JP3956351B2 - 導光板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、照明手段に用いられる導光板に関し、特に液晶等表示装置のバックライトに使用される導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶等表示装置のバックライトやスキャナーの照明部の光源として発光ダイオード（以下ＬＥＤと言う。）等の発光素子が広く使用されている。かかる照明手段の小型化、薄型化にとってＬＥＤ等が最も適しており、低コスト化にも結びつくことによると考えられる。
【０００３】
光源として、かかるＬＥＤ等発光素子を備えた従来のかかる照明手段においては発光素子の個数を低減させ、且つ均一な照明強度を得ることを目的として、導光板を用い、光源である発光素子から出射される光を導光板に入射させ所望の方向に光を導く構成のものが知られている。
【０００４】
図７はかかる導光板を用いた液晶パネルの照明のための公知のバックライトユニット１１０の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図７において、１０１は光源であるＬＥＤ、１０２は導光板、１０３はプリズムシート、１０６は反射板、１０７は液晶表示板ある。導光板１０２は平面形状が略四辺形の板状をなし、透光性のガラス又は樹脂等よりなる。１０２ａは導光板１０２の上面である。１０２ｃはＬＥＤ１０１に対向する入光側面である。１０２ｂは導光板１０２の下面で上記上面１０２に対向し、複数の非対称プリズム１０２ｂ１が形成されている。この非対称プリズム１０２ｂ１は、入光側面１０２ｃから離れるに従って急激に上面１０２ａとの距離が増加する立下り斜面１０２ｂ１１と緩やかに上面１０２ａとの距離が減少する立ち上がり斜面１０２ｂ１２とにより構成されている。３個のＬＥＤ１０１は保持部材１０１ｂに保持されて入光側面１０２ｃに対向する位置に配置されている。
【０００５】
図示しない電源よりＬＥＤ１０１に所定の電流が供給されると、ＬＥＤ１０１は白色又は所定の色で発光する。ＬＥＤ１０１からの出射光は導光板１０２の入光側面１０２ｃに入射し、屈折によりこの面を透過して導光板１０２の内部に入る。内部に入った光は、後述するように導光板の上面１０２ａと下面１０２ｂの間で反射を繰り返した後に上面１０２ａを屈折により透過して導光板１０２を出射し、プリズムシート１０３に入射する。プリズムシート１０３に入射した光はここで、プリズムシート内で正反射され最終的にはｚ方向へ進路を変える。このｚ方向に向かう光線が液晶表示板１０７に入射することにより、液晶を透過する光の方向を理想的なものとし、鮮明な表示を可能とする。
【０００６】
図８はＬＥＤ１０１より導光板１０２に入射した光の経路の一例に示す側面図である。ＬＥＤ１０１から出射角θｉで出射した光線は導光板１０２の入光側面１０２ｃに入射角θｉで入射し、この面を屈折により透過するが、このときの入射角θｉと屈折の出射角θとの関係は、空気の屈折率を１、導光板１０２（ポリカーボネイト等よりなる）の屈折率をｎとするとスネルの法則により、 ｎｓｉｎθ＝ｓｉｎθｉ となり、これより、
θ＝ｓｉｎ−１ （（１／ｎ）ｓｉｎθｉ）・・・（１）
となる。例えば、導光板１０２の屈折率ｎが ｎ＝１．５８ のときは、θｉ＝９０°の場合は、（１）式より
θ＝ｓｉｎ−１ （１／１．５８）＝３９．３° となるので、臨界角θｃは
θｃ＝３９．３° となる。
ところで、入射角θｉは実際には最大でも９０°を下回るので、（１）式より出射角θは最大でも、臨界角θｃを下回ることとなる。導光板の臨界角θｃは一般に４０°前後なので、前記出射角θは最大でも４０°を超えることはない。出射角θで入光側面１０２ｃを透過した光線は導光板１０２の上面１０２ａに入射角θ１で入射する。このとき、図８からもわかるように、 θ＋θ１＝９０° の関係があり、出射角θは上記したように４０°以下であるので、入射角θ１は５０°以上となり、４０°前後の臨界角θｃを超えることになる。よって、この上面１０２ａへの入射光線は、５０°以上の反射角θ１で全反射される。
【０００７】
この反射光は下面に設けられたαの傾角を有する立ち上がり斜面１０２ｂ１２に対し、 θ２＝θ１―α の入射角θ２で入射する。ここで傾角αは１°〜数°程度である。
入射角θ２で入射した光線はこの面でθ２の反射角で反射され、上面１０２ａに対し
θ３＝θ２―α＝θ１―２α の入射角θ３で入射し、θ３の反射角で反射され、反射された光線は立ち上がり斜面１０２ｂ１２に対し
θ４＝θ３―α＝θ１―３α
の入射角θ４で入射する。このようにして、最初に上面１０２ａから反射角θ１で出射した光線は斜面１０２ｂ１２および上面１０２ａに入射する度にその入射角はθ１からαずつ減じた値となる。すなわち、最初に反射角θ１であった光線がその後、反射を繰り返す等してＮ回目の入射を行った場合その入射角をθＮとすると、
θＮ＝θ１―Ｎα・・・（２）
となる。（ここで図に示すθ２、θ３、θ４、・・・に対しては（２）式における入射回数Ｎはそれぞれ１、２、３、・・・となる。）
【０００８】
このようにして入射角θＮが減少し、臨界角θｃ対し、
θＮ＝θ１―Ｎα＜θｃ・・・（３）
となったときに、入射光は上面１０２ａまたは下面の斜面１０２ｂ１２を透過して導光板２の外部に出射する。例えば θ１＝５２° α＝１° θｃ＝４０°
とすれば、
（３）式より Ｎ＞１２ となり、外部に出射するには１２回以上入射を繰り返す必用がある。このため、入光側面１０２ｃの近傍では入射光の外部への出射が行われない。例えば導光板の厚さが１ｍｍの場合は、入光側面１０２ｃのから略３ｍｍの範囲では光線の外部への出射が行われず、これ以上離れた領域で外部へ出射するのが正常の光線の経路である。なお光線が正常に出射する領域では、出射光はムラのない状態で出射する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような導光板（１０２）を用いた従来のバックライトユニットにおいては、以下に述べるような問題が少なくなかった。すなわち図９の上面図に示すように、導光板１０２の入光側面１０２ｃに近い（３ｍｍ〜４ｍｍ）領域Ｓ１において何本かの輝線１４が目立つのが認められる。（図９において輝線をすべて濃いハッチングで示す。）Ｓ２は輝線の目立たない領域である。このように目立つ輝線が発生する原因は次のように考えられる。図１０に示すように導光板１０２の入光側面１０２ｃと上面１０２ａの交わってなすエッジ部１０２ｄにはＬＥＤ１０１から、その発光光線が到達し、そのエッジ部１０２ｄで導光板１０２に入光する。このときエッジが鏡面でなく粗面となっていると、エッジ部で通常の屈折ではなく散乱する形で入光することになる。つまりエッジ部から複数の光線が異なる方向に分かれて、導光板内を伝わり、あたかもエッジが光っているように見えることから、エッジ部１０２ｄを２次光源とみなすことができる。
【００１０】
２次光源からの光線の、下面１０２ｂの立ち上がり斜面１０２ｂ１２に対する入射角θｂが臨界角θｃ以下の場合もあり得るがこの場合は光線ｓ２１に例示するように、その斜面１０２ｂ１２を透過し、反射板１０６に達しここで反射されて再び導光板１０２内に入光し、上面１０２ａを透過して上方に出射する。これは広い範囲わたるので、これにより輝線を発生することはない。次に前記入射角θｂが臨界角θｃを超える場合はｓ２２に例示するように立ち上がり斜面１０２ｂ１２により反射された後に上面１０２ａより出射するが、この出射に至るまでの反射等に基づく入射の回数はすでに説明したように入射角θｂと臨界角θｃの差によって異なり、この差が増加すると入射の回数は増えて行く。この点に関し、図１１を用いて更に詳しく説明する。図１１において、φ１、φ２、φ３、φ４はいずれもエッジ部１０２ｄより発する光束であり、各光束自体の角度幅は、立ち上がり斜面１０２ｂ１２の傾角αよりも小さいものとする。そしてこれら光束の上面１０２ａを基準とする出射角はφ１が一番小さく、φ２、φ３、φ４の順に順次αずつ大となっているとする。
【００１１】
ここで光束φ１、φ２、φ３、φ４の前記出射角をそれぞれθｄ１、θｄ２、θｄ３、θｄ４とし、これら出射角と臨界角θｃの関係をθｄ１＝１．５α＋θｃθｄ２＝２．５α＋θｃθｄ３＝３．５α＋θｃθｄ４＝４．５α＋θｃ・・・・（４）
であるとする。図１１に示すように、光束φ１、φ２、φ３、φ４はいずれも斜面１０２ｂ１２に対して第１回目の入射を行い、そのときの入射角はそれぞれθｄ１−α、θｄ２−α、θｄ３―α、θｄ４―αとなるがいずれも（４）式からして、臨界角θｃより大となっているので、これらの光束は斜面１０２ｂ１２においてすべて反射され、上面１０２ａに対し第２回目の入射を行うがそのときの入射角はそれぞれ、（４）式も顧慮して、θｄ１−２α＜θｃ、θｄ２−２α＞θｃ、θｄ３―２α＞θｃ、θｄ４―２α＞θｃとなり、光束φ１の入射角 θｄ１−２α のみが臨界角θｃ以下となり、図に示すように上面１０２ａから光束の幅ｂ１で出射する。
【００１２】
残りの光束φ２、φ３、φ４は反射されて斜面１０２ｂ１２に対して、第３回目の入射を行うが、このときの入射角は（４）式も考慮して、それぞれ、
θｄ２−３α＜θｃ、θｄ３―３α＞θｃ、θｄ４―３α＞θｃ
となる。このとき、光束φ２の入射角 θｄ１−３α のみが臨界角θｃ以下となり、光束φ２は斜面１０２ｂ１２から光束の幅ｂ２で外部に出射する。以下同様にして、第４回目の入射により、光束φ３が幅ｂ３で上面より出射し、第５回目の入射により光束φ４が光束の幅ｂ４で斜面１０２ｂ１２から外部に出射する。このように入射の回数に応じて上記の各光束が順次外部に出射するが、出射するときの光速の幅は、入射の回数に応じて順次増加し、
ｂ１＜ｂ２＜ｂ３＜ｂ４
の関係がある。これは、各光束φ１、φ２、φ３、φ４の角度幅自体は同じあっても、実際の光束の幅の寸法は光束の経路の長さに比例して増加するからであり、入射回数の多い光束ほど、経路長が長くなり、これに伴って出射光の実際の幅が大となると考えられる。なお図１１において、下面の斜面１０２ｂ１２から出射した光束は、実際には反射板（１０６）により反射され導光板２内に入光した後に上面１０２ａから出射するので、結果的には上面１０２ａから出射したと同様に取り扱ってもよいと考えられる。
【００１３】
図１１に示す光束φ１、φ２、φ３、φ４の出射光を図９に示す輝線の中の１４▲１▼、１４▲２▼、１４▲３▼、１４▲４▼に対応させて考えると、図１１に示す幅ｂ１の光束φ１の出射光は入光側面１０２ｃに最も近い位置にあり、その幅が最も狭いので、図９に示す輝線１４▲１▼に対応する。図１１に示す幅ｂ２の光束φ２の出射光は入光側面１０２ｃに２番目に近い位置にあり、その幅が前記ｂ１よりも若干広いので、図９に示す輝線１４▲２▼に対応する。このようにして、図１１に示す光束φ３、φ４の出射光は図９に示す１４▲３▼、１４▲４▼に順次対応すると考えられる。
【００１４】
なお、図１１に示す光束φ４よりも上面１０２ａに対する出射角が更に大きい光束に対しては、出射角が増すに従がって、導光板２から出射するまでの入射の回数が更に増え、外部に出射する位置は入光側面１０２ｃから更に遠のいてゆき、これに伴って出射の光束の幅がさらに広がり、単位面積当たりの光量すなわち輝度は低下して行くと考えられる。このことは、図９に示す導光板１０２の上面図において濃いハッチングで示す輝線の幅は入光側面１０２ｃから離れるに従がって広くなり、輝線が目立たなくなる事実と一致する。このようにして、図９に示すように輝線が目立つ原因は、図１１に示すようにエッジ部（１０２ｄ）から発した光線のうち、比較的少ない入射回数（１〜４回）で導光板１０２の外部に出射する光線が存在することに起因するものと考えられる。
【００１５】
このような輝線が生ずると、明暗の縞模様ができて見栄えの悪いバックライトユニットとなる。そこで本発明は導光板を有するバックライトユニットにおいて、前記した輝線による明暗の縞模様の発生を防止することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、上面、下面及び入光側面を有し、前記下面には、入光側面から離れるに従って急激に上面との距離が増加する第１の斜面と緩やかに上面との距離が減少する第2の斜面とよりなる非対称プリズムが複数個形成された導光板において、前記下面において、前記非対称プリズムの位置を導光板の入光側面と上面のなすエッジ部から出光する光線が非対称プリズムの前記第2の斜面に臨界角より十分に大なる角度で入射するように、入光側面から必要な距離だけ離して配置し、入光側面から離れる方向に関し、略左右対称の斜面を有する凹状の対称プリズムであって、そのプリズムのその立ち上がり斜面に対し、入光側面と上面のなすエッジ部（「エッジ部Ｄ１」と呼ぶ）から出光する光線が臨界角よりも小さい角度で入射するように構成したものを入光側面と前記非対称プリズムとの間の部分に1個又は複数個形成するとともに、前記エッジ部Ｄ１から出光する光線が導光板の下面のうち、前記対称プリズムの立ち上がり斜面よりも入光側面の領域（導光板の下面のうち、入光側面からみて、対称プリズムの立ち上がり斜面よりも手前側の全領域）に臨界角以下の角度で入射するような位置に前記対称プリズムを配してなることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。図１は本第１実施形態に係る導光板を用いたバックライトユニット１０示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図１において、１は光源であるＬＥＤ、２は導光板、３はプリズムシート、６は反射板、７は液晶パネルである。導光板２は平面形状が略四辺形の板状をなし、透光性の樹脂（ポリカーボネイト等）よりなる。２ａは導光板２の上面である。２ｃはＬＥＤ１に対向する導光板２の入光側面である。２ｂは導光板２の下面である。この下面２ｂにおいては、前記入光側面２ｃの近傍において上面２ａに平行な平行平面部２ｂｈが設けられ、これに接続する部分には複数の非対称プリズム２ｂｐが形成されている。この非対称プリズム２ｂｐは、入光側面２ｃから離れるに従って急激に上面２ａとの距離が増加する立ち下り斜面２ｂｐ１と、緩やかに上面２ａとの距離が減少する立ち上がり斜面２ｂｐ２を有している。
【００２１】
前記平行平面２ｂｈにはｘ方向（入光側面から離れる方向）に関し左右対称な凹状の対称プリズム２ｐが設けられている。対称プリズム２ｐは立ち下がり斜面２ｐ１と立上がり斜面２ｐ２を有している。この対称プリズム２ｐの立体形状は図１（ａ）のＡ部の拡大図として図２（ａ）に示す。同図に示すように、対称プリズム２ｐの頂角は１３０゜以上となっている。なお対称プリズム２ｐを設ける位置は入光側面２ｃから３ｍｍ〜４ｍｍ以内の領域に設けるのが望ましい。又、図１（ｃ）に示す非対称プリズムの立ち上がり斜面２ｂｐ２の傾角αは１゜〜数゜程度である。導光板２の厚みは入光側面２ｃに近い部分で１ｍｍ程度である。３個のＬＥＤ１は保持部材１ｂに保持されて入光側面１２ｃに対向する位置に配置されている。
【００２２】
図示しない電源よりＬＥＤ１に所定の電流が供給されると、ＬＥＤ１は白色又は所定の色で発光する。ＬＥＤ１からの出射光のうち図１（ｂ）の点線で示すように導光板２の入光側面２ｃに入射したものは、その屈折による出射角が臨界角より小さいので、すでに従来例の説明で図８を用いて説明したのと同様の原理により、上面２ａ又は下面２ｂに最初に達したときはこれらの面に対する入射角（図８のθ１）は臨界角以上となり、かならず全反射される。そして図１（ｂ）点線で例示するように上面２ａと下面２ｂの間で反射を繰り返すことにより、すでに説明したように反射の度に入射角が斜面の傾角αずつ減少し、これが臨界角以下となったときに屈折により外部に出射する。上面２ａを屈折により透過した光線は、プリズムシート３に入射する。プリズムシート３に入射した光はここで、プリズムシート内で正反射され最終的には、ｚ方向へ進路を変える。このｚ方向に向かう光線が液晶表示板７に入射することにより、液晶を透過する光の方向を理想的なものとし、鮮明な表示を可能とする。
【００２３】
しかし、この点線で例示される一般的な光の経路のほかに、すでに従来例（図１０参照）において説明した原理により、図１（ｂ）に示すエッジ部Ｄ１が２次光源として機能する。図１（ｂ）においてはエッジ部Ｄ１から光線の経路は実線で示されているが、その経路につき、更に詳しい説明を図３を用いて行う。図３においてＤ１は導光板の入光側面２ｃと上面２ａのなすエッジ部、Ｄ２は入光側面２ｃと下面２ｂのなすエッジ部である。
【００２４】
本発明の特徴とするところは、前記のエッジ部Ｄ１、Ｄ２にＬＥＤ１から入光した光線の経路に関することであり、以下これにつき説明する。エッジ部Ｄ１、Ｄ２に入光した光により、すでに説明した原理により、これらの部分が２次的光源として機能する場合につき説明する。先ず図３（ａ）を用いてエッジ部Ｄ１から発する光の経路について説明する。エッジ部Ｄ１から発する光線の領域をＳ１，Ｓ２，Ｓ３およびそれ以外の領域の４の領域に分ける。領域Ｓ１（斜線のハッチングの領域）は対称プリズム２ｐよりも図上で左側の領域であり、この領域では導光板２の下面である２ｂｈ対する入射角は臨界角以下となっている（このように対称プリズム２ｐの位置を設定する。）。領域Ｓ１における光線は下面２ｂｈを透過して反射板６で反射され、再び導光板２内に入光し上面２ａを透過して外部に出射する（例えば光線ｓ１）。領域Ｓ２（横線のハッチングの部分）はエッジ部Ｄ１が対称プリズム２ｐの立ち上がり斜面２ｐ２に対して張る領域であり、この領域における光線は斜面２ｐ２に対する入射角が臨界角以下となるので、領域Ｓ２における光線は斜面２ｐ２を透過して反射板６で反射され、再び導光板２内に入光し上面２ａを透過して外部に出射する（例えば光線ｓ２）。このように領域Ｓ１，Ｓ２からは、連続して広い範囲にわたり反射板６からの反射による光を上面２ａより出射するので、これにより輝線は生じない。
【００２５】
次に、領域Ｓ３（縦線のハッチングの部分）はエッジ部Ｄ１が対称プリズム２ｐの立下り斜面２ｐ１及びそれに続く右側（図上で）の平行平面２ｂｈに対して張る領域である。この領域の光線のうち、立下り斜面２ｐ１に入射したものは、図示は省略するが、極めて大きな入射角（９０°に近い）で入射し、その反射光は上面ａに略平行となるので上面ａに達することはなく、これにより輝線を生ずることはない。又、この領域の光線のうち平行平面２ｂｈに入射したものは、入射角がかなり大きくなっているので、反射角もかなり大きく（光線ｓ３で例示する。）、臨界角をかなり超えている（例えば２０°以上）。このため、入射角を臨界角以下として外部に出射するには、かなり多数の回数（例えば２０回）の反射を必用とする（図では実際よりも少ない回数となっている。）。よって、従来例においてすでに説明した原理により、この反射光により輝線を生ずることはない。次に、領域Ｓ３よりも上方のハッチングのない領域では更に大きな入射角で非対称プリズム２ｂｐの立ち上がり斜面２ｂｐ２に入射する（光線ｓ４で例示する。）ので、外部に出射するためには上記と同様の理由によりかなり多数の反射を必用とするので、輝線が発生することはない。以上の説明のように、エッジ部Ｄ１の発光に関する限りは、これにより、従来のように輝線を生ずることは防止される。
【００２６】
本第１実施形態においては、導光板の下面に平行平面部２ｂｈを設け、この部分に対称プリズム２ｐを設けたが、これに限らず、平行平面部にｂｈを設けることなく、下面の非対称プリズム２ｂｐの一部に対称プリズムを設けても同様の効果が得られる。又対称プリズム２ｐは１個に限らず複数個であってもよい。
【００２７】
次に、図３（ｂ）を用いてエッジ部Ｄ２から発する光線の経路につき説明する。エッジ部Ｄ２から直接に上面２ａに入射した光線の入射角が臨界角以下の場合は、ｓ５で例示するように屈折により透過して外部に出射する。しかし、臨界角を僅かに超えた入射角で上面２ａに入射した場合はｓ６で例示するように１回か２回の少ない反射により外部に出射する。このような場合には、従来例において説明した原理により輝線を生ずる。
【００２８】
以下に本発明の第２実施形態に係る導光板について図面を用いて説明する。本第２実施形態は上記のエッジ部Ｄ２からの発光に起因する輝線の発生の防止のために改善されたものであり、図４はその形状および作用を示す図である。図４に示すように導光板２の上面２ａにも凹型の対称プリズム２ｐが設けられている。（この対称プリズム２ｐの立体構造は図２（ｃ）に示される。）他の点に関しては図３に示した導光板２と同様である。エッジ部Ｄ２から発した光線のうち、対称プリズム２ｐよりも左側の上面２ａの部分に入射した光線は入射角が臨界角以下となり、ｓ７に例示するように屈折により透過して外部に出射する。
【００２９】
次に、対称プリズム２ｐの立下り面２p１に入射した光線は面の傾斜角により、入射角は臨界角以下となり、ｓ８に例示するように屈折によりこの面を透過して外部に出射する。対称プリズム２ｐの立下り面２p１に入射した光線はこの面に対する入射角が非常に大となるので、ｓ９に例示するように、この面および上面２ａにおいて９０°に近い大きな反射角で反射されるので上面２ａから出射することはない。次に対称プリズム２ｐの右側の上面２ａに入射した光線については、ｓ１０に例示するようにその入射角は臨界角を大幅に越えているので、すでに説明した原理により、導光板２を出射するまでには非常に多数回の反射を必用とする。
【００３０】
以上説明したように、エッジ部Ｄ２から発した光線は１回以上で少ない回数の反射により外部に出射することはない。よって、すでに説明した原理により、エッジ部Ｄ２から発した光線によって輝線が発生することは防止される。すなわち、本第２実施形態によれば、エッジ部Ｄ１から発する光線に起因する輝線の発生を防止することができるとともに、エッジ部Ｄ２から発する光線に起因する輝線の発生も防止することができるので、輝線の発生を完全に防止することができる。図６は本第２実施形態に係る導光板２における照明光の領域を示す上面図であり、全領域にわたり輝線が目立たない領域Ｒ（斜線の領域）となっており、従来のように目立つ輝線は全く認められない。
【００３１】
以下に本発明の第３実施形態に係る導光板について図面を用いて説明する。本第３実施形態は図４に示す第２実施形態の変形例であり、図５はその形状および作用を示す図である。図５に示すように本第３実施形態に係る導光板２の上面２ａには２個の凸型の対称プリズム２ｐが設けられている。（この対称プリズム２ｐの立体構造は図２（ｄ）に示される。）他の点に関しては図３に示した導光板２と同様である。ここで上面２ａにおける凸型の対称プリズム２ｐのうち左側のものの位置は下面２ｂｈに設けられた凹型の対称プリズム２ｐに対向する位置よりもかなり左側に寄せてある。エッジ部Ｄ２から発した光線のうち、対称プリズム２ｐよりも左側の上面２ａの部分に入射した光線は入射角が臨界角以下となり、ｓ１１に例示するように屈折により透過して外部に出射する。次に、左側の対称プリズム２ｐの立ち上がり斜面２p２に入射した光線はこの面と立ち下がり斜面２ｐ１のプリズム作用により反射され、ｓ１２に例示するように臨界角以下の入射角で下面２ｂｈに入射して、この面を透過して反射板６で反射された後、再度導光板２内に入光し上面２ａより外部に出射する。
【００３２】
左側の対称プリズムの立下り斜面２ｐ１に入射した光線はｓ１３に例示するように、この面を透過して外部に出射する。右側の対称プリズムの立下り斜面２ｐ１に入射した光線はｓ１４に例示するように、この面を透過して外部に出射する。次に、右側の対称プリズム２ｐのさらに右側の上面２ａに入射した光線はｓ１５に例示するように入射角が臨界角を大幅に超えているので、導光板２を出射するまでには非常に多数回の反射を必用とする。
【００３３】
以上説明したように、エッジ部Ｄ２から発した光線は１回以上で少ない回数の反射により外部に出射することはない。よって、すでに説明した原理により、エッジ部Ｄ２から発した光線によって輝線が発生することは防止される。このようにして、本第３実施形態においても、図４に示す第２実施形態と同様に、エッジ部エッジ部Ｄ１およびＤ２から発する光線に起因する輝線の発生を共に防止することができる。
【００３４】
次に、図３、図４、図５に示したような導光板２において、下面の平行平面部２ｂｈに設け凹型の対称プリズム２ｐに代えて、この部分に図２（ｂ）に示すような立体形状の凸型の対称プリズムを１個又は複数個設けることもできる。この場合は、光の経路に関する図示は省略するが、エッジ部Ｄ１から発した光線に関し、図５に示した第３実施形態と類似の原理により輝線の発生を防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、バックライトユニットに使用する導光板においてその照明時に発生することのある輝線の目立ちによる明暗の縞模様の発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る導光板を用いたバックライトユニットを示す図である。
【図２】図１に示す導光板等に形成される対称プリズムの立体形状を示す図である。
【図３】図１に示す導光板の形状および作用を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る導光板の形状および作用を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る導光板の形状および作用を示す図である。
【図６】図４に示す導光板の照明光の状態を示す上面図である。
【図７】従来の導光板を用いたバックライトユニットを示す図である。
【図８】図７に示す導光板の通常の作用を示す図である。
【図９】図７に示す導光板の照明光の状態を示す上面図である。
【図１０】図７に示す導光板の異常な作用を示す図である。
【図１１】図７に示す導光板の異常な光の経路を詳細に説明する図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤ
２ 導光板
２ａ 上面
２ｂ 下面
２ｃ 入光側面
２ｂｈ 平行平面部
２ｂｐ 非対称プリズム
２ｂｐ１ 立下り斜面
２ｂｐ２ 立上がり斜面
２ｐ 対称プリズム
３ プリズムシート
６ 反射板
７ 液晶表示板
１０ バックライトユニット
Ｄ１、Ｄ２ エッジ部
【発明の属する技術分野】
この発明は、照明手段に用いられる導光板に関し、特に液晶等表示装置のバックライトに使用される導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶等表示装置のバックライトやスキャナーの照明部の光源として発光ダイオード（以下ＬＥＤと言う。）等の発光素子が広く使用されている。かかる照明手段の小型化、薄型化にとってＬＥＤ等が最も適しており、低コスト化にも結びつくことによると考えられる。
【０００３】
光源として、かかるＬＥＤ等発光素子を備えた従来のかかる照明手段においては発光素子の個数を低減させ、且つ均一な照明強度を得ることを目的として、導光板を用い、光源である発光素子から出射される光を導光板に入射させ所望の方向に光を導く構成のものが知られている。
【０００４】
図７はかかる導光板を用いた液晶パネルの照明のための公知のバックライトユニット１１０の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図７において、１０１は光源であるＬＥＤ、１０２は導光板、１０３はプリズムシート、１０６は反射板、１０７は液晶表示板ある。導光板１０２は平面形状が略四辺形の板状をなし、透光性のガラス又は樹脂等よりなる。１０２ａは導光板１０２の上面である。１０２ｃはＬＥＤ１０１に対向する入光側面である。１０２ｂは導光板１０２の下面で上記上面１０２に対向し、複数の非対称プリズム１０２ｂ１が形成されている。この非対称プリズム１０２ｂ１は、入光側面１０２ｃから離れるに従って急激に上面１０２ａとの距離が増加する立下り斜面１０２ｂ１１と緩やかに上面１０２ａとの距離が減少する立ち上がり斜面１０２ｂ１２とにより構成されている。３個のＬＥＤ１０１は保持部材１０１ｂに保持されて入光側面１０２ｃに対向する位置に配置されている。
【０００５】
図示しない電源よりＬＥＤ１０１に所定の電流が供給されると、ＬＥＤ１０１は白色又は所定の色で発光する。ＬＥＤ１０１からの出射光は導光板１０２の入光側面１０２ｃに入射し、屈折によりこの面を透過して導光板１０２の内部に入る。内部に入った光は、後述するように導光板の上面１０２ａと下面１０２ｂの間で反射を繰り返した後に上面１０２ａを屈折により透過して導光板１０２を出射し、プリズムシート１０３に入射する。プリズムシート１０３に入射した光はここで、プリズムシート内で正反射され最終的にはｚ方向へ進路を変える。このｚ方向に向かう光線が液晶表示板１０７に入射することにより、液晶を透過する光の方向を理想的なものとし、鮮明な表示を可能とする。
【０００６】
図８はＬＥＤ１０１より導光板１０２に入射した光の経路の一例に示す側面図である。ＬＥＤ１０１から出射角θｉで出射した光線は導光板１０２の入光側面１０２ｃに入射角θｉで入射し、この面を屈折により透過するが、このときの入射角θｉと屈折の出射角θとの関係は、空気の屈折率を１、導光板１０２（ポリカーボネイト等よりなる）の屈折率をｎとするとスネルの法則により、 ｎｓｉｎθ＝ｓｉｎθｉ となり、これより、
θ＝ｓｉｎ−１ （（１／ｎ）ｓｉｎθｉ）・・・（１）
となる。例えば、導光板１０２の屈折率ｎが ｎ＝１．５８ のときは、θｉ＝９０°の場合は、（１）式より
θ＝ｓｉｎ−１ （１／１．５８）＝３９．３° となるので、臨界角θｃは
θｃ＝３９．３° となる。
ところで、入射角θｉは実際には最大でも９０°を下回るので、（１）式より出射角θは最大でも、臨界角θｃを下回ることとなる。導光板の臨界角θｃは一般に４０°前後なので、前記出射角θは最大でも４０°を超えることはない。出射角θで入光側面１０２ｃを透過した光線は導光板１０２の上面１０２ａに入射角θ１で入射する。このとき、図８からもわかるように、 θ＋θ１＝９０° の関係があり、出射角θは上記したように４０°以下であるので、入射角θ１は５０°以上となり、４０°前後の臨界角θｃを超えることになる。よって、この上面１０２ａへの入射光線は、５０°以上の反射角θ１で全反射される。
【０００７】
この反射光は下面に設けられたαの傾角を有する立ち上がり斜面１０２ｂ１２に対し、 θ２＝θ１―α の入射角θ２で入射する。ここで傾角αは１°〜数°程度である。
入射角θ２で入射した光線はこの面でθ２の反射角で反射され、上面１０２ａに対し
θ３＝θ２―α＝θ１―２α の入射角θ３で入射し、θ３の反射角で反射され、反射された光線は立ち上がり斜面１０２ｂ１２に対し
θ４＝θ３―α＝θ１―３α
の入射角θ４で入射する。このようにして、最初に上面１０２ａから反射角θ１で出射した光線は斜面１０２ｂ１２および上面１０２ａに入射する度にその入射角はθ１からαずつ減じた値となる。すなわち、最初に反射角θ１であった光線がその後、反射を繰り返す等してＮ回目の入射を行った場合その入射角をθＮとすると、
θＮ＝θ１―Ｎα・・・（２）
となる。（ここで図に示すθ２、θ３、θ４、・・・に対しては（２）式における入射回数Ｎはそれぞれ１、２、３、・・・となる。）
【０００８】
このようにして入射角θＮが減少し、臨界角θｃ対し、
θＮ＝θ１―Ｎα＜θｃ・・・（３）
となったときに、入射光は上面１０２ａまたは下面の斜面１０２ｂ１２を透過して導光板２の外部に出射する。例えば θ１＝５２° α＝１° θｃ＝４０°
とすれば、
（３）式より Ｎ＞１２ となり、外部に出射するには１２回以上入射を繰り返す必用がある。このため、入光側面１０２ｃの近傍では入射光の外部への出射が行われない。例えば導光板の厚さが１ｍｍの場合は、入光側面１０２ｃのから略３ｍｍの範囲では光線の外部への出射が行われず、これ以上離れた領域で外部へ出射するのが正常の光線の経路である。なお光線が正常に出射する領域では、出射光はムラのない状態で出射する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような導光板（１０２）を用いた従来のバックライトユニットにおいては、以下に述べるような問題が少なくなかった。すなわち図９の上面図に示すように、導光板１０２の入光側面１０２ｃに近い（３ｍｍ〜４ｍｍ）領域Ｓ１において何本かの輝線１４が目立つのが認められる。（図９において輝線をすべて濃いハッチングで示す。）Ｓ２は輝線の目立たない領域である。このように目立つ輝線が発生する原因は次のように考えられる。図１０に示すように導光板１０２の入光側面１０２ｃと上面１０２ａの交わってなすエッジ部１０２ｄにはＬＥＤ１０１から、その発光光線が到達し、そのエッジ部１０２ｄで導光板１０２に入光する。このときエッジが鏡面でなく粗面となっていると、エッジ部で通常の屈折ではなく散乱する形で入光することになる。つまりエッジ部から複数の光線が異なる方向に分かれて、導光板内を伝わり、あたかもエッジが光っているように見えることから、エッジ部１０２ｄを２次光源とみなすことができる。
【００１０】
２次光源からの光線の、下面１０２ｂの立ち上がり斜面１０２ｂ１２に対する入射角θｂが臨界角θｃ以下の場合もあり得るがこの場合は光線ｓ２１に例示するように、その斜面１０２ｂ１２を透過し、反射板１０６に達しここで反射されて再び導光板１０２内に入光し、上面１０２ａを透過して上方に出射する。これは広い範囲わたるので、これにより輝線を発生することはない。次に前記入射角θｂが臨界角θｃを超える場合はｓ２２に例示するように立ち上がり斜面１０２ｂ１２により反射された後に上面１０２ａより出射するが、この出射に至るまでの反射等に基づく入射の回数はすでに説明したように入射角θｂと臨界角θｃの差によって異なり、この差が増加すると入射の回数は増えて行く。この点に関し、図１１を用いて更に詳しく説明する。図１１において、φ１、φ２、φ３、φ４はいずれもエッジ部１０２ｄより発する光束であり、各光束自体の角度幅は、立ち上がり斜面１０２ｂ１２の傾角αよりも小さいものとする。そしてこれら光束の上面１０２ａを基準とする出射角はφ１が一番小さく、φ２、φ３、φ４の順に順次αずつ大となっているとする。
【００１１】
ここで光束φ１、φ２、φ３、φ４の前記出射角をそれぞれθｄ１、θｄ２、θｄ３、θｄ４とし、これら出射角と臨界角θｃの関係をθｄ１＝１．５α＋θｃθｄ２＝２．５α＋θｃθｄ３＝３．５α＋θｃθｄ４＝４．５α＋θｃ・・・・（４）
であるとする。図１１に示すように、光束φ１、φ２、φ３、φ４はいずれも斜面１０２ｂ１２に対して第１回目の入射を行い、そのときの入射角はそれぞれθｄ１−α、θｄ２−α、θｄ３―α、θｄ４―αとなるがいずれも（４）式からして、臨界角θｃより大となっているので、これらの光束は斜面１０２ｂ１２においてすべて反射され、上面１０２ａに対し第２回目の入射を行うがそのときの入射角はそれぞれ、（４）式も顧慮して、θｄ１−２α＜θｃ、θｄ２−２α＞θｃ、θｄ３―２α＞θｃ、θｄ４―２α＞θｃとなり、光束φ１の入射角 θｄ１−２α のみが臨界角θｃ以下となり、図に示すように上面１０２ａから光束の幅ｂ１で出射する。
【００１２】
残りの光束φ２、φ３、φ４は反射されて斜面１０２ｂ１２に対して、第３回目の入射を行うが、このときの入射角は（４）式も考慮して、それぞれ、
θｄ２−３α＜θｃ、θｄ３―３α＞θｃ、θｄ４―３α＞θｃ
となる。このとき、光束φ２の入射角 θｄ１−３α のみが臨界角θｃ以下となり、光束φ２は斜面１０２ｂ１２から光束の幅ｂ２で外部に出射する。以下同様にして、第４回目の入射により、光束φ３が幅ｂ３で上面より出射し、第５回目の入射により光束φ４が光束の幅ｂ４で斜面１０２ｂ１２から外部に出射する。このように入射の回数に応じて上記の各光束が順次外部に出射するが、出射するときの光速の幅は、入射の回数に応じて順次増加し、
ｂ１＜ｂ２＜ｂ３＜ｂ４
の関係がある。これは、各光束φ１、φ２、φ３、φ４の角度幅自体は同じあっても、実際の光束の幅の寸法は光束の経路の長さに比例して増加するからであり、入射回数の多い光束ほど、経路長が長くなり、これに伴って出射光の実際の幅が大となると考えられる。なお図１１において、下面の斜面１０２ｂ１２から出射した光束は、実際には反射板（１０６）により反射され導光板２内に入光した後に上面１０２ａから出射するので、結果的には上面１０２ａから出射したと同様に取り扱ってもよいと考えられる。
【００１３】
図１１に示す光束φ１、φ２、φ３、φ４の出射光を図９に示す輝線の中の１４▲１▼、１４▲２▼、１４▲３▼、１４▲４▼に対応させて考えると、図１１に示す幅ｂ１の光束φ１の出射光は入光側面１０２ｃに最も近い位置にあり、その幅が最も狭いので、図９に示す輝線１４▲１▼に対応する。図１１に示す幅ｂ２の光束φ２の出射光は入光側面１０２ｃに２番目に近い位置にあり、その幅が前記ｂ１よりも若干広いので、図９に示す輝線１４▲２▼に対応する。このようにして、図１１に示す光束φ３、φ４の出射光は図９に示す１４▲３▼、１４▲４▼に順次対応すると考えられる。
【００１４】
なお、図１１に示す光束φ４よりも上面１０２ａに対する出射角が更に大きい光束に対しては、出射角が増すに従がって、導光板２から出射するまでの入射の回数が更に増え、外部に出射する位置は入光側面１０２ｃから更に遠のいてゆき、これに伴って出射の光束の幅がさらに広がり、単位面積当たりの光量すなわち輝度は低下して行くと考えられる。このことは、図９に示す導光板１０２の上面図において濃いハッチングで示す輝線の幅は入光側面１０２ｃから離れるに従がって広くなり、輝線が目立たなくなる事実と一致する。このようにして、図９に示すように輝線が目立つ原因は、図１１に示すようにエッジ部（１０２ｄ）から発した光線のうち、比較的少ない入射回数（１〜４回）で導光板１０２の外部に出射する光線が存在することに起因するものと考えられる。
【００１５】
このような輝線が生ずると、明暗の縞模様ができて見栄えの悪いバックライトユニットとなる。そこで本発明は導光板を有するバックライトユニットにおいて、前記した輝線による明暗の縞模様の発生を防止することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためにその第１の手段として本発明は、上面、下面及び入光側面を有し、前記下面には、入光側面から離れるに従って急激に上面との距離が増加する第１の斜面と緩やかに上面との距離が減少する第2の斜面とよりなる非対称プリズムが複数個形成された導光板において、前記下面において、前記非対称プリズムの位置を導光板の入光側面と上面のなすエッジ部から出光する光線が非対称プリズムの前記第2の斜面に臨界角より十分に大なる角度で入射するように、入光側面から必要な距離だけ離して配置し、入光側面から離れる方向に関し、略左右対称の斜面を有する凹状の対称プリズムであって、そのプリズムのその立ち上がり斜面に対し、入光側面と上面のなすエッジ部（「エッジ部Ｄ１」と呼ぶ）から出光する光線が臨界角よりも小さい角度で入射するように構成したものを入光側面と前記非対称プリズムとの間の部分に1個又は複数個形成するとともに、前記エッジ部Ｄ１から出光する光線が導光板の下面のうち、前記対称プリズムの立ち上がり斜面よりも入光側面の領域（導光板の下面のうち、入光側面からみて、対称プリズムの立ち上がり斜面よりも手前側の全領域）に臨界角以下の角度で入射するような位置に前記対称プリズムを配してなることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。図１は本第１実施形態に係る導光板を用いたバックライトユニット１０示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図１において、１は光源であるＬＥＤ、２は導光板、３はプリズムシート、６は反射板、７は液晶パネルである。導光板２は平面形状が略四辺形の板状をなし、透光性の樹脂（ポリカーボネイト等）よりなる。２ａは導光板２の上面である。２ｃはＬＥＤ１に対向する導光板２の入光側面である。２ｂは導光板２の下面である。この下面２ｂにおいては、前記入光側面２ｃの近傍において上面２ａに平行な平行平面部２ｂｈが設けられ、これに接続する部分には複数の非対称プリズム２ｂｐが形成されている。この非対称プリズム２ｂｐは、入光側面２ｃから離れるに従って急激に上面２ａとの距離が増加する立ち下り斜面２ｂｐ１と、緩やかに上面２ａとの距離が減少する立ち上がり斜面２ｂｐ２を有している。
【００２１】
前記平行平面２ｂｈにはｘ方向（入光側面から離れる方向）に関し左右対称な凹状の対称プリズム２ｐが設けられている。対称プリズム２ｐは立ち下がり斜面２ｐ１と立上がり斜面２ｐ２を有している。この対称プリズム２ｐの立体形状は図１（ａ）のＡ部の拡大図として図２（ａ）に示す。同図に示すように、対称プリズム２ｐの頂角は１３０゜以上となっている。なお対称プリズム２ｐを設ける位置は入光側面２ｃから３ｍｍ〜４ｍｍ以内の領域に設けるのが望ましい。又、図１（ｃ）に示す非対称プリズムの立ち上がり斜面２ｂｐ２の傾角αは１゜〜数゜程度である。導光板２の厚みは入光側面２ｃに近い部分で１ｍｍ程度である。３個のＬＥＤ１は保持部材１ｂに保持されて入光側面１２ｃに対向する位置に配置されている。
【００２２】
図示しない電源よりＬＥＤ１に所定の電流が供給されると、ＬＥＤ１は白色又は所定の色で発光する。ＬＥＤ１からの出射光のうち図１（ｂ）の点線で示すように導光板２の入光側面２ｃに入射したものは、その屈折による出射角が臨界角より小さいので、すでに従来例の説明で図８を用いて説明したのと同様の原理により、上面２ａ又は下面２ｂに最初に達したときはこれらの面に対する入射角（図８のθ１）は臨界角以上となり、かならず全反射される。そして図１（ｂ）点線で例示するように上面２ａと下面２ｂの間で反射を繰り返すことにより、すでに説明したように反射の度に入射角が斜面の傾角αずつ減少し、これが臨界角以下となったときに屈折により外部に出射する。上面２ａを屈折により透過した光線は、プリズムシート３に入射する。プリズムシート３に入射した光はここで、プリズムシート内で正反射され最終的には、ｚ方向へ進路を変える。このｚ方向に向かう光線が液晶表示板７に入射することにより、液晶を透過する光の方向を理想的なものとし、鮮明な表示を可能とする。
【００２３】
しかし、この点線で例示される一般的な光の経路のほかに、すでに従来例（図１０参照）において説明した原理により、図１（ｂ）に示すエッジ部Ｄ１が２次光源として機能する。図１（ｂ）においてはエッジ部Ｄ１から光線の経路は実線で示されているが、その経路につき、更に詳しい説明を図３を用いて行う。図３においてＤ１は導光板の入光側面２ｃと上面２ａのなすエッジ部、Ｄ２は入光側面２ｃと下面２ｂのなすエッジ部である。
【００２４】
本発明の特徴とするところは、前記のエッジ部Ｄ１、Ｄ２にＬＥＤ１から入光した光線の経路に関することであり、以下これにつき説明する。エッジ部Ｄ１、Ｄ２に入光した光により、すでに説明した原理により、これらの部分が２次的光源として機能する場合につき説明する。先ず図３（ａ）を用いてエッジ部Ｄ１から発する光の経路について説明する。エッジ部Ｄ１から発する光線の領域をＳ１，Ｓ２，Ｓ３およびそれ以外の領域の４の領域に分ける。領域Ｓ１（斜線のハッチングの領域）は対称プリズム２ｐよりも図上で左側の領域であり、この領域では導光板２の下面である２ｂｈ対する入射角は臨界角以下となっている（このように対称プリズム２ｐの位置を設定する。）。領域Ｓ１における光線は下面２ｂｈを透過して反射板６で反射され、再び導光板２内に入光し上面２ａを透過して外部に出射する（例えば光線ｓ１）。領域Ｓ２（横線のハッチングの部分）はエッジ部Ｄ１が対称プリズム２ｐの立ち上がり斜面２ｐ２に対して張る領域であり、この領域における光線は斜面２ｐ２に対する入射角が臨界角以下となるので、領域Ｓ２における光線は斜面２ｐ２を透過して反射板６で反射され、再び導光板２内に入光し上面２ａを透過して外部に出射する（例えば光線ｓ２）。このように領域Ｓ１，Ｓ２からは、連続して広い範囲にわたり反射板６からの反射による光を上面２ａより出射するので、これにより輝線は生じない。
【００２５】
次に、領域Ｓ３（縦線のハッチングの部分）はエッジ部Ｄ１が対称プリズム２ｐの立下り斜面２ｐ１及びそれに続く右側（図上で）の平行平面２ｂｈに対して張る領域である。この領域の光線のうち、立下り斜面２ｐ１に入射したものは、図示は省略するが、極めて大きな入射角（９０°に近い）で入射し、その反射光は上面ａに略平行となるので上面ａに達することはなく、これにより輝線を生ずることはない。又、この領域の光線のうち平行平面２ｂｈに入射したものは、入射角がかなり大きくなっているので、反射角もかなり大きく（光線ｓ３で例示する。）、臨界角をかなり超えている（例えば２０°以上）。このため、入射角を臨界角以下として外部に出射するには、かなり多数の回数（例えば２０回）の反射を必用とする（図では実際よりも少ない回数となっている。）。よって、従来例においてすでに説明した原理により、この反射光により輝線を生ずることはない。次に、領域Ｓ３よりも上方のハッチングのない領域では更に大きな入射角で非対称プリズム２ｂｐの立ち上がり斜面２ｂｐ２に入射する（光線ｓ４で例示する。）ので、外部に出射するためには上記と同様の理由によりかなり多数の反射を必用とするので、輝線が発生することはない。以上の説明のように、エッジ部Ｄ１の発光に関する限りは、これにより、従来のように輝線を生ずることは防止される。
【００２６】
本第１実施形態においては、導光板の下面に平行平面部２ｂｈを設け、この部分に対称プリズム２ｐを設けたが、これに限らず、平行平面部にｂｈを設けることなく、下面の非対称プリズム２ｂｐの一部に対称プリズムを設けても同様の効果が得られる。又対称プリズム２ｐは１個に限らず複数個であってもよい。
【００２７】
次に、図３（ｂ）を用いてエッジ部Ｄ２から発する光線の経路につき説明する。エッジ部Ｄ２から直接に上面２ａに入射した光線の入射角が臨界角以下の場合は、ｓ５で例示するように屈折により透過して外部に出射する。しかし、臨界角を僅かに超えた入射角で上面２ａに入射した場合はｓ６で例示するように１回か２回の少ない反射により外部に出射する。このような場合には、従来例において説明した原理により輝線を生ずる。
【００２８】
以下に本発明の第２実施形態に係る導光板について図面を用いて説明する。本第２実施形態は上記のエッジ部Ｄ２からの発光に起因する輝線の発生の防止のために改善されたものであり、図４はその形状および作用を示す図である。図４に示すように導光板２の上面２ａにも凹型の対称プリズム２ｐが設けられている。（この対称プリズム２ｐの立体構造は図２（ｃ）に示される。）他の点に関しては図３に示した導光板２と同様である。エッジ部Ｄ２から発した光線のうち、対称プリズム２ｐよりも左側の上面２ａの部分に入射した光線は入射角が臨界角以下となり、ｓ７に例示するように屈折により透過して外部に出射する。
【００２９】
次に、対称プリズム２ｐの立下り面２p１に入射した光線は面の傾斜角により、入射角は臨界角以下となり、ｓ８に例示するように屈折によりこの面を透過して外部に出射する。対称プリズム２ｐの立下り面２p１に入射した光線はこの面に対する入射角が非常に大となるので、ｓ９に例示するように、この面および上面２ａにおいて９０°に近い大きな反射角で反射されるので上面２ａから出射することはない。次に対称プリズム２ｐの右側の上面２ａに入射した光線については、ｓ１０に例示するようにその入射角は臨界角を大幅に越えているので、すでに説明した原理により、導光板２を出射するまでには非常に多数回の反射を必用とする。
【００３０】
以上説明したように、エッジ部Ｄ２から発した光線は１回以上で少ない回数の反射により外部に出射することはない。よって、すでに説明した原理により、エッジ部Ｄ２から発した光線によって輝線が発生することは防止される。すなわち、本第２実施形態によれば、エッジ部Ｄ１から発する光線に起因する輝線の発生を防止することができるとともに、エッジ部Ｄ２から発する光線に起因する輝線の発生も防止することができるので、輝線の発生を完全に防止することができる。図６は本第２実施形態に係る導光板２における照明光の領域を示す上面図であり、全領域にわたり輝線が目立たない領域Ｒ（斜線の領域）となっており、従来のように目立つ輝線は全く認められない。
【００３１】
以下に本発明の第３実施形態に係る導光板について図面を用いて説明する。本第３実施形態は図４に示す第２実施形態の変形例であり、図５はその形状および作用を示す図である。図５に示すように本第３実施形態に係る導光板２の上面２ａには２個の凸型の対称プリズム２ｐが設けられている。（この対称プリズム２ｐの立体構造は図２（ｄ）に示される。）他の点に関しては図３に示した導光板２と同様である。ここで上面２ａにおける凸型の対称プリズム２ｐのうち左側のものの位置は下面２ｂｈに設けられた凹型の対称プリズム２ｐに対向する位置よりもかなり左側に寄せてある。エッジ部Ｄ２から発した光線のうち、対称プリズム２ｐよりも左側の上面２ａの部分に入射した光線は入射角が臨界角以下となり、ｓ１１に例示するように屈折により透過して外部に出射する。次に、左側の対称プリズム２ｐの立ち上がり斜面２p２に入射した光線はこの面と立ち下がり斜面２ｐ１のプリズム作用により反射され、ｓ１２に例示するように臨界角以下の入射角で下面２ｂｈに入射して、この面を透過して反射板６で反射された後、再度導光板２内に入光し上面２ａより外部に出射する。
【００３２】
左側の対称プリズムの立下り斜面２ｐ１に入射した光線はｓ１３に例示するように、この面を透過して外部に出射する。右側の対称プリズムの立下り斜面２ｐ１に入射した光線はｓ１４に例示するように、この面を透過して外部に出射する。次に、右側の対称プリズム２ｐのさらに右側の上面２ａに入射した光線はｓ１５に例示するように入射角が臨界角を大幅に超えているので、導光板２を出射するまでには非常に多数回の反射を必用とする。
【００３３】
以上説明したように、エッジ部Ｄ２から発した光線は１回以上で少ない回数の反射により外部に出射することはない。よって、すでに説明した原理により、エッジ部Ｄ２から発した光線によって輝線が発生することは防止される。このようにして、本第３実施形態においても、図４に示す第２実施形態と同様に、エッジ部エッジ部Ｄ１およびＤ２から発する光線に起因する輝線の発生を共に防止することができる。
【００３４】
次に、図３、図４、図５に示したような導光板２において、下面の平行平面部２ｂｈに設け凹型の対称プリズム２ｐに代えて、この部分に図２（ｂ）に示すような立体形状の凸型の対称プリズムを１個又は複数個設けることもできる。この場合は、光の経路に関する図示は省略するが、エッジ部Ｄ１から発した光線に関し、図５に示した第３実施形態と類似の原理により輝線の発生を防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、バックライトユニットに使用する導光板においてその照明時に発生することのある輝線の目立ちによる明暗の縞模様の発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る導光板を用いたバックライトユニットを示す図である。
【図２】図１に示す導光板等に形成される対称プリズムの立体形状を示す図である。
【図３】図１に示す導光板の形状および作用を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る導光板の形状および作用を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る導光板の形状および作用を示す図である。
【図６】図４に示す導光板の照明光の状態を示す上面図である。
【図７】従来の導光板を用いたバックライトユニットを示す図である。
【図８】図７に示す導光板の通常の作用を示す図である。
【図９】図７に示す導光板の照明光の状態を示す上面図である。
【図１０】図７に示す導光板の異常な作用を示す図である。
【図１１】図７に示す導光板の異常な光の経路を詳細に説明する図である。
【符号の説明】
１ ＬＥＤ
２ 導光板
２ａ 上面
２ｂ 下面
２ｃ 入光側面
２ｂｈ 平行平面部
２ｂｐ 非対称プリズム
２ｂｐ１ 立下り斜面
２ｂｐ２ 立上がり斜面
２ｐ 対称プリズム
３ プリズムシート
６ 反射板
７ 液晶表示板
１０ バックライトユニット
Ｄ１、Ｄ２ エッジ部
Claims (1)
- 上面、下面及び入光側面を有し、前記下面には、入光側面から離れるに従って急激に上面との距離が増加する第１の斜面と緩やかに上面との距離が減少する第2の斜面とよりなる非対称プリズムが複数個形成された導光板において、前記下面において、前記非対称プリズムの位置を導光板の入光側面と上面のなすエッジ部から出光する光線が非対称プリズムの前記第2の斜面に臨界角より十分に大なる角度で入射するように、入光側面から必要な距離だけ離して配置し、入光側面から離れる方向に関し、略左右対称の斜面を有する凹状の対称プリズムであって、そのプリズムのその立ち上がり斜面に対し、入光側面と上面のなすエッジ部（「エッジ部Ｄ１」と呼ぶ）から出光する光線が臨界角よりも小さい角度で入射するように構成したものを入光側面と前記非対称プリズムとの間の部分に1個又は複数個形成するとともに、前記エッジ部Ｄ１から出光する光線が導光板の下面のうち、前記対称プリズムの立ち上がり斜面よりも入光側面の領域（導光板の下面のうち、入光側面からみて、対称プリズムの立ち上がり斜面よりも手前側の全領域）に臨界角以下の角度で入射するような位置に前記対称プリズムを配してなることを特徴とする導光板。
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