JP4138787B2 - 導光板および平面照明装置ならびに液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光を出射面部方向に略直角に全反射する反射素子を反出射面部に設け、この反射素子に対になる様に反射素子からの反射光を屈折し外部に広がりを持って出射する出射角度特性素子を出射面部に設けて、常に反射素子と出射角度特性素子とが対になるようにして、側面部や端部を入射端面部として光源からの光を導き、反射素子で受けた光を確実に出射角度特性素子に反射光として向け、出射角度特性素子によって確実に出射面部から絞って出射し、そのために、略垂直な出射光を得ることができるとともに輝度斑の無い均一で輝度が高い出射光を得ることができる導光板と、この導光板等を用いた平面照明装置に関するものである。さらにＴＦＴ等によって制御される液晶パネルに本願の平面照明装置の出射角度特性素子と液晶パネルのピクセルとが略対になるように上方に備えて、出射角度特性素子からの略垂直な出射光がピクセルに一致するので、ピクセルの開口面積を大きくせずに液晶表示装置に必要とする光量を得ることができる液晶表示装置に関する。

従来の平面照明装置としては、導光板の表面部や裏面部に反射部材を設け、どちらか一方に帯状のスリットである切欠部を設け、切欠部が光源に近いほど小さく、光源が点状の場合には点光源の発光部を中心とする円弧状スリットを設け、光源からの距離が大きくなるにつれスリット間が狭くなるようにするものが知られている。

また、従来の平面照明装置には、導光板の表面側に拡散部材を有し、裏面側に反射部材を有して、導光板の反射面（裏面）に所定の長さを有する断面Ｖ字状のＶ字溝が光源と平行に各々が所定の間隔をもって離隔して一列にて配置され、Ｖ字溝の各列の隣接列を交互に千鳥状に配置し、光源から遠ざかるにつれ間隔が徐々に小さくなるように配列するものも知られている。

さらに、従来の導光板としては、表面や裏面全体に反射屈折させるＶ溝の窪みを入射方向に平行に多数断続的に千鳥状や円弧状に設け、光の進行方向に沿って窪み同士の間に隙間を設け、光源から遠ざかるにつれ間隔が徐々に小さくなるようにしたものが知られている。
特開昭６２−１０９００３号公報 特開平５−２１６０３０号公報 特開平８−２８６０３７号公報

上述した従来の平面照明装置は、導光板の表面部や裏面部に反射部材を設け、どちらか一方に帯状のスリットである切欠部を設け、切欠部が光源に近いほど小さくすることで、光源に近いほどスリットから漏れる光の量をコントロールし、全体を均一に出射するようにしている。しかし、出射光がスリット状になってしまうため、見栄えが悪かった。特に光源に近いところではスリットが小さいために、輝線として現れるとともに光源に近い光のため光のエネルギが大きいためより強い輝線となってしまう課題がある。
また、光源が点状の場合には、点光源の発光部を中心とする円弧状スリットを設け、光源からの距離が大となるにつれスリット間が狭くなるようにする場合も上記と同様な理由で円弧状の輝線が現れてしまう課題がある。

さらに、従来の平面照明装置として、導光板の表面側に拡散部を有し、裏面側に反射部材を有して、導光板の反射面（裏面）に所定の長さを有する断面Ｖ字状のＶ字溝が光源と平行に各々が所定の間隔をもって離隔して一列にて配置され、Ｖ字溝の各列の隣接列を交互に千鳥状に配置し、光源から遠ざかるにつれ間隔が徐々に小さくなるように配列する構成では、導光板内に入射された光が進行方向に対するＶ字溝の傾斜面によって反射され表面側に偏向させる。このため、特に強い出射光は光源に対して常に平行な出射光であるので、例えば光源の両端部等では出射光の輝度が低くなってしまう課題がある。
特に光源が点光源の場合には、光源からの位置によって輝度分布が均一でない場合が多いために隅等で著しく輝度低下になってしまう課題がある。

また、従来の導光板として、表面や裏面全体に反射屈折させるＶ溝の窪みを入射方向に平行に多数断続的に千鳥状や円弧状に設け、光の進行方向に沿って窪み同士の間に隙間を設け、光源から遠ざかるにつれ間隔が徐々に小さくなるようにした構成では、光源から遠ざかるにつれ間隔が徐々に小さくなるようにしても大きな導光板では窪みに遮られてしまう課題がある。

さらに、表面や裏面全体にＶ溝の窪みを入射方向に対して円弧状に多数断続的に設けて、陰極線管での中央部が強く、周辺部で弱くなっている場合にも一様な分布を期待しているが、陰極線管の中央部分からの光を反射させるために円弧状にしており、陰極線管からの平行光が利用できない。このため、陰極線管の中央部分からの光は斜方向からの光しか利用できず、陰極線管からの平行光よりもエネルギが低く、反射された光の出射位置（形状）が異なり（全体として一様の出射光でない）、表面からの出射された輝度分布に課題がある。

また、従来の導光板は、表面部や裏面部に設けた種々の反射させたり、屈折させたりする手段に於いて、単に表面部や裏面部に設けて表面部と裏面部との関連性が無いものであった為に、十分に光を利用することができないという課題があった。そのため、この様な導光板を用いた従来の平面照明装置は、光の輝度に対して不満足なものであった。

さらに、これらの導光板や平面照明装置を用いた液晶表示装置は、単に導光板や平面照明装置の上方に液晶パネルを載置しただけのものであるため、液晶パネルに必要な光量を得るために液晶パネルの各ＲＧＢ等のピクセルの開口部を広く取る必要があった。その為、ピアな画面を得るためのピクセルを微細化することと輝度の向上とに互いに矛盾を解決することに課題があった。

（発明の目的）
本発明は、入射光を出射面部方向に略直角に全反射する反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に絞って出射する出射角度特性素子を出射面部に設け、これら反射素子と出射角度特性素子とが常に対になるようにし、導光板内に導かれた光源からの光を反出射面部の反射素子によって出射面部方向に略直角に全反射し、この反射光が出射面部に設けた反射素子と対になっている出射角度特性素子に達し、確実にこの反射光を出射角度特性素子によって屈折し、出射面部から絞った（広がりの無い）光を出射することができ輝度斑の無い均一で高輝度の出射光を得ることができる導光板を提供することにある。
また、この導光板等を用いた広がりの無い出射光を出射することができる平面照明装置を提供することにある。
さらに、平面照明装置の導光板の出射面部に設けた出射角度特性素子と液晶パネルのピクセルとが略対になるように配置し、出射角度特性素子からの略垂直な出射光がピクセルに一致することで、ピクセルの開口面積を大きくせずに必要とする光量が得られ、そのために、ピクセルの開口面積が小さくてもピクセルの開口部に必要な光量を得ることができ、ピクセルの開口面積を小さくすることによってＲＧＢの各々のピクセルのサイズを小さくすることができ、液晶パネルの単位面積当たりのピクセル量を多くすることができ、鮮明な画像を得ることができる液晶表示装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る導光板は、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部とし、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けることを特徴とする。

請求項１に係る導光板は、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部とし、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けるので、導光板内に導かれた光を確実に出射面部から絞られた光を出射することができる。また、反射面が平面または曲面であるので、方位角が揃った反射光や方位角の異なった反射光を得ることができる。さらに、屈折面が平面または曲面であるので、反出射面部の反射素子からの反射光を集光する方向に屈折することができる。

また、請求項２に係る導光板は、反射素子が、少なくとも１つの反射面を有し、三角柱凹形状、台形柱凹形状、三角錐凹形状、四角錐凹形状、円錐凹形状の何れかから成り、出射角度特性素子が、複数の屈折面を有し、三角錐凸形状、四角錐凸形状、円錐凸形状の何れかから成ることを特徴とする。

請求項２に係る導光板は、反射素子が、少なくとも１つの反射面を有し、三角柱凹形状、台形柱凹形状、三角錐凹形状、四角錐凹形状、円錐凹形状の何れかから成り、出射角度特性素子が、複数の屈折面を有し、三角錐凸形状、四角錐凸形状、円錐凸形状の何れかから成るので、少なくとも１つの反射面で入射端面部からの光を出射面部方向に略直角に全反射することができるとともに他方からの光も他の反射面で出射面部方向に略直角に全反射することができる。また、反出射面部の反射素子からの全反射光を複数の屈折面によって屈折することができ、目的に合わせて屈折面数を選択することができる。例えば、三角錐凸形状では３面、四角錐凸形状では４面、円錐凸形状では無限面を選択することができる。

また、請求項３に係る導光板は、反射素子および出射角度特性素子を、入射端面部に対して平行または円弧状に設けることを特徴とする。

請求項３に係る導光板は、反射素子および出射角度特性素子を、入射端面部に対して平行または円弧状に設けるので、光源からの光の指向特性に対応することができる。

さらに、請求項４に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けた導光板とを少なくとも具備したことを特徴とする。

請求項４に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けた導光板とを少なくとも具備したので、光源からの光を導光板内に導き、常に反射素子と出射角度特性素子とが対になっているので、この光を確実に出射面部から出射面部に対して略直角な平行光または絞った光を出射することができるとともに入射端面部の数量および出射面部の出射角度特性素子や反出射面部の反射素子などの形状等を選択することによって、出射輝度や導光板の大きさや形状に対応して光源の数量を変えることができる。

また、請求項５に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けた導光板と、
導光板の上方に備えるＴＦＴ等によって制御される液晶パネルとを少なくとも具備し、
導光板の出射角度特性素子と液晶パネルのピクセルとが略対になるように配置し、出射角度特性素子からの出射光がピクセルに一致することを特徴とする。

請求項５に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けた導光板と、
導光板の上方に備えるＴＦＴ等によって制御される液晶パネルとを少なくとも具備し、
導光板の出射角度特性素子と液晶パネルのピクセルとが略対になるように配置し、出射角度特性素子からの出射光がピクセルに一致するので、ピクセルの開口面積を大きくせずに液晶表示装置に必要とする光量を得ることができる。

以上のように、請求項１に係る導光板は、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部とし、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けるので、導光板内に導かれた光を確実に出射面部から絞られた光を出射することができる。そのため、輝度斑の無い均一で輝度が高く略垂直な出射光を得ることができる。
また、反射面が平面または曲面であるので、方位角が揃った反射光や方位角の異なった反射光を得ることができる。
そのために、出射面部に対に設けた出射角度特性素子に対して多種の光を得ることができ、出射光に多様性を得ることができるために導光板の大きさや形状等に対して柔軟な対応ができるとともに反射素子や出射角度特性素子の大きさも自由にコントロールすることができる。例えば、反射素子の傾斜面部を曲面にすることによって反射素子を小さくしても出射角度特性素子に向かう反射光が反射素子の傾斜面部が平面の時と同等な位置関係を得ることができる。
さらに、屈折面が平面または曲面であるので、反出射面部の反射素子からの反射光を集光する方向に屈折することができる。そのために、出射光を、より変化（集光量）の有る出射光として屈折することができる。

また、請求項２に係る導光板は、反射素子が、少なくとも１つの反射面を有し、三角柱凹形状、台形柱凹形状、三角錐凹形状、四角錐凹形状、円錐凹形状の何れかから成り、出射角度特性素子が、複数の屈折面を有し、三角錐凸形状、四角錐凸形状、円錐凸形状の何れかから成るので、少なくとも１つの反射面で入射端面部からの光を出射面部方向に略直角に全反射することができるとともに他方からの光も他の反射面で出射面部方向に略直角に全反射することができる。そのために、無駄なく光を最大限に利用することができる。またこれらの形状であるために成型金型等の製作を容易にすることができる。また、反出射面部の反射素子からの全反射光を複数の屈折面によって屈折することができ、目的に合わせて屈折面数を選択することができる。例えば、三角錐凸形状では３面、四角錐凸形状では４面、円錐凸形状では無限面を選択することができる。そのために、絞られる出射光の集光量を自由に選択することができる。

また、請求項３に係る導光板は、反射素子および出射角度特性素子を、入射端面部に対して平行または円弧状に設けるので、光源からの光の指向特性に対応することができる。そのため、光源の種類や全体の形状等に対して自由に選択することができる。

さらに、請求項４に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けた導光板とを少なくとも具備したので、この光を確実に出射面部から出射面部に対して略直角な平行光または絞った光を出射することができるとともに入射端面部の数量および出射面部の出射角度特性素子や反出射面部の反射素子などの形状等を選択することによって、出射輝度や導光板の大きさや形状に対応して光源の数量を変えることができる。そのため、光源からの光を無駄なく、高輝度な光として出射面部から略垂直に出射することができる。

また、請求項５に係る平面照明装置は、光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら出射面部と反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う側面部の端部または少なくとも１つの側面部を入射端面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を反出射面部に設けるとともに、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に反射素子と対になるように出射面部に設けた導光板と、
導光板の上方に備えるＴＦＴ等によって制御される液晶パネルとを少なくとも具備し、
導光板の出射角度特性素子と液晶パネルのピクセルとが略対になるように配置し、出射角度特性素子からの出射光がピクセルに一致するので、ピクセルの開口面積を大きくせずに液晶表示装置に必要とする光量を得ることができる。
そのために、ピクセルの開口面積を小さくしてもピクセルの開口部に必要な光量を得ることができるので、ピクセルの開口面積を小さくすることによってＲＧＢの各々のピクセルのサイズを小さくすることができ、液晶パネルの単位面積当たりのピクセル量を多くすることができるため鮮明な画像を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
なお、本発明は、光源からの光を導光板に導く入射端面部を導光板の隣り合う側面部の端部や側面部を入射端面部とし、導いた光源からの光を外部に出射する出射面部と、出射面部の反対側を反出射面部として、入射光を出射面部方向に略直角に全反射する三角錐凹形状、四角錐凹形状、円錐凹形状等の反射素子を反出射面部に設けるとともに、この反射素子からの反射光を常に受ける様に反射素子と常に対になるように、反射素子からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射する三角錐凸形状、四角錐凸形状、円錐凸形状、円錐凸形状等の出射角度特性素子を出射面部に設けて、反射素子からの反射光が出射角度特性素子に達し、この反射光を確実に出射角度特性素子によって屈折し、出射面部から出射面部に対して略直角な平行光または絞った光を出射するため、高輝度の鋭い出射光を得ることができるとともに輝度斑の無い均一な出射光を得ることができる導光板および平面照明装置を提供するものである。また、この平面照明装置の上方にＴＦＴ等によって制御される液晶パネルに本願の平面照明装置の出射角度特性素子と液晶パネルのピクセルとが略対になるように上方に備えて、出射角度特性素子からの略垂直な出射光がピクセルに一致するので、ピクセルの開口面積を大きくせずに液晶表示装置に必要とする光量を得ることができる液晶表示装置を提供するものである。

図１〜図３は本発明に係る平面照明装置の略斜視図、図４は本発明に係る導光板の反出射面側に設けた反射素子の略拡大図、図５は本発明に係る導光板の出射面側に設けた出射角度特性素子の略拡大図、図６は本発明に係る導光板の立体的な光の軌跡図、図７及び図８は本発明に係る平面照明装置と液晶パネルとの略拡大図である。なお、図１〜図３では、出射角度特性素子と対に設けられる反射素子を一部のみ破線で示している。

図１に示す平面照明装置１は、導光板２と、光源９と、リフレクタ１０と、ケース１１とを備えて概略構成される。尚、ここでは、光源９として、冷陰極蛍光放電管（ＣＣＦＬ）を用いている。

導光板２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）等で形成される。導光板２は、図１に示すように、光源９からの光を導く入射端面部３と、入射端面部３からの光を出射する出射面部６と、この出射面部６の反対側に位置する反出射面部５と、これら出射面部６と反出射面部５とに交わる側面部４とからなる。反出射面部５には、出射面部６方向に全反射する反射素子７を複数設ける。出射面部６には、反出射面部５に設けた反射素子７からの反射光を屈折し外部に出射面部６に対して略直角な平行光または絞って（集光して）出射する出射角度特性素子８を反出射面部５に設けた反射素子７と常に対になるように複数設ける。

図２に示す平面照明装置１ｂは、導光板２と、光源９と、ケース１１とを備えて概略構成される。尚、ここでは、光源９として、複数の半導体発光素子を用いている。

図３に示す平面照明装置１ｃは、導光板２ｂと、光源９と、ケース１１とを備えて概略構成される。導光板２ｂは、導光板２と同様に、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）等で形成される。導光板２ｂは、図３に示すように、光源９からの光を導く入射端面部３と、入射端面部３からの光を出射する出射面部６と、この出射面部６の反対側に位置する反出射面部５と、これら出射面部６と反出射面部５とに交わる側面部４とからなり、入射端面部３を隣り合う側面部４の端部に設ける。尚、ここでは、光源９を導光板２ｂのコーナーに半導体発光素子を用いている。

導光板２や導光板２ｂの入射端面部３から入射した光は、屈折率γが０≦｜γ｜≦Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）を満たす範囲で導光板２内や導光板２ｂ内に進む。例えば一般の導光板２や導光板２ｂに使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、最大入射角９０°となる。そして、入射端面部３で屈折する屈折角γはγ＝０〜±４２°程度の範囲内となり、入射端面部３から導光板２内や導光板２ｂ内を伝播する。

さらに、屈折角γ＝０〜±４２°の範囲内で導光板２内や導光板２ｂ内に入射した光は、導光板２や導光板２ｂと空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、Ｓｉｎα＝（１／ｎ）により臨界角を表すことができる。例えば一般の導光板２や導光板２ｂに使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので臨界角αはα＝４２°程度になる。このため、導光板２や導光板２ｂの出射面部６や反出射面部５に光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角αを越えなければ、導光板２内や導光板２ｂ内の光は出射面部６や反出射面部５で全て全反射しながら入射端面部３の反対方向へ進むことになる。

反出射面部５は、図４にも示すような反射素子７を複数設けて、入射端面部３からの光を出射面部６方向に全反射する。

尚、この反射素子７を設ける分布は、目的にあわせて各種の方法が有る。例えば出射面部６方向に略直角に（極角が著しく小さい）全反射するように、図１での線状な光源９に対応した１側面部４全体を入射端面部３とした場合には、反射素子７の反射する反射面１７ｂを平行または入射端面部３の法線と反射素子７の反射する反射面１７ｂの法線とが一致するように反射素子７を１方向に一定に設ける（光源９からの光の方位角が１方向の時）。

また、同様に出射面部６方向に略直角に（極角が著しく小さい）全反射するように、図３のように略点状の光源９に対応した隣り合う側面部４の端部を入射端面部３とした場合には、反射素子７の反射する反射面１７ｂが入射端面部３の法線と反射素子７の反射する反射面１７ｂの法線とが一致するように反射素子７を放射状に設ける（光源９からの光の方位角が異なっている（放射状の）時）。

さらに、反出射面部５は、反射素子７によって、反射素子７からの全反射する光が出射面部６方向に対して方位角と極角が変化するように、入射端面部３からの光と反射素子７の反射する面の法線とが異なる（ズレ）ように設ける。

反射素子７は、図４に示すように、三角柱凹形状７ａ、台形柱凹形状７ｂ、三角錐凹形状７ｃ、四角錐凹形状７ｄ、円錐凹形状７ｅ等から成り、少なくとも１つの反射面１７ｂを有して、少なくとも１つの反射面１７ｂを入射端面部３方向に設け、反射面１７ｂで入射端面部３からの光を出射面部６方向に全反射することができる。尚、反射素子７は、その形状として、三角錐凹形状７ｃや四角錐凹形状７ｄに限らず、多角錐凹形状とすることもできる。

また、反射素子７の三角柱凹形状７ａは、入射端面部３方向からの光を全反射する反射面１７ｂと、この反射面１７ｂの反対側に反射面１７ｃを有して他方からの光も出射面部６方向に全反射することができる。

尚、反射面１７ｃが傾斜角を持たない（反出射面部５方向や出射面部６方向に対して垂直方向）時には、入射端面部３方向からの光のみを全反射する。

同様に台形柱凹形状７ｂは、入射端面部３方向からの光を全反射する反射面１７ｂと、この反射面１７ｂの反対側に反射面１７ｃを有するとともにこれら反射面１７ｂと反射面１７ｃとに接続した平面部１７ｄを有して、反射面１７ｃによって他方からの光も出射面部６方向に全反射することができ、平面部１７ｄによって反射面１７ｂや反射面１７ｃに達しなかった光を再度全反射して伝播してきた反対方向に伝播させる。

さらに、三角錐凹形状７ｃは、入射端面部３方向からの光を全反射する反射面１７ｂと、反射面１７ｂに接続する２つの反射面１７ｃを有して他方からの光も出射面部６方向に全反射することができる。

尚、２つの反射面１７ｃを反出射面部５方向や出射面部６方向に対して垂直方向の（反射面１７ｃが傾斜角を持たない）時には、入射端面部３方向からの光のみを全反射する。また、隣り合う反射面１７ｂや反射面１７ｃの接続部（稜）を入射端面部３方向に向けた場合には、入射端面部３の反対方向の出射面部６方向に極角や方位角が異なって全反射することができる。

同様に、四角錐凹形状７ｄは、入射端面部３方向からの光を全反射する反射面１７ｂと、反射面１７ｂと同様な３つの反射面１７ｃを有して互いに接続し頂点で交わり、他の３つの反射面１７ｃによって他方全てからの光も出射面部６方向に全反射することができる。

尚、隣り合う反射面１７ｂや反射面１７ｃの接続部（稜）を入射端面部３方向に向けた場合には、入射端面部３の反対方向の出射面部６方向に極角や方位角が異なって全反射することができる。

さらに、円錐凹形状７ｅは、入射端面部３方向からの光のみならず、あらゆる方向からの光を全反射する反射面１７ｂを有し、あらゆる方向に全反射することができる。

出射面部６には、図５に示すような出射角度特性素子８を複数設けて反射素子７からの全反射光を複数の屈折面１８ｂによって屈折して外部に出射面部６に対して略直角な平行光は絞って（集光して）出射する。

尚、この出射角度特性素子８を設ける分布は、反出射面部５の反射素子７に対になるように設ける。例えば、反出射面部５の反射面１７ｂからの反射光が極角が著しく小さく出射面部６方向に略直角に全反射する反射素子７に対になる様に出射角度特性素子８を設ける場合には、出射角度特性素子８を反射素子７の真上（導光板２の厚み方向をＺ、他をＸ−Ｙ方向とした時に、Ｘ−Ｙ方向は同等でありＺ方向のみ変化した位置。）の出射面部６上に設ける。

また、反射素子７の反射面１７ｂの法線が入射端面部３からの光の直進線と異なる（ズレ）ように反出射面部５に反射素子７を設けたり、反射素子７の三角錐凹形状７ｃや四角錐凹形状７ｄなどの隣り合う反射面１７ｂや反射面１７ｃの接続部（稜）を入射端面部３方向に向けて反出射面部５に設けた場合には、反射素子７からの反射光が反射素子７の位置から極角や方位角が異なって全反射するので、反射素子７と方位角が異なった位置の出射面部６上に設ける（広がりの有る入射端面部３の反対方向等）。

出射角度特性素子８は、図５に示すように、三角錐凸形状８ｂ、四角錐凸形状８ａ、円錐凸形状８ｃ等から成り、反出射面部５の反射素子７からの反射光を出射角度特性素子８から外部に出射する時に複数の屈折面１８ｂで屈折して外部に出射面部６に対して略直角な平行光または絞られた光を出射することができる。尚、出射角度特性素子８は、その形状として、三角錐凸形状８ｂや四角錐凸形状８ａに限らず、多角錐凸形状とすることもできる。すなわち、外部に絞って出射する時に、目的に応じて、出射角度特性素子８の形状と出射面部６に設ける位置によって方位角を変化させるとともに、これら出射角度特性素子８の屈折面１８ｂの傾斜度によって極角を変化させることができる。

また、出射角度特性素子８の三角錐凸形状８ｂは、３つの屈折面１８ｂを有して互いに接続し頂点１８ｃで交わり、反出射面部５の反射素子７からの反射光を３つの屈折面１８ｂで屈折して３方向から外部に出射面部６に対して略直角な平行光または絞れて（極角を著しく小さくして）出射することができる。

尚、三角錐凸形状８ｂを出射面部６に設ける方向を変えることで出射部分をコントロールすることができる。例えば、三角錐凸形状８ｂの屈折面１８ｂを全て入射端面部３方向に向けた場合と、三角錐凸形状８ｂの屈折面１８ｂの稜側を全て入射端面部３方向に向けた場合とでは、出射分布が異なり、目的とする分布によってコントロールでき、三角錐凸形状８ｂの屈折面１８ｂと屈折面１８ｂの稜側とを交互に設けても良い。

さらに、四角錐凸形状８ａは、４つの屈折面１８ｂを有して互いに接続し頂点１８ｃで交わり、反出射面部５の反射素子７からの反射光を４つの屈折面１８ｂで屈折して四角錐凸形状８ａから４方向の外部に出射面部６に対して略直角な平行光または絞られた光を（極角を著しく小さくして）出射することができる。

また、三角錐凸形状８ｂと同様に、四角錐凸形状８ａを出射面部６に設ける方向を変えることで出射部分をコントロールすることができる。例えば、四角錐凸形状８ａの屈折面１８ｂを全て入射端面部３方向に向けた場合と、四角錐凸形状８ａの屈折面１８ｂの稜側を全て入射端面部３方向に向けた場合とでは、出射分布が異なり、目的とする分布によってコントロールでき、四角錐凸形状８ａの屈折面１８ｂと屈折面１８ｂの稜側とを交互に設けても良い。

また、円錐凸形状８ｃは、頂点１８ｃを有した周面の屈折面１８ｂを有し反出射面部５の反射素子７からの反射光を全ての屈折面１８ｂで屈折して円錐凸形状８ｃから外部へ出射面部６に対して略直角な平行光または１点方向に絞られた光を（極角を著しく小さくして）出射することができる。尚、屈折面１８ｂの傾斜度によって絞られる光の焦点距離をコントロールすることができる。

このように、出射角度特性素子８によって、出射角度特性素子８の上部からの投射した形状の光面束を得ることができ、屈折面１８ｂの傾斜度によって出射される出射光は偏向され平行光となったり集光される。
集光される場合には、ある集光距離を得、集光距離以上の位置では再度、投射した形状の光面束を得ることができる。但し、最初に得られる出射角度特性素子８の上部からの投射した形状の光面束は、焦点距離を過ぎて反転されて再度投射した形状の反転された光面束を得る。

図６に対になっている反出射面部５の反射素子７と出射面部６の出射角度特性素子８との光の軌跡について説明する。尚、この図は部分的に拡大したものである。

導光板２や導光板２ｂの反出射面部５に三角柱凹形状７ａの反射素子７を設け、この反出射面部５の反対側の出射面部６に四角錐凸形状８ａの出射角度特性素子８を反射素子７に対して対に（Ｚ方向に）設ける。

導光板２や導光板２ｂの入射端面部３から導光板２や導光板２ｂ内に導かれた直線光Ｌ０は（コヒーレントでない限り）有る程度の広がりを持った光束（現実的には光よりも反射素子７の方が比較に成らない程大きいため）として光線Ｌ１、光線Ｌ２、光線Ｌ３が反射素子７の三角柱凹形状７ａ方向に進み、三角柱凹形状７ａの反射面１７ｂによって略直角（垂直なＺ方向）に全反射され反射光Ｌｒ１、反射光Ｌｒ２、反射光Ｌｒ３等（本来ならば、光線を４つ描くべきであるが、見にくいために省いてある。）が、三角柱凹形状７ａの真上に存在する出射角度特性素子８である四角錐凸形状８ａの屈折面１８ｂに達し、屈折面１８ｂから外部（空気層）に出射する時に屈折された出射光Ｌｏ１、出射光Ｌｏ２、出射光Ｌｏ３等（尚、ここでは図が見にくいために入射端面部３方向とは反対側の屈折面１８ｂへの光線は描いていない。）として４つの屈折面１８ｂから外部へ１点方向に絞られる光、または４つの屈折面１８ｂから外部へ出射面部６に対して直角に４つの平行な光（極角を著しく小さくして）を出射することができる。
尚、屈折面１８ｂでＺ方向に垂直に屈折される場合には、出射角度特性素子８である四角錐凸形状８ａの上部からの投射した形状の光面束を得る。

このように、反出射面部５の反射素子７と出射面部６の出射角度特性素子８とは常に互いに、対になって設ける。この時、導光板２に反射素子７と出射角度特性素子８とのどちらか一方を設ける分布（行列、千鳥状、ランダム、放射状等）に対応して他方も同様の分布にする。

図７に本発明の導光板と液晶パネル１２との略拡大図を示す。図７は平面照明装置１等の導光板２の出射面部６上に（行列状に）出射角度特性素子８である四角錐凸形状８ａを設けた上方に液晶表示装置１２を備え、液晶表示装置１２の各ピクセル１７（１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの３つで１ピクセル）に対応するように出射角度特性素子８を配置する。

図７に示すように、液晶表示装置１２は、下方（導光板２の出射面部６側）から偏光フィルタ１６ａ、ガラス基板１３ａ、電極１４ａ、配向板１５ａ、液晶１８、配向板１５ｂ、電極１４ｂ、カラーフィルタ（１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ）、ガラス基板１３ｂ、偏光フィルタ１６ｂの順に構成されている。

さらに、カラーフィルタは、カラーフィルタ（赤色）１７Ｒ、カラーフィルタ（緑色）１７Ｇ、カラーフィルタ（青色）１７Ｂの三原色を１つのピクセル１７として行列状または千鳥状に配置されている。

また、ＴＦＴ液晶パネルの場合には、ガラス基板１３ａと偏光フィルタ１６ａの間にアレイ状のＴＦＴ基板を有している。

導光板２の出射面部６上に設けた出射角度特性素子８の四角錐凸形状８ａの各屈折面１８ｂで液晶表示装置１２のピクセル１７に対して垂直に光を出射する。

四角錐凸形状８ａの各屈折面１８ｂからの光束が四角錐凸形状８ａの投射形状に等しく四角形の光束Ｌｓｂとなって各ピクセル１７の開口部に垂直に放射する。

このように、ピクセル１７の開口部の形状に対応した四角錐凸形状８ａからの四角形状の光束Ｌｓｂがピクセル１７の開口部に出射され、液晶１８によって（偏光フィルタ１６ａや偏光フィルタ１６ｂも含む）各カラーに対して電気信号を透過や遮光等の光信号に変換され、透過された各カラーに対しての光はカラーフィルタ（赤色）１７Ｒ、カラーフィルタ（緑色）１７Ｇ、カラーフィルタ（青色）１７Ｂの各カラーフィルタを透過して、液晶表示装置１２の液晶パネルから赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を出射し、全体の画像を構成する。

また、図８は図７でのカラーフィルタ（赤色）１７Ｒ、カラーフィルタ（緑色）１７Ｇ、カラーフィルタ（青色）１７Ｂなどのカラーフィルタを使用しないフィールドシーケンシャル液晶表示装置１２を表したものである。

図８に示すように、フィールドシーケンシャル液晶表示装置１２は、下方（導光板２の出射面部６側）から偏光フィルタ１６ａ、ガラス基板１３ａ、電極１４ａ、配向板１５ａ、液晶１８、配向板１５ｂ、電極１４ｂ、ガラス基板１３ｂ、偏光フィルタ１６ｂの順に構成されている。

導光板２の出射面部６上に設けた出射角度特性素子８から各ピクセル１７に対する光の軌跡は、図７での説明と重複するのでここでは省略する。

しかし、フィールドシーケンシャル液晶表示装置１２の場合には、カラーフィルタを用いないで、光源自体が赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の各発光色を順次Ｒ，Ｇ，Ｂ発光させるために１つのピクセルの大きさを三分の一の大きさにすることができる。図８では、図７でのＲＧＢの３つのフィルタ部分をカッコで示した様に図７での１ピクセル分が３ピクセルとなっている。そのために、高精密化、高密度化することができ、より鮮明でフィルタの無い分だけ明るい画像を得ることができる。

このように、反出射面部５の反射素子７と出射面部６の出射角度特性素子８とは常に互いに、対になって設ける。この時、出射面部６の出射角度特性素子８の真下の反出射面部５に反射素子７を設ける。

しかし、液晶表示装置１２の各ピクセル１７に対応（位置および形状）させて出射角度特性素子８を設けるが、反出射面部５の反射素子７は必ずしも出射角度特性素子８との位置や大きさおよび形状を合わせなくとも反射素子７の反射面１７ｂの傾斜角のコントロールによって目的とする出射角度特性素子８（極角と方位角とを変化）に向けて反射し、出射角度特性素子８から垂直方向（極角と方位角とが０°）に出射させる。

また、微小に出射角度特性素子８とピクセル１７の開口部とがズレを持つ時には、出射角度特性素子８の屈折面１８ｂの傾斜度をコントロールし出射角度特性素子８からの出射光をピクセル１７に放射させる。

光源９は、一体化された赤色発光（Ｒ）、緑色発光（Ｇ）、青色発光（Ｂ）から成る半導体発光素子、これら半導体発光素子の単色発光半導体発光素子、単色発光半導体発光素子をアレー状にしたもの、Ｒ，Ｇ，Ｂの三原光をアレー状にしたもの、青色発光半導体発光素子と蛍光材とを用いた擬似白色半導体発光素子等で構成することができる。また、光源９としては、ＣＣＦＬ（冷陰極蛍光放電管）やＨＣＦＬ（熱陰極蛍光放電管）の他、ＥＥＦＬ（外部陰極蛍光放電管）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）、ＯＥＬ（有機ＥＬ）、ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎｅ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）利用等の光源を用いることができる。

リフレクタ１０は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや熱可塑性樹脂のシートにアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物やシート状金属からなり、導光板２の入射端面部３の近傍に設けた光源９を包囲する。

また、リフレクタ１０は、反射面を凹凸形状またはプリズム形状を成し、リフレクタ１０での反射光を散乱光にして、光源９の電極付近での輝度低下部分を補正するようにして均一な反射光にする。

ケース１１は、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入した物や熱可塑性樹脂にアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物からなる。ケース１１は、図示の例では、導光板２や導光板２ｂを収納する構成であるが、基本的には光源９の発光面や入射端面部３および出射面部６以外を覆い、光源９や出射面部６に出射した以外の漏れ光等の光を反射などし、再び導光板２，２ｂに入射させる。

尚、本例のケース１１に代えて、導光板２，２ｂの裏面側に反射体を設け、光源９や出射面部６に出射した以外の漏れ光等の光を反射して再度導光板２，２ｂに入射させる構成とすることもできる。また、導光板２，２ｂの裏面側に反射体を配置してケース１１内に設けることもできる。

このように、平面照明装置１および平面照明装置１ｂおよび平面照明装置１ｃは、導光板２や導光板２ｂの反出射面部５に入射光を出射面部６方向に全反射する三角柱凹形状７ａ、台形柱凹形状７ｂ、三角錐凹形状７ｃ、四角錐凹形状７ｄ、円錐凹形状７ｅ等の反射素子７と、この反射素子７からの反射光を常に受ける様に反射素子７と常に対になるように、出射面部６に反射素子７からの反射光を屈折し外部に出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射する三角錐凸形状８ｂ、四角錐凸形状８ａ、円錐凸形状８ｃ等の出射角度特性素子８を設けて、反射素子７からの反射光が出射角度特性素子８に達し、この反射光を確実に出射角度特性素子８によって屈折し、出射面部６から出射面部６に対して略直角な平行光または絞った光を出射するため、高輝度の鋭い出射光を得ることができるとともに輝度斑の無い均一な出射光を得ることができる導光板および平面照明装置を提供するものである。

さらに、平面照明装置１などの上方に液晶表示装置１２を設けて、平面照明装置１などの各出射角度特性素子８と液晶表示装置１２の各ピクセルとを対応させて、平面照明装置１の出射角度特性素子８からの略垂直な出射光がピクセル１７に一致するので、ピクセル１７の開口面積を大きくせずに液晶パネル１２に必要とする光量を得ることができる液晶表示装置１２を提供するものである。

小型なモバイル製品のバックライトから大型のバックライトまであらゆる大きさに適し、平面照明装置からの最終出射光の光が高輝度で鋭く、輝度斑の無い均一な光のため、野外やカーナビ等のモバイル液晶装置から大型の液晶テレビ等、幅広く利用することができる導光板および平面照明装置ならびに液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係る平面照明装置の略斜視図である。 本発明に係る平面照明装置の略斜視図である。 本発明に係る平面照明装置の略斜視図である。 （ａ）〜（ｅ） 本発明に係る導光板の反出射面側に設けた反射素子の略拡大図である。 （ａ）〜（ｃ） 本発明に係る導光板の出射面側に設けた出射角度特性素子の略拡大図である。 本発明に係る導光板の立体的な光の軌跡図である。 本発明に係る平面照明装置と液晶パネルとの略拡大図である。 本発明に係る平面照明装置と液晶パネルとの略拡大図である。

符号の説明

１，１ｂ，１ｃ 平面照明装置
２，２ｂ 導光板
３ 入射端面部
４ 側面部
５ 反出射面部
６ 出射面部
７ 反射素子
７ａ 三角柱凹形状
７ｂ 台形柱凹形状
７ｃ 三角錐凹形状
７ｄ 四角錐凹形状
７ｅ 円錐凹形状
８ 出射角度特性素子
８ａ 四角錐凸形状
８ｂ 三角錐凸形状
８ｃ 円錐凸形状
９ 光源
１０ リフレクタ
１１ ケース
１２ 液晶表示装置、液晶パネル
１３ａ，１３ｂ ガラス基板
１４ａ，１４ｂ 電極
１５ａ，１５ｂ 配向板
１６ａ，１６ｂ 偏光フィルタ
１７ ピクセル
１７Ｒ カラーフィルタ（赤色）
１７Ｇ カラーフィルタ（緑色）
１７Ｂ カラーフィルタ（青色）
１８ 液晶
γ 屈折角
ｎ 屈折率
α 臨界角
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｏ１，Ｌｏ２，Ｌｏ３ 光線
Ｌｓｂ 光の面状束

Claims (5)

1. 光源からの光を導く入射端面部と、前記入射端面部からの入射光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら前記出射面部と前記反出射面部とに交わる側面部とを有する導光板において、
   少なくとも１つの隣り合う前記側面部の端部または少なくとも１つの前記側面部を前記入射端面部とし、前記入射光を前記出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を前記反出射面部に設けるとともに、前記反射素子からの反射光を屈折し外部に前記出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に前記反射素子と対になるように前記出射面部に設けることを特徴とする導光板。
2. 前記反射素子は、少なくとも１つの前記反射面を有し、三角柱凹形状、台形柱凹形状、三角錐凹形状、四角錐凹形状、円錐凹形状の何れかから成り、
   前記出射角度特性素子は、複数の前記屈折面を有し、三角錐凸形状、四角錐凸形状、円錐凸形状の何れかから成ることを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 前記反射素子および前記出射角度特性素子は、前記入射端面部に対して平行または円弧状に設けることを特徴とする請求項１または２記載の導光板。
4. 光源と、
   前記光源からの光を導く入射端面部と、前記入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら前記出射面部と前記反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う前記側面部の端部または少なくとも１つの前記側面部を前記入射端面部として、前記入射光を前記出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を前記反出射面部に設けるとともに、前記反射素子からの反射光を屈折し外部に前記出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に前記反射素子と対になるように前記出射面部に設けた導光板とを少なくとも具備したことを特徴とする平面照明装置。
5. 光源と、
   前記光源からの光を導く入射端面部と、前記入射端面部からの光を出射する出射面部と、当該出射面部の反対側に位置する反出射面部と、これら前記出射面部と前記反出射面部とに交わる側面部とを有し、少なくとも１つの隣り合う前記側面部の端部または少なくとも１つの前記側面部を前記入射端面部として、前記入射光を前記出射面部方向に略直角に全反射するように前記入射端面部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の反射面からなる凹形状の反射素子を前記反出射面部に設けるとともに、前記反射素子からの反射光を屈折し外部に前記出射面部に対して略直角な平行光または絞って出射するように前記出射面部から外部方向に傾斜面部を有した平面または曲面の屈折面からなる凸形状の出射角度特性素子を常に前記反射素子と対になるように前記出射面部に設けた導光板と、
   前記導光板の上方に備えるＴＦＴ等によって制御される液晶パネルとを少なくとも具備し、
   前記導光板の前記出射角度特性素子と前記液晶パネルのピクセルとが略対になるように配置し、前記出射角度特性素子からの出射光が前記ピクセルに一致することを特徴とする液晶表示装置。

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