチ当たり３個程度が望ましい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、階段の段差Δｔを一定の値としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、線状光源４からの距離によって段差Δｔの値を変化させてもよい。例えば、斜面２４、２５からなる第１溝の深さに合わせて、段差Δｔの値を決めてもよい。この場合、導光体２８の下面の包絡線の断面形状は、線状光源４側の側面の下端から上面の線状光源４と反対側の端とを曲線で結んだものとなる。
【００７７】
また、本実施の形態においては、階段ごとに溝が形成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、溝が形成されていない階段部分を設けてもよい。
【００７８】
〈第４の実施の形態〉
図１２は本発明の第４の実施の形態における面状照明系を示す断面図、図１３は図１２のＡ部拡大断面図である。本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第３の実施の形態と同様な構成であるが、導光体の下面の形状、及び反射板３を除去し、代わりに導光体の裏面を反射率の高い材料で覆った点が異なっている。
【００７９】
図１２、図１３に示すように、導光体３３の下面は階段形状となっており、階段の段差部分に、線状光源４側の斜面３５と線状光源４と反対側の斜面３６とからなる断面形状が三角形の線状突起が形成されている。ここで、階段の段差Δｔは一定値である。導光体３３の屈折率をｎとしたとき、線状光源４側の斜面３５の角度φ₃は、下記（数１６）を満たすように設定される。
【００８０】
【数１６】

【００８１】
導光体３３の下面の平坦部１１は、導光体３３の上面１５とほぼ平行である。導光体３３の下面には、反射率の高い材料、例えば、銀、アルミ、もしくは誘電体多層膜などを蒸着することによって反射膜３４が形成されている。これにより、導光体３３の下面の平坦部１１、及び斜面３５、３６において光が反射される。
【００８２】
次に、上記のように構成された面状照明系について、その動作を説明する。導光体３３の内部を伝播する光のうち、平坦部１１に入射した光３８は、導光体３３内で全反射を繰り返しながら伝播していく。線状突起の線状光源４と反対側の斜面３６に入射した光３７は、斜面３６での全反射によって光路を変え、導光体３３の上面１５から外部へ射出する。導光体３３内を伝播する光は、導光体３３の上面１５あるいは下面への入射角が最大｛９０°−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝である。一方、線状突起の線状光源４側の斜面３５の角度φ₃は｛９０°−ｓｉｎ^-1（１／ｎ）｝以下であるので、斜面３５への入射光ほほとんどない。
【００８３】
以上のように、本実施の形態によれば、導光体３３の側面に線状光源４を配置し、導光体３３の下面に斜面３５、３６からなる線状突起を設け、さらに導光体３３の下面に反射膜３４を形成し、線状突起の線状光源４と反対側の斜面３６での全反射によって導光体３３の上面１５から光を射出させるようにしたことにより、上記第３の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、反射板３（図９）を除去したことにより、シートの枚数を削減することができるので、組立性、量産性も向上する。
【００８４】
尚、本実施の形態においては、導光体３３の下面を階段状に形成しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、段差Δｔ＝０としてもよい。
〈第５の実施の形態〉
図１４は本発明の第５の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。図１４に示すように、本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１の実施の形態と同様な構成であるが、中心軸に対して、対称にそれぞれ上記第１の実施の形態における面状照明系が配置され、中央部で線状光源４と反対側の側面が結合された構成となっている点で異なる。
【００８５】
以上の構成により、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られ、さらに、線状光源４が２個となるので、２倍の高輝度化が可能となる。
尚、本実施の形態においては、導光体１の下面に形成される溝の構成として上記第１の実施の形態における溝の構成を採用しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、上記第２の実施の形態における溝の構成を採用してもよい。
【００８６】
〈第６の実施の形態〉
図１５は本発明の第６の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。図１５に示すように、本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第３の実施の形態と同様な構成であるが、中心軸に対して、対称にそれぞれ上記第３の実施の形態における面状照明系が配置され、中央部で線状光源４と反対側の側面が結合された構成となっている点で異なる。
【００８７】
以上の構成により、上記第３の実施の形態と同様の効果が得られ、さらに、線状光源４が２個となるので、２倍の高輝度化が可能となる。
尚、図１６に示すように、中心軸に対して、対称にそれぞれ上記第３の実施の形態における面状照明系を配置し、２つの導光体２８の下面の包絡線が平面となるように中央部で線状光源４と反対側の側面を結合した構成としてもよい。
【００８８】
〈第７の実施の形態〉
図１７（ａ）、（ｂ）は本発明の第７の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝分布を示す図である。図１７に示すように、本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１の実施の形態と同様な構成であるが、導光体１の下面に形成される溝の分布が異なっている。溝６の方向は、線状光源４の長手方向とほぼ平行であり、溝６の幅Ｈは一定で、溝６のピッチｐ（ｐ₁、ｐ₂、ｐ₃、ｐ₄）が変化する。線状光源４に近いほど溝６のピッチｐが大きく、線状光源４から遠ざかるに従って溝６のピッチｐが小さくなる。
【００８９】
導光体１の線状光源４側の側面からの距離をｘ、距離ｘにおける溝の面積比をＳ（距離ｘの近傍における平坦部１１の面積をｓ₁、溝６の面積をｓ₂とした場合、Ｓ＝ｓ₂／（ｓ₁＋ｓ₂））、導光体１の長さをＬとすれば、上記第１の実施の形態の場合と同様に、下記（数１７）の関係が成り立つ。
【００９０】
【数１７】

【００９１】
この場合、Ｓは０＜Ｓ＜１／２の範囲にあり、βは１．０＜β＜４．０の範囲にあるのが望ましい。導光体１からの射出光の輝度分布を均一とするためには、αを０．０４程度、βを３．０程度とすればよい。
【００９２】
本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
〈第８の実施の形態〉
図１８（ａ）、（ｂ）は本発明の第８の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝分布を示す図である。図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１の実施の形態と同様な構成であるが、導光体１の下面に形成される溝の分布が異なっている。
【００９３】
溝６の方向は、線状光源４の長手方向とほぼ平行であり、線状光源４の長手方向に垂直な方向における溝６の幅Ｈ及びピッチｐは一定である。線状光源４の長手方向における溝６の長さは線状光源４に近いほど短く、線状光源４から遠ざかるに従って長くなっている。線状光源４の長手方向における溝６のピッチｑは、線状光源４の長手方向に垂直な方向における溝６のピッチｐと同程度であるのが望ましい。
【００９４】
導光体１の線状光源４側の側面からの距離をｘ、距離ｘにおける溝の面積比をＳ（距離ｘの近傍における平坦部１１の面積をｓ₁、溝６の面積をｓ₂とした場合、Ｓ＝ｓ₂／（ｓ₁＋ｓ₂））、導光体１の長さをＬとすれば、上記第１の実施の形態の場合と同様に、下記（数１８）の関係が成り立つ。
【００９５】
【数１８】

【００９６】
この場合、Ｓは０＜Ｓ＜１／２の範囲にあり、βは１．０＜β＜４．０の範囲にあるのが望ましい。導光体１からの射出光の輝度分布を均一とするためには、αを０．０４程度、βを３．０程度とすればよい。
【００９７】
本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
〈第９の実施の形態〉
図１９は本発明の第９の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝形状を示す断面図である。本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１の実施の形態と同様な構成であるが、導光体１の下面に形成される溝の形状が異なっている。図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、溝６の線状光源４側の斜面１２を曲面とすることにより、導光体１からの射出光の放射輝度分布を広げることができる。また、図１９（ｃ）に示すように、溝６の線状光源４側の斜面１２を粗面化することにより、反射光を拡散させて、導光体１からの射出光の放射輝度分布を広げることができる。
【００９８】
以上の構成により、上記第１の実施の形態と同様な効果が得られ、さらに、線状光源４側の溝斜面１２を曲面とするか、溝斜面１２を粗面化することにより、放射輝度分布を広げて、視野角の広い液晶ディスプレイに対応させることができる。
【００９９】
尚、上記第１〜第９の実施の形態においては、導光体の上面と側面とのなす角を９０°に設定しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。導光体の上面は、導光体の側面から入射する光が導光体の内部で全反射する条件を満たす範囲で傾けてもよい。例えば、導光体の上面と側面とのなす角を８０°〜１００°に設定してもよく、あるいは、側面に曲面をつけてもよい。
【０１００】
また、上記第１〜第９の実施の形態においては、導光体の下面に形成される溝の分布を指数関数で与えているが、下記（１９）で表される多項式で与えてもよい。
【０１０１】
【数１９】

【０１０２】
また、上記第１〜第９の実施の形態においては、リフレクタ５の形状を２つの楕円部を有するような断面形状としているが、必ずしもこの構成に限定されるもではなく、リフレクタ５の断面形状をコの字形あるいは半円形としてもよい。
【０１０３】
また、上記第１〜第９の実施の形態においては、１個の線状光源４が用いられているが、図２０に示すように、線状光源４を２個とし、それぞれの線状光源４についてそれぞれ楕円部７、８を設けてもよい。また、線状光源４が３個以上の場合についても同様である。
【０１０４】
また、上記第３及び第６の実施の形態においては、導光体下面の溝が階段形状の段差部分に隣接して形成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、導光体下面の溝はどの位置に形成してもよい。
【０１０５】
また、上記第７及び第８の実施の形態における溝の分布を、上記第２〜第６の実施の形態に適用してもよい。
また、上記第１〜第９の実施の形態において、導光体の線状光源４側の側面からの距離ｘにおける溝の面積比Ｓの条件式を満たす範囲で、上記第１、第５、第６の実施の形態における溝の分布を組み合わせてもよい。
【０１０６】
また、上記第９の実施の形態における溝の形状を、上記第２〜第８の実施の形態に適用してもよい。
〈第１０の実施の形態〉
図２１は本発明の第１０の実施の形態における面状照明系を示す断面図、図２２は導光体の斜視図である。
【０１０７】
図２１、図２２において、１０１は導光体であり、石英、ガラス、透明樹脂（例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート）等を材料として形成されている。ここでは、説明を簡単にするために、導光体１０１を平行平板、導光体１０１の側面と上面及び下面とのなす角を９０°、導光体１０１の屈折率ｎを１．５とする。１０４は線状光源であり、線状光源１０４としては蛍光灯、白熱灯、ＬＥＤを並べたものなどが用いられる。線状光源１０４は、導光体１０１の側面とほぼ平行に配置されている。１０５はリフレクタであり、このリフレクタ１０５は線状光源１０４を覆うようにして配置されている（図２２参照）。リフレクタ１０５のうち線状光源１０４と向き合う面には、銀、アルミなどの反射率の高い物質が蒸着されており、これにより高反射率が実現されている。リフレクタ１０５の後端面には、２つの窪みが形成されている。窪みの断面形状は、浅い楕円形か扇形であるのが望ましい。
【０１０８】
導光体１０１の下面には、線状光源１０４と平行に複数の溝１０６が形成されている。すなわち、導光体１０１の下面は、溝１０６が形成された部分と、溝１０６が形成されていない部分（平坦部）とにより構成されている。溝１０６のピッチｐ（図２５）は一定であり、溝幅はピッチｐよりも狭くなっている。ここでは、説明を簡単にするために、溝１０６の断面形状を二等辺三角形とし、頂角をβとする（図２５参照）。
【０１０９】
導光体１０１の上面近傍には、導光体１０１の上面を覆うようにして光拡散シート１０２が配置されている。また、導光体１０１の下面近傍には、導光体１０１の下面を覆うようにして反射シート１０３が配置されている。反射シート１０３のうち導光体１０１の溝１０６と向き合う面には、銀、アルミなどの反射率の高い物質が蒸着されており、これにより高反射率が実現されている。
【０１１０】
以下、上記のように構成された面状照明系について、図２１、図２３〜図２５を用いてその動作を説明する。図２３は線状光源及びリフレクタでの光路追跡の図、図２４は導光体内での光路追跡の図、図２５は導光体に形成された溝での光路追跡の図である。
【０１１１】
図２３に示すように、線状光源１０４からの射出光は、導光体１０１内に直接入射するか、リフレクタ１０５で反射した後、導光体１０１内に入射する。リフレクタ１０５に２つの窪みを形成することにより、窪み部分での反射光が線状光源１０４とリフレクタ１０５との間を通り、導光体１０１内に入射する。線状光源１０４に光が再入射すると光吸収が起こるが、リフレクタ５に窪みを形成することにより、線状光源１０４での光吸収を低減することができる。
【０１１２】
導光体１０１の側面に角度η₁で入射した光は、導光体１０１内に入ると、角度η₂で屈折する。スネルの法則により、下記（数２０）の関係がが成り立つので、屈折角η₂は下記（数２１）のように表記される。
【０１１３】
【数２０】

【０１１４】
【数２１】

【０１１５】
屈折角η₂の最大値η_2maxを求めると、下記（数２２）のようになる。
【０１１６】
【数２２】

【０１１７】
例えば、導光体１０１の屈折率ｎが１．５のとき、η_2maxは４１．８°となる。
図２４に示すように、導光体１０１内へ入射した光のうち、導光体１０１の下面の溝１０６の近傍以外の平坦部に入射した光の入射角η₃は、下記（数２３）のように表記される。
【０１１８】
【数２３】

【０１１９】
一方、屈折率ｎ（ｎ＞１）の媒質から空気（屈折率１）中へ進むときの境界での全反射角は、スネルの法則を用いて計算すると、ｓｉｎ^-1（１／ｎ）となる。
導光体１０１の側面から入射した光が導光体１０１の上面、及び下面の溝１０６の近傍以外の平坦部で全反射を繰り返しながら伝播するためには、角度η₃が全反射角ｓｉｎ^-1（１／ｎ）よりも大きければよい。すなわち、下記（数２４）の関係が成り立てばよい。
【０１２０】
【数２４】

【０１２１】
上記（数２２）、（数２３）より、角度η₃の最小値η_3minは、下記（数２５）のようになる。
【０１２２】
【数２５】

【０１２３】
従って、上記（数２４）、（数２５）を用いると、導光体１０１の上面、及び下面の溝１０６の近傍以外の平坦部で全反射を繰り返しながら光が伝播するための屈折率ｎの条件は、下記（数２６）のようになる。
【０１２４】
【数２６】

【０１２５】
本実施の形態においては、導光体１０１の屈折率ｎを１．５としたので、この条件は満たされる。一般に、石英、ガラス、アクリル系樹脂、ポリカーボネートなどの材料では、屈折率は２^1/2以上であるので、この条件は満足される。従って、導光体１０１の下面の溝１０６近傍以外の平坦部に入射した光は、導光体１０１内で全反射を繰り返しながら伝播する。
【０１２６】
次に、導光体１０１内に入射した光が、導光体１０１の下面に形成された溝１０６によって導光体１０１の上面からほぼ垂直な方向に射出することについて、図２５を用いて説明する。
【０１２７】
図２５において、導光体１０１の上面と平行な方向をｘ軸方向、導光体１０１の上面と垂直な方向をｙ軸方向とする。また、導光体１０１の内部を伝播する光の方向とｘ軸とのなす角をη₂とする。
【０１２８】
導光体１０１への入射の条件より、η₂の最大値は、上記（数２２）で与えられるように、ｓｉｎ^-1（１／ｎ）である。
図２５に示すように、溝１０６が形成されていない部分（平坦部）で全反射した光のうちの一部は、溝１０６の斜面に入射する。この光線をａとする。
【０１２９】
光線ａは、溝１０６が形成されていない部分（平坦部）に入射角η₃で入射する。導光体１０１の屈折率ｎは上記（数２６）の条件を満たすので、全反射となる。次いで、この光線ａは溝１０６の斜面に入射する。溝１０６は、その断面形状が二等辺三角形で、頂角がβであるので、斜面の傾きγは、下記（数２７）で与えられる。
【０１３０】
【数２７】

【０１３１】
溝１０６の斜面への入射角η₄は、図２５より下記（数２８）で与えられる。
【０１３２】
【数２８】

【０１３３】
ここで、溝１０６の斜面での全反射の条件を求めると、下記（数２９）のようになる。
【０１３４】
【数２９】

【０１３５】
溝１０６の斜面で全反射した光線は、導光体１０１の上面へ入射する。このときの入射角η₆は、下記（数３０）で与えられる。
【０１３６】
【数３０】

【０１３７】
導光体１０１からの射出角η₇は、スネルの法則より、下記（数３１）で与えられる。
【０１３８】
【数３１】

【０１３９】
上記（数２２）、（数２８）、（数２９）より、η₂の範囲は、下記（数３２）で与えられる。
【０１４０】
【数３２】

【０１４１】
例えば、溝１０６の頂角βを６０°、導光体１０１の屈折率ｎを１．５とすれば、上記（数３２）より、１１．８°＜η₂＜４１．８°となり、上記（数３１）より、−２７．９°＜η₇＜１７．９°となる。従って、この構成によれば、導光体１０１内を伝播する光が導光体１０１から射出するとき、導光体１０１の上面に対してほぼ垂直な方向に放射分布の中心がくる。
【０１４２】
また、溝１０６の頂角βを少し大きくして６５°とし、導光体１０１の屈折率ｎを１．５とすれば、上記（数３２）より、９．３°＜η₂＜４１．８°となり、上記（数３１）より、−２３．９°＜η₇＜２５．７°となる。従って、この構成によれば、導光体１０１からの放射分布の対称性が良好となる。
【０１４３】
また、導光体１０１の屈折率ｎを大きくして１．６とし、溝１０６の頂角βを７０°とすれば、上記（数３２）より、３．７°＜η₂＜３８．７°となり、上記（数３１）より、−２６．７°＜η₇＜３０．９°となる。従って、この構成によれば、導光体１０１からの射出光の広がり角を変えることができる。
【０１４４】
以上のように、導光体１０１の屈折率ｎ、溝１０６の頂角βを変えることにより、導光体１０１からの射出光の指向性と広がり角を制御することができる。
導光体１０１の上面から射出した光は、光拡散シート１０２（図２１）によって拡散され、所定の視野角、及び、ムラの無い放射分布が得られる。
【０１４５】
また、導光体１０１内を伝播する光のうち、溝１０６の斜面に直接入射する光は、溝１０６を横断して再び導光体１内に戻るか、反射シート１０３で反射した後、導光体１０１内に戻る。
【０１４６】
また、溝１０６を一定の間隔で配置し、溝１０６の深さを変えることにより、導光体１０１から射出する光の量を調整して、導光体１０１上の場所による射出光量のバラツキを抑えることができる。すなわち、溝１０６の深さが浅い場合には、溝１０６の斜面の面積が小さくなるので、溝１０６の斜面で全反射する光の量が少なくなり、導光体１０１からの射出光量も少なくなる。逆に、溝１０６の深さが深い場合には、溝１０６の斜面の面積が大きくなるので、溝１０６の斜面で全反射する光の量が多くなり、導光体１０１からの射出光量も多くなる。従って、導光体１０１の内部では、線状光源１０４に近いほど光の量が多く、線状光源１０４から離れるに従って光の量が少なくなるので、線状光源１０４に近いほど溝１０６の深さを浅くし、線状光源１０４から離れるに従って少しずつ溝１０６の深さを深くすることにより、導光体１０１からの射出光量を、導光体１０１上の場所によらず一定とすることができる。
【０１４７】
尚、溝１０６の間隔に対する溝１０６の深さの比が所定の値であれば、溝１０６の間隔は等間隔でなくてもよい。例えば、線状光源１０４側の溝１０６の間隔を広くし、線状光源１０４から離れるに従って溝１０６の間隔を狭くしてもよい。
【０１４８】
また、本実施の形態においては、平行平板状の導光体１０１を用いているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。軽量化を図り、あるいは、導光体１０１から効率良く光を取り出すために、導光体１０１の形状を、線状光源１０４と反対側の側面を細くした直線状あるいは曲線状のくさび断面としてもよい。また、導光体１０１を中空形状としてもよい。
【０１４９】
また、本実施の形態においては、導光体１０１の上面及び下面と側面とのなす角を９０°に設定しているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、導光体１０１の側面から入射する光が導光体１０１の内部で全反射する条件を満たせば、９０°以外の角度を持たせてもよく、あるいは、側面に曲面をつけてもよい。
【０１５０】
また、本実施の形態においては、溝１０６の断面形状を二等辺三角形としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではない。導光体１０１の１つの側面に１個の線状光源１０４を配置する場合には、溝１０６の断面形状を任意の三角形としてもよい。また、溝１０６の先端部をわずかに丸めてもよい。
【０１５１】
また、視野角を広げるために、溝１０６の斜面の一部を粗面としてもよい。
また、本実施の形態においては、１個の線状光源１０４を用いているが、高輝度化を図るために複数の線状光源１０４を導光体１０１の各側面に配置してもよい。
【０１５２】
また、本実施の形態においては、導光体１０１の屈折率ｎを１．５に設定しているが、導光体１０１の屈折率ｎは必ずしもこの値に限定されるものではなく、１．４１以上の値であればよい。
【０１５３】
また、本実施の形態においては、溝１０６が線状光源１０４と平行になるように形成されているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、図２６に示すように、複数本の溝１０６をクロスさせて形成してもよい。このような構成とすることにより、液晶パネルの画素配列とのモアレ縞を防ぐことができる。
【０１５４】
〈第１１の実施の形態〉
図２７は本発明の第１１の実施の形態における面状照明系を示す断面図、図２８はその面状照明系における光路追跡の図、図２９（ａ）は偏光変換板の平面図、図２９（ｂ）は図２９（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２９（ｃ）は図２９（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図２９（ｄ）は図２９（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図３０は偏光変換の説明図である。
【０１５５】
図２７に示すように、光源４、リフレクタ５、導光体２８の構成は上記第３の実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。導光体２８の上面近傍には光拡散板４２が設けられている。これにより、導光体２８の上面から射出した光を、偏光状態を保持したまま拡散させることができる。すなわち、光拡散板４２に直線偏光が入射した場合、射出する拡散光の偏光はほぼ直線偏光であり、かつ偏光方向は入射光とほぼ平行になる。光拡散板４２の上面近傍には偏光子４０が設けられている。この偏光子４０は、特定の方向の偏光のみを透過し、透過する光の偏光方向と直交する偏光を反射する。偏光子４０は、その透過軸が液晶ディスプレイの入射側偏光子の透過軸と平行となるように配置される。導光体２８の下面近傍には偏光変換板４１が設けられている。この偏光変換板４１は、特定の偏光方向の直線偏光が入射したときに、偏光方向をほぼ９０°回転させて入射方向と逆方向に射出する。
【０１５６】
以下に、偏光変換板４１の構造について、図２９を用いて説明する。図２９（ａ）、（ｄ）に示すように、偏光変換板４１には、その長手方向に沿って細いスリット状の複数本の溝４１ｂが形成されている。また、図２９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、偏光変換板４１には、スリット状の溝４１ｂとほぼ４５°の角度をなして、互いに直交するようにＶ溝４１ｃ、４１ｄがそれぞれ複数本形成されている。Ｖ溝４１ｃ、４１ｄの頂角δ₁、δ₂は、それぞれほぼ９０°である。スリット状の溝４１ｂ、及びＶ溝４１ｃ、４１ｄの深さは、ほぼ同じである。偏光変換板４１は、図２７において溝形成部が下となるように配置される。さらに、偏光変換板４１の溝形成部には、銀、アルミ等の反射率の高い材料を蒸着することによって、反射膜４１ａが形成されている。
【０１５７】
以下、上記のように構成された面状照明系について、図２８、図３０を用いてその動作を説明する。
図２８に示すように、導光体２８内を伝播する光４３は、導光体２８の下面に形成された溝２９での全反射によって導光体２８の上面から射出する。一般に、線状光源４からの射出光はランダム偏光であるので、導光体２８から射出する光もランダム偏光である。導光体２８の上面から射出して偏光子４０に達した光のうち、偏光子４０の透過軸方向の偏光４４は偏光子４０を透過し、偏光４４と直交する偏光４５は偏光子４０で反射される。偏光子４０で反射された偏光４５は、導光体２８を透過して、偏光変換板４１に達する。
【０１５８】
次に、偏光子４０で反射され偏光変換板４１に達した光の偏光方向が偏光変換板４１によって９０°回転することについて、図３０を用いて説明する。図３０は偏光変換板４１の３つの溝４１ｂ、４１ｃ、４１ｄによって形成される３つの面を示したものである。図３０において、光線４７は、偏光変換板４１に入射する光であり、偏光方向がｘ軸方向の直線偏光である。光線４７は、面５１で反射して光線４８となる。光線４８の偏光方向もｘ軸と平行である。光線４８は、面５２で反射して光線４９となる。光線４９の偏光方向はｙ軸と平行である。さらに、光線４９は、面５３で反射して光線５０となる。光線５０の偏光方向もｙ軸と平行である。従って、光線５０の偏光方向は、光線４７に対して９０°回転している。ここでは、光線４７の偏光方向をｘ軸と平行としたが、光線４７の偏光方向がｘｙ平面内のどの方向であっても、光線５０の偏光方向は光線４７に対して９０°回転する。このように、偏光変換板４１によって偏光方向が９０°回転するので、図２８に示すように、偏光変換板４１での反射光４６の偏光方向は偏光子４０の透過軸方向と平行になり、反射光４６は偏光子４０を透過する。
【０１５９】
以上のように、本実施の形態によれば、３つの溝４１ｂ、４１ｃ、４１ｄによって形成される３つの面での反射によって偏光方向を回転させる偏光変換板４１を用いることにより、液晶ディスプレイの入射側偏光子での光吸収を防ぐことができるので、光効率を最大２倍に向上させることができる。従って、大幅な高輝度化及び低消費電力化が可能となる。
【０１６０】
〈第１２の実施の形態〉
図３１（ａ）は本発明の第１２の実施の形態における面状照明系の偏光変換板を示す部分斜視図、図３１（ｂ）は偏光子の透過軸方向と偏光変換板の溝方向との関係を示す図、図３２（ａ）、（ｂ）は偏光変換板での偏光変換の説明図である。本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１１の実施の形態と同様な構成であるが、偏光変換板の構造が異なっている。
【０１６１】
図３１（ａ）に示すように、偏光変換板５９には、断面形状が三角形で、頂角δ₃が約９０°の複数本の溝５９ａが連続して形成されている。偏光変換板５９の溝形成部には、銀、アルミ等の反射率の高い材料を蒸着することによって、反射膜５８が形成されている。この偏光変換板５９は、面状照明系において溝形成部が下となるように配置される（図２８の４１参照）。偏光変換板５９の溝方向と偏光子４０（図２７参照）の透過軸方向とのなす角δ₄は、約４５°である。図３１（ｂ）に示すように、例えば、偏光子４０の透過軸方向を５４とすれば、偏光変換板５９の溝５９ａの方向は、５７あるいは５６の方向となる。
【０１６２】
次に、偏光変換板５９により偏光方向が９０°回転することについて、図３２を用いて説明する。図３２（ａ）は偏光変換板の隣接する溝部分を示したものである。図３２（ｂ）は図３２（ａ）におけるＤ、Ｅ、Ｆ方向から見たときの図である。Ｄ矢視図で見ると、溝５９ａの斜面へ入射した光線６０の偏光方向は、溝５９ａの方向、すなわちｘ軸方向に対して４５°の角度をなしている。光線６０は、斜面で反射して光線６１となる。光線６１の偏光方向は、Ｅ矢視図で見ると、ｘｚ面内において、ｘ軸に対して４５°の角度をなす。また、Ｆ矢視図で見ると、Ｅ矢視図とは反対側から見ることになるので、光線６１の偏光方向は９０°回転して見える。さらに、光線６１は、もう一方の斜面で反射して光線６２となる。Ｄ矢視図で見ると、光線６２の偏光方向は、光線６０の偏光方向に対して９０°回転している。よって、偏光変換板５９により、偏光方向を９０°回転させることができる。
【０１６３】
以上のように、本実施の形態によれば、頂角δ₃が９０°の三角溝５９ａが形成された偏光変換板５９を、溝５９ａの方向が偏光子４０の透過軸方向に対してほぼ４５°の角度をなすように配置することにより、偏光変換板５９によって偏光方向を回転させることが可能となるので、上記第１１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１６４】
〈第１３の実施の形態〉
図３３（ａ）は本発明の第１３の実施の形態における面状照明系を示す断面図、図３３（ｂ）は偏光子の透過軸方向と位相差板の光学軸の方位との関係を示す図である。本実施の形態における面状照明系は、基本的には上記第１１の実施の形態と同様な構成であるが、偏光変換板４１の代わりに、位相差板６３と反射板６４とを用いる点で異なっている。
【０１６５】
位相差板６３は１軸性の複屈折を有する板であり、例えば、水晶、方解石、あるいは透明な樹脂シートを伸張して複屈折性を持たせたものなどが用いられる。位相差板６３の位相差は、垂直入射光に対して４分の１波長ずれるように設定される。位相差板６３の材料としては、波長分散性の大きい材料を用いるのが望ましく、これにより線状光源４の波長域内で位相差を一定にすることができる。位相差板６３は、その光学軸が偏光子４０の透過軸に対してほぼ４５°の角度をなすように配置される。例えば、図３３（ｂ）の５４を偏光子４０の透過軸の方向とすれば、位相差板６３の光学軸は方位６５あるいは方位６６の方向に設定される。ここで、偏光子４０の透過軸の方向５４と方位６５あるいは方位６６とのなす角δ₅は４５°である。
【０１６６】
位相差が４分の１波長の位相差板６３に、偏光方向が位相差板６３の光学軸に対して４５°の角度をなす光が入射すると、位相差板６３から射出する光は円偏光となる。この円偏光が反射板６４で反射し、再び位相差板６３に入射すると、直線偏光に戻る。このとき、偏光方向は、位相差板６３に入射した直線偏光の偏光方向と９０°ずれる。
【０１６７】
以上のように、本実施の形態によれば、位相差が４分の１波長の位相差板６３を用い、この位相差板６３を、光学軸の方向が偏光子４０の透過軸の方向に対してほぼ４５°の角度をなすように配置することにより、上記第１１の実施の形態と同様な効果が得られる。
【０１６８】
尚、上記第１１、第１２及び第１３の実施の形態においては、上記第３の実施の形態の構成を基にしているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、上記第１、第２、あるいは、第４から第１０の実施の形態の構成を基にしてもよい。
【０１６９】
また、上記第１１、第１２及び第１３の実施の形態においては、偏光子４０での透過偏光及び反射偏光を直線偏光としているが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、楕円偏光であってもよい。
【０１７０】
また、上記第１１、第１２及び第１３の実施の形態においては、偏光変換板によって直線偏光を９０°回転させるようにしているが、楕円偏光の場合にも同様である。
【０１７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面状照明系の構成によれば、導光体の光拡散板側の一面と向かい合った他面の平坦部と凹凸部での２回の全反射によって導光体の前記一面から光を射出させることができるので、プリズムシート、及び導光体の下面の光拡散材が不要となる。このため、プリズムシート、光拡散材での光吸収がなくなって、光効率が向上するので、高輝度化及び低消費電力化が可能となる。また、シートの枚数を削減することができ、かつ、光拡散材を導光体の下面に形成する工程を省くことができるので、組立性及び量産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における面状照明系のリフレクタの形状を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における面状照明系の導光体の形状（図１のＡ部）を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝分布を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における面状照明系を用いて導光体からの射出光の放射輝度分布を求めた結果を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における面状照明系の導光体の他の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における面状照明系の導光体を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における面状照明系を用いて導光体からの射出光の放射輝度分布を求めた結果を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図１０】図９のＡ部拡大断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における面状照明系を用いて導光体からの射出光の放射輝度分布を求めた結果を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図１３】図１２のＡ部拡大断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態における面状照明系の他の例を示す断面図である。
【図１７】本発明の第７の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝分布を示す図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝分布を示す図である。
【図１９】本発明の第９の実施の形態における面状照明系の導光体下面の溝の形状を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態に用いる光源及びリフレクタの他の構成例を示す断面図である。
【図２１】本発明の第１０の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図２２】本発明の第１０の実施の形態における面状照明系の導光体を示す斜視図である。
【図２３】本発明の第１０の実施の形態における面状照明系の線状光源及びリフレクタでの光路追跡の図である。
【図２４】本発明の第１０の実施の形態における面状照明系の導光体内での光路追跡の図である。
【図２５】本発明の第１０の実施の形態における面状照明系の導光体に形成された溝での光路追跡の図である。
【図２６】本発明の第１０の実施の形態における面状照明系の導光体の他の構成例を示す斜視図である。
【図２７】本発明の第１１の実施の形態における面状照明系を示す断面図である。
【図２８】本発明の第１１の実施の形態における面状照明系の光路追跡の図である。
【図２９】（ａ）は本発明の第１１の実施の形態における面状照明系の偏光変換板を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図３０】本発明の第１１の実施の形態における面状照明系の偏光変換の説明図である。
【図３１】（ａ）は本発明の第１２の実施の形態における面状照明系の偏光変換板を示す部分斜視図、（ｂ）は本発明の第１２の実施の形態における面状照明系の偏光子の透過軸方向と偏光変換板の溝方向との関係を示す図である。
【図３２】本発明の第１１の実施の形態における面状照明系の偏光変換板での偏光変換の説明図である。
【図３３】（ａ）は本発明の第１３の実施の形態における面状照明系を示す断面図、（ｂ）は本発明の第１３の実施の形態における面状照明系の偏光子の透過軸方向と位相差板の光学軸の方位との関係を示す図である。
【図３４】従来技術における面状照明系を示す断面図である。
【符号の説明】
１、２８、３３、１０１導光体
２光拡散板
３、３４、５８、６４反射板
４、１０４線状光源
５、１０５リフレクタ
６、２９、１０６導光体の下面の溝
７、８楕円部
１１導光体の下面の平坦部
１２、２０、２２、２４、３５溝の線状光源側の斜面
１３、２１、２３、２５、３６溝の線状光源と反対側の斜面
１４溝の底面
１５導光体の上面
４０偏光子
４１、５９偏光変換板
４２光拡散板
６３位相差板
１０３反射シート

Claims

光拡散板と反射板との間に配置された導光体を備えた面状照明系であって、
前記導光体のうち、前記光拡散板側の一面は平坦部のみで構成され、前記一面と向かい合った他面は階段形状に形成され、前記他面は平坦部と複数の凹凸が形成された凹凸部とが連続して形成されていることを特徴とする面状照明系。
前記凹凸の断面形状が台形又は三角形である請求項１に記載の面状照明系。
前記凹凸の表面が粗面である請求項１に記載の面状照明系。