JP4252223B2 - 導光板および平面照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射端面部から導入した光をこの入射端面部と交差する光出射面部から出射させるための導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置に関し、特に光出射面部から出射する光の拡散状態を良好に制御し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶ディスプレイのバックライト光源などに用いられる平面照明装置は、光源である冷陰極管（ＦＣＬ）やＬＥＤアレイなどからの照明光を透明な導光板の側端面である入射端面部に導き、導光板内での光の全反射などを利用して導光板の表面となる光出射面部全域からほぼ均一に出射させるようにしたものである。
【０００３】
このような従来の導光板および平面照明装置は、光出射面部からの出射光の光量を均一にするため、液晶表示装置の大きさなどに関係なく、光出射面部やその反対側の裏面部にランダムに設けられる微小な凹部や凸部などの光制御要素の分布状態を光入射端面部から遠ざかるに従って増大させるようにしている。また、これら光制御要素の大きさを部分的に変えて出射光の輝度分布を平面照明装置としての要求に応じて調整しようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光板および平面照明装置は、液晶表示装置の大きさに関係なく、光出射面部やその反対側の裏面部にランダムに設けられる微小な凹部や凸部などの光制御要素の分布状態を光入射端面部から遠ざかるに従って増大させ、光出射面部からの出射光の光量を均一にしているだけのため、平面照明装置としての要求に応じて出射光の強度や指向特性、例えば特定方向における出射光の輝度分布を任意に調整することが困難である。
【０００５】
光制御要素の大きさを部分的に変えて出射光の輝度分布を調整する方法では、光制御要素の寸法形状などが無段階ではなく、段階的に変えられているために輝度の変化も段階的となり、輝度むらなどが生じて最終的な見栄えの低下につながる欠点があった。また、この方法においても光出射面部からの出射光の指向特性、つまり光の拡散状態を自由に調整することが困難である。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、光出射面部の任意の位置から出射する出射光の強度および指向特性を容易に制御し得る導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、照明光が導入される入射端面部と、この入射端面部と交差し且つ当該入射端面部から導入された照明光を出射する光出射面部と、この光出射面部の反対側に位置する平坦な裏面部と、この裏面部から突出すると共に前記入射端面部に沿って配列する複数の光偏向要素とを具え、個々の前記光偏向要素は、前記入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有し、この稜線の前記裏面部からの高さが前記入射端面部側ほど漸増または漸減していることを特徴とする導光板にある。
本発明の第２の形態は、第１の照明光が導入される第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部と、これら第１および第２の入射端面部と交差し且つ当該第１および第２の入射端面部から導入された第１および第２の照明光を出射する光出射面部と、この光出射面部の反対側に位置する裏面部とを具え、この裏面部は、前記第１および第２の入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記第１および第２の入射端面部と略垂直な方向に延在して前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部まで延在する複数の光偏向要素にて形成され、これら複数の光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記第１の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第２の組とが前記第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列していることを特徴とする導光板にある。
【０００８】
本発明の第１の形態においては、入射端面部から導光板内に入射した照明光は、全反射を繰り返しながらその反対側に位置する端面部に向けて導光板内を進行する。その一部は、裏面部から突出する光偏向要素によりこれらの配列方向に沿った拡散が抑制され、他の一部は全反射条件が破られて光出射面部から導光板の外に出射する。ここで、裏面部からの稜線の高さが入射端面部側ほど漸増している光偏向要素の場合、入射端面部側に近い光出射面部ほど拡散角が狭く指向性の強い光が出射し、逆に入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど拡散角が広く指向性の弱い光が出射する。光量自体は、入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど強くなる傾向を持つ。
【０００９】
本発明の第３の形態は、照明光が導入される入射端面部，この入射端面部と交差し且つ当該入射端面部から導入された照明光を出射する光出射面部，およびこの光出射面部の反対側に位置する平坦な裏面部を有する導光板と、この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、前記導光板の前記入射端面部および前記光出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、前記導光板は、前記裏面部から突出すると共に前記入射端面部に沿って配列する複数の光偏向要素をさらに具え、これら個々の光偏向要素は、前記入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有し、この稜線の前記裏面部からの高さが前記入射端面部側ほど漸増または漸減していることを特徴とするものである。
本発明の第４の形態は、第１の照明光が導入される第１の入射端面部，この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部，これら第１および第２の入射端面部と交差し且つ当該第１および第２の入射端面部から導入された第１および第２の照明光を出射する光出射面部，およびこの光出射面部の反対側に位置する裏面部を有する導光板と、この導光板の第１および第２の入射端面部に向けて第１および第２の照明光をそれぞれ投射する第１および第２の光源と、前記導光板の第１および第２の入射端面部および前記光出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、前記導光板の裏面部は、前記第１および第２の入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記第１および第２の入射端面部と略垂直な方向に延在して前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部まで延在する複数の光偏向要素にて形成され、これら複数の光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記第１の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第２の組とが前記第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第３の形態においては、光源から出射される照明光は、導光板の入射端面部から導光板内に入り、全反射を繰り返しながらその反対側に位置する端面部に向けて導光板内を進行する。その一部は、裏面部から突出する光偏向要素によりこれらの配列方向に沿った拡散が抑制され、他の一部は全反射条件が破られて裏面部および光出射面部から導光板の外にそれぞれ出射する。裏面部から導光板の外に出射した光は、光反射シートにより再び裏面部から導光板内に入射するが、光偏向要素によってこれらの配列方向に沿った拡散が抑制された状態となり、最終的にすべての光が光出射面部から出射する。ここで、裏面部からの稜線の高さが入射端面部側ほど漸増している光偏向要素の場合、入射端面部側に近い光出射面部ほど拡散角が狭く指向性の強い光が出射し、逆に入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど拡散角が広く指向性の弱い光が出射する。光量自体は、入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど強くなる傾向を持つ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による導光板において、個々の光偏向要素を入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する端面部まで延在させるようにしてもよい。
【００１２】
また、この導光板の入射端面部が第１の照明光が導入される第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部とを有するものであってよい。この場合、個々の光偏向要素を第１の入射端面部から第２の入射端面部まで延在させたり、第１および第２の入射端面部から裏面部の中央部分までそれぞれ延在させるようにしてもよい。
【００１４】
個々の光偏向要素を第１および第２の入射端面部から裏面部の中央部分までそれぞれ延在させた場合、第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第２の組とで光偏向要素を構成し、これらを一直線状に並べた状態で第１および第２の入射端面部に沿って配列してもよい。あるいは、第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第２の組とで光偏向要素を構成し、これらを一直線状に並べた状態で第１および第２の入射端面部に沿って配列してもよい。
【００１５】
本発明の第１および第２の形態による導光板において、光出射面部からの光の出射状態を制御するための多数の光制御要素を光出射面部に設けるようにしてもよい。この場合、光制御要素は、光出射面部に対して所定の分布を有するものであることが好ましく、球状，柱状または錐状をなし、円形，楕円形または多角形状を有するものであってよい。
【００１６】
光偏向要素の稜線が直線状であっても曲線状であってもよい。曲線状の場合、凸状および凹状の何れであってもよい。
【００１７】
本発明の第３の形態による平面照明装置において、光源が第１の光源および第２の光源を有し、導光板の入射端面部が第１の光源からの照明光を導入する第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の光源からの照明光を導入する第２の入射端面部とを有するものであってよい。
【００１８】
【実施例】
本発明による平面照明装置の実施例について、図１〜図１３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１９】
本発明の一実施例による平面照明装置の分解状態の外観を図１に示し、その側面形状を図２に示し、そのIII−III矢視断面構造を図３に示し、この導光板の裏面部を図４に示し、本実施例における１つの光偏向要素の概略形状を図５に抽出拡大して示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす透明な導光板１２と、この導光板１２の相対向する一対の入射端面部１３ａ，１３ｂ（以下、これらを一括して１３として記述する場合がある）に沿って配置される一対の光源１４ａ，１４ｂ（以下、これらを一括して１４として記述する場合がある）と、導光板１２の入射端面部１３および光出射面部１５以外の部分を覆う光反射シート１６とを有する。また、冷陰極管や複数のＬＥＤあるいは半導体レーザーにてそれぞれ構成される一対の光源１４は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１７でそれぞれ囲まれており、これら光源１４からの光は、リフレクタ１７からの反射光と共に導光板１２の入射端面部１３から導光板１２内にそれぞれ入射するようになっている。
【００２０】
光反射シート１６は、導光板１２の一対の側端面部１８と裏面部とを覆い、これらから導光板１２の外側に出射する光を再び導光板１２内に反射させて導光板１２の光出射面部１５から出射させるためのものであり、非導電性のフィルムなどにアルミニウムなどの金属蒸着したものや金属フィルムを貼付したもの、あるいはチタン酸バリウムなどを混入またはコートした樹脂などを使用することができ、さらにこれらフィルムや樹脂の表面に微細な凸凹加工を施すことが好ましい。
【００２１】
リフレクタ１７は、白色の絶縁性材料やアルミニウムなどの金属を蒸着したシート状のものからなり、導光板１２の入射端面部１３と光源１４とをそれぞれ包囲している。
【００２２】
本実施例における導光板１２は、屈折率ｎが１.４９の透明なアクリル樹脂（ ＰＭＭＡ）にて形成され、一対の光源１４からの光をそれぞれ導入するための一対の入射端面部１３ａ，１３ｂと、相互に反対側に位置するこれら入射端面部１３の幅方向両側端に接続する一対の側端面部１８と、これら入射端面部１３および側端面部１８で囲まれて入射端面部１３からそれぞれ入射した光を出射させるための光出射面部１５およびその反対側の裏面部とを有する。この裏面部には、一方の入射端面部１３ａから他方の入射端面部１３ｂに亙って延在する２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂ（以下、これらを一括して１９として記載する場合がある）が突設され、これらは入射端面部１３に沿って交互に配列した状態となっている。個々の光偏向要素１９は、入射端面部１３と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線２０が入射端面部１３と略垂直な方向に延在すると共にこの稜線２０の裏面部からの高さが当該稜線２０に沿って漸増（漸減）した一対の斜面２１と、入射端面部１３から延在する二等辺三角形状の端面２２とを持つ三角錐状をなしている。一方の組の個々の光偏向要素１９ａは、一方の入射端面部１３ａから他方の入射端面部１３ｂに亙って稜線２０の高さが漸減し、他方の組の個々の光偏向要素１９ｂは、他方の入射端面部１３ｂから一方の入射端面部１３ａに亙って稜線２０の高さが漸減し、裏面部全域にこれら２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが交互に配設された状態となっている。
【００２３】
１つの光偏向要素１９の外観を図５に示す。図中の斜線は、裏面部に対して一体的に接合される部分であり、この斜線領域および端面２２から光偏向要素１９ａ内に入射する光は、入射端面部１３ａに垂直な軸線に対して０°〜４２°の範囲の任意の方向の屈折角を有し、斜面２１に対して全反射を繰り返しながらその頂部２３側、すなわち他方の入射端面部１３ｂ側へと伝播して行く。この場合、光偏向要素１９ａを構成する一対の斜面２１が相互に傾斜していると共に裏面部（光出射面部１５）に対しても傾斜しているため、全反射条件が崩れてこれら光線の一部が斜面２１から導光板１２の外に出射する。これら斜面２１からの出射光量を少なくするためには、入射端面部１３と平行な断面における光偏向要素１９の一対の斜面２１の頂角αを以下のように設定することが望ましい。
【００２４】
すなわち、本実施例における光偏向要素１９を模式的に図６に示し、これは点Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆを結ぶ線分で表される。一対の斜面２１は、点Ａ,Ｂ,Ｄ,Ｅを結ぶ線分および点Ａ,Ｃ,Ｄ,Ｆを結ぶ線分で表される。この光偏向要素１９の点Ａに対する入射光の入射領域をＡ,Ｅ,Ｆで結ばれた面で表し、線分ＥＦの中点をＧとした場合、∠ＤＡＧで表される入射角γの最大値、つまり全反射臨界角は上述したＰＭＭＡの場合、およそ４２°である。∠ＥＡＦで表される入射角範囲βと、∠ＢＡＣで表される光偏向要素１９の頂角αとの関係は、
tan(β/２)＝(α/２)／(線分ＡＧ) ・・・（１）である。ここで、線分ＤＧの高さをｈで表記すると、線分ＡＧ＝ｈ／sinγなる 関係があるので、これを(１)式に代入することにより、(１)式を以下のように変形することができる。
β＝２tan-1(αsinγ/２ｈ）
＝２tan-1{tan(α/２)・sinγ} ・・・（２）
【００２５】
一方、β／２の値は、全反射臨界角である４２°よりも小さいので、計算を容易にするため、β≒９０と見なしてこれをγ＝４２と共に上記(２)式に代入することにより、光偏向要素１９の頂角αがおよそ１１２°になることが理解されよう。つまり、光偏向要素１９の頂角αを１１２°以上に設定することにより、斜面２１から導光板１２の外側に出射する光を可能な限り少なくすることができる。
【００２６】
何れにしろ、光偏向要素１９の端面２２側ほど光の漏洩が少なく、これと反対側の頂部２３側ほど光の漏洩が多くなるが、これは光偏向要素１９の稜線２０に沿った光の進行方向に拘らず、常に同じ傾向を持つ。すなわち、一方の光偏向要素１３ａの頂部２３側から端面２２側に向けて他方の光源１４ｂから入射する光に関しても、光偏向要素１９の頂部２３側ほど光の漏洩が多く、これと反対側の端面２２側ほど光の漏洩が少なくなる。この結果、光偏向要素１９の端面２２側の直上に位置する光出射面部１５から出射する光ほど指向性が強く、つまり光の拡散角が狭く、小光量となる傾向を持つのに対し、光偏向要素１９の頂部２３側の直上に位置する光出射面部１５から出射する光ほど指向性が弱く、つまり光の拡散角が広く、大光量となる傾向を持つ。
【００２７】
しかしながら、本実施例では２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂを交互に逆向きに配置しているため、光出射面部１５からの出射光の光量はこれら光偏向要素１９の稜線２０に沿ってほぼ均一となり、光偏向要素１９の稜線２０に沿った導光板１２の裏面部の中央を境として、一方の光入射端面部１３ａ側と他方の光入射端面部１３ｂ側とで対称な配光特性が得られる。しかも、光偏向要素１９を構成する一対の斜面２１による光の集光効果により、導光板１２の一対の側端面部１８が向かい合う方向に沿った出射光の拡散が同時に抑制され、その拡散角が狭められる傾向を持つ。
【００２８】
上述した実施例では、光偏向要素１９の稜線２０の裏面部からの高さを直線状に変化させるようにしたが、必要に応じて曲線状に変化させるようにしてもよく、この場合には裏面部に対して凸状および凹状の何れであってもよい。凸状に変化させた場合、出射光の指向特性を光偏向要素１９の頂部２３側で急変させることができ、逆に凹状に変化させた場合には光偏向要素１９の端面２２側で急変させることができる。このように、裏面部からの光偏向要素２９の稜線２０の高さの変化を調整することにより、導光板１２の寸法や使用目的などに応じて光出射面部１５から出射する光の拡散角の調整範囲をある程度拡げることができる。また、本実施例では導光板１２としてアクリル樹脂を採用したが、光学的に透明な他の材料、例えば屈折率が１.５０のポリカーボネート（ＰＣ）などを採用することも 当然可能である。
【００２９】
上述した実施例では、個々の光偏向要素１９の稜線２０を導光板１２の一方の入射端面部１３ａから他方の入射端面部１３ｂに亙って延在させると共にこれらを交互に配列して平坦な裏面部が形成されないようにしたが、２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂを各入射端面部１３ａ，１３ｂから裏面部の中央部分までそれぞれ延在させ、各組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが一直線状に並ぶように配置して導光板１２の裏面部に平坦な領域が形成されるようにしてもよい。
【００３０】
このような本発明による導光板の他の実施例の外観を図７に示し、その平面形状を図８に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂは、各入射端面部１３ａ，１３ｂから裏面部２４の中央部分までそれぞれ延在させ、各組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが一直線状に並ぶように配置されており、一方の組の光偏向要素１９ａは、一方の入射端面部１３ａから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸減し、他方の組の光偏向要素１９ｂは、他方の入射端面部１３ｂから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸減し、これらの頂部２３が相互に当接した状態となっている。このため、導光板１２の裏面部２４には光出射面部１５と平行な平坦領域が形成される。
【００３１】
本実施例によると、光出射面部１５から出射する光は、その中央部において拡散角が広く、大光量となるのに対し、光入射端面部１３側ほど光の拡散角が狭く、小光量となる傾向を持つ。従って、本実施例の導光板１２は特に大画面での液晶モニタのバックライト光源として適しており、このような入射端面部１３における出射光の光拡散角、つまり視野角が大きい傾向を持つ場合、光強度分布が広がっているために入射端面部１３近傍における輝線の発生現象を抑制する効果もある。
【００３２】
上述した実施例では、各光偏向要素１９の端面２２が各入射端面部１３から延在するように、２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂを導光板１２の裏面部２４に配置したが、各光偏向要素１９の端面２２が導光板１２の裏面部２４の中央部分で一体的に接合すると共にこれらの頂部２３が各入射端面部１３に位置するように２組の光偏向要素１９を裏面部２４に配置することも可能である。
【００３３】
このような本発明による導光板の他の実施例の外観を図９に示し、その平面形状を図１０に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂも先の実施例と同様に、各入射端面部１３ａ，１３ｂから裏面部２４の中央部分までそれぞれ延在し、各組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが一直線状に並ぶように配置されているが、一方の組の光偏向要素１９ａは、一方の入射端面部１３ａから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸増し、他方の組の光偏向要素１９ｂは、他方の入射端面部１３ｂから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸増し、これらの端面が相互に突き合わされた状態となっている。
【００３４】
本実施例によると、光出射面部１５から出射する光は、その中央部において光の拡散角が狭く、小光量となるのに対し、光入射端面部１３側ほど拡散角が広く、大光量となる傾向を持つ。従って、本実施例の導光板１２は特に大画面の液晶モニタにおいて、左右で画面の異なる２つの情報を同時に出力し、左右の観測者が異なる情報を得るような場合に有効である。
【００３５】
上述した各実施例では、一対の光源１４を用いることを前提としているが、光源１４を一つのみ設けることも可能であり、このような本発明による平面照明装置の他の実施例の分解構造を図１１に示し、この導光板の光出射面部を図１２に示し、そのXIII−XIII矢視断面構造を図１３に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす透明な導光板１２と、この導光板１２の入射端面部１３に沿って配置される光源１４と、導光板１２の入射端面部１３および光出射面部１５以外の部分を覆う光反射シート１６とを有し、光源１４は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１７で囲まれている。
【００３６】
本実施例における導光板１２は、光源１４からの光をそれぞれ導入するための入射端面部１３と、この入射端面部１３およびこれと反対側に位置する反射端面部２５の幅方向両側端に接続する一対の側端面部１８と、これら入射端面部１３，側端面部１８および反射端面部２５で囲まれて入射端面部１３から入射した光を出射させるための光出射面部１５およびその反対側の裏面部２４とを有する。この裏面部２４には、入射端面部１３から反射端面部２５に亙って延在する複数の光偏向要素１９が突設され、これらは入射端面部１３に沿って配列した状態となっている。本実施例における光偏向要素１９は、入射端面部１３から反射端面部２５に亙って稜線２０の高さが漸減した一対の斜面２１と、入射端面部１３から延在する二等辺三角形状の端面２２とを持つ三角錐状をなしている。
【００３７】
このように、本実施例では入射端面部１３から反射端面部２５に亙って稜線２０の高さが漸減するように、光偏向要素１９を裏面部２４に配置したが、逆に入射端面部１３から反射端面部２５に亙って稜線２０の高さが漸増するように、光偏向要素１９を裏面部２４に配置することも可能である。
【００３８】
導光板１２の光出射面部１５の側端面部１８および反射端面部２５に近接する領域には、多数の光制御要素２６がランダムに配されており、本実施例における個々の光制御要素２６は、曲率半径が５０μmの半球状をなす凸面にて形成され、光出射面部１５からの突出高さは１μmに設定されている。光出射面部１５における個々の光制御要素２６の面積は、７×１０-8cm2以上であることが必要であり、これよりも光制御要素２６の面積が小さくなると、光出射面部１５が梨地加工のような状態となって光制御要素２６による乱反射が大きくなり、光出射面部１５から指向性の強い高輝度の光を出射させることが困難となる。
【００３９】
ところで、光制御要素２６の曲率半径を例えば２５μmに設定した場合、その面積を７×１０-8cm2以上とするためには光出射面部１５からの突出高さをおよそ２μmにする必要がある。しかしながら、光出射面部１５に対する光制御要素２６の突出高さが２μmを超えると、光出射面部１５に対する光制御部 ２１の傾斜が大きくなってしまい、ここから出射する光の拡散角が小さくなる傾向を持つので、光出射面部１５からの光制御要素２６の突出高さは２μm以下であることが好ましい。
【００４０】
これら光制御要素２６は、入射端面部１３に対して反射端面部１８側ほど高密度に配され、かつ光出射面部１５の中央部分に対して側端面部１８および反射端面部１８側ほど高密度に配されている。このような光制御要素２６の分布を光出射面部１５に持たせることにより、出射光量が相対的に少なくなる傾向にあるこれらの領域における出射光量を増大させ、光出射面部１５の全域に亙って均一な光量の出射光を出射させることができる。
【００４１】
同様な観点から、ＦＣＬを用いた光源１４の長手方向両端部においては、その光量が長手方向中央部よりも低下するのが一般的であるから、入射端面部１３の長手方向両端部に近接する光出射面部１５にも光制御要素２６をランダムに形成することも有効である。また、上述した実施例では光制御要素２６を導光板１２の光出射面部１５から突出させるようにしたが、半球状の凹面あるいは柱状または錐状をなし、円形，楕円形または多角形状を有して光出射面部１５に形成することも可能であり、さらに、光偏向要素１９が形成されていない裏面部１９の平坦領域に光制御要素２６を形成するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の第１の形態の導光板によると、平坦な裏面部から突出して入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有すると共に裏面部からの稜線の高さが入射端面部側ほど漸増または漸減する複数の光偏向要素を入射端面部に沿って配列したので、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿って出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００４３】
個々の光偏向要素を入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する端面部まで延在させた場合には、光偏向要素の稜線に沿って導光板の入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する端面部に亙り、出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００４４】
入射端面部が第１の照明光を導入する第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光を導入する第２の入射端面部とを有する場合、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【００４５】
個々の光偏向要素を第１の入射端面部から第２の入射端面部まで延在させた場合には、導光板の第１の入射端面部から第２の入射端面部に亙って出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００４６】
本発明の第２の形態の導光板によると、裏面部を構成する光偏向要素を第１の入射端面部から第２の入射端面部に亙って光出射面部からの稜線の高さが漸減する第１の組と、第２の入射端面部から第１の入射端面部に亙って光出射面部からの稜線の高さが漸減する第２の組とで構成し、これらを第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列したので、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【００４７】
本発明の第１の形態の導光板において、光偏向要素を第１および第２の入射端面部から裏面部の中央部分までそれぞれ延在させた場合には、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【００４８】
光偏向要素を第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第２の組とで構成し、これらを一直線状に並んだ状態で第１および第２の入射端面部に沿って配列した場合には、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央側ほど指向性が弱く、第１および第２の入射端面部側ほど指向性が強い出射光を光出射面部から出射させることができる。
【００４９】
光偏向要素を第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第２の組とで構成し、これらを一直線状に並んだ状態で第１および第２の入射面部に沿って配列した場合には、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央側ほど指向性が強く、第１および第２の入射端面部側ほど指向性が弱い出射光を光出射面部から出射させることができる。
【００５０】
光出射面部からの光の出射状態を制御するための多数の光制御要素を光出射面部に配した場合には、光出射面部から出射する光の指向特性をより微妙に制御することができる。
【００５１】
光制御要素を光出射面部に対して所定の分布を持たせた場合には、光出射面部から出射する光の指向特性を均一に設定することができる。
【００５２】
本発明の第３の形態の平面照明装置によると、入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が入射端面部と略垂直な方向に延在して入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有すると共にこの稜線の裏面部からの高さが入射端面部側ほど漸増または漸減する複数の光偏向要素を平坦な導光板の裏面部から突出させ、これら光偏向要素を入射端面部に沿って配列したので、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿って出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００５３】
光源が第１の光源および第２の光源を有し、導光板の入射端面部が第１の光源からの照明光を導入する第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の光源からの照明光を導入する第２の入射端面部とをさらに有する場合、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の分解斜視図である。
【図２】図１に示した実施例の側面図である。
【図３】図２中のIII−III矢視断面図である。
【図４】図１に示した実施例における導光板を裏面部側から見た正面図である。
【図５】図１に示した実施例における一方の組の１つの光偏向要素の抽出拡大斜視図である。
【図６】図１に示した実施例における光偏向要素に対する光の伝播状態を幾何的に表す模式図である。
【図７】本発明による導光板の他の実施例の外観を表す斜視図である。
【図８】図７に示した導光板を裏面部側から見た正面図である。
【図９】本発明による導光板の別な実施例の外観を表す斜視図である。
【図１０】図９に示した導光板を裏面部側から見た正面図である。
【図１１】本発明による平面照明装置の他の実施例の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示した実施例における導光板を光出射面部から見た正面図である。
【図１３】図１２中のXIII−XIII矢視断面図である。
【符号の説明】
１１ 平面照明装置
１２ 導光板
１３，１３ａ，１３ｂ 入射端面部
１４，１４ａ，１４ｂ 光源
１５ 光出射面部
１６ 光反射シート
１７ リフレクタ
１８ 側端面部
１９，１９ａ，１９ｂ 光偏向要素
２０ 稜線
２１ 斜面
２２ 端面
２３ 頂部
２４ 裏面部
２５ 反射端面部
２６ 光制御要素
α 光偏向要素を構成する一対の斜面の頂角
β 入射角の範囲
γ 光の入射角
ｈ 裏面部からの稜線の高さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射端面部から導入した光をこの入射端面部と交差する光出射面部から出射させるための導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置に関し、特に光出射面部から出射する光の拡散状態を良好に制御し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型液晶ディスプレイのバックライト光源などに用いられる平面照明装置は、光源である冷陰極管（ＦＣＬ）やＬＥＤアレイなどからの照明光を透明な導光板の側端面である入射端面部に導き、導光板内での光の全反射などを利用して導光板の表面となる光出射面部全域からほぼ均一に出射させるようにしたものである。
【０００３】
このような従来の導光板および平面照明装置は、光出射面部からの出射光の光量を均一にするため、液晶表示装置の大きさなどに関係なく、光出射面部やその反対側の裏面部にランダムに設けられる微小な凹部や凸部などの光制御要素の分布状態を光入射端面部から遠ざかるに従って増大させるようにしている。また、これら光制御要素の大きさを部分的に変えて出射光の輝度分布を平面照明装置としての要求に応じて調整しようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の導光板および平面照明装置は、液晶表示装置の大きさに関係なく、光出射面部やその反対側の裏面部にランダムに設けられる微小な凹部や凸部などの光制御要素の分布状態を光入射端面部から遠ざかるに従って増大させ、光出射面部からの出射光の光量を均一にしているだけのため、平面照明装置としての要求に応じて出射光の強度や指向特性、例えば特定方向における出射光の輝度分布を任意に調整することが困難である。
【０００５】
光制御要素の大きさを部分的に変えて出射光の輝度分布を調整する方法では、光制御要素の寸法形状などが無段階ではなく、段階的に変えられているために輝度の変化も段階的となり、輝度むらなどが生じて最終的な見栄えの低下につながる欠点があった。また、この方法においても光出射面部からの出射光の指向特性、つまり光の拡散状態を自由に調整することが困難である。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、光出射面部の任意の位置から出射する出射光の強度および指向特性を容易に制御し得る導光板およびこの導光板を用いた平面照明装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、照明光が導入される入射端面部と、この入射端面部と交差し且つ当該入射端面部から導入された照明光を出射する光出射面部と、この光出射面部の反対側に位置する平坦な裏面部と、この裏面部から突出すると共に前記入射端面部に沿って配列する複数の光偏向要素とを具え、個々の前記光偏向要素は、前記入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有し、この稜線の前記裏面部からの高さが前記入射端面部側ほど漸増または漸減していることを特徴とする導光板にある。
本発明の第２の形態は、第１の照明光が導入される第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部と、これら第１および第２の入射端面部と交差し且つ当該第１および第２の入射端面部から導入された第１および第２の照明光を出射する光出射面部と、この光出射面部の反対側に位置する裏面部とを具え、この裏面部は、前記第１および第２の入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記第１および第２の入射端面部と略垂直な方向に延在して前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部まで延在する複数の光偏向要素にて形成され、これら複数の光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記第１の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第２の組とが前記第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列していることを特徴とする導光板にある。
【０００８】
本発明の第１の形態においては、入射端面部から導光板内に入射した照明光は、全反射を繰り返しながらその反対側に位置する端面部に向けて導光板内を進行する。その一部は、裏面部から突出する光偏向要素によりこれらの配列方向に沿った拡散が抑制され、他の一部は全反射条件が破られて光出射面部から導光板の外に出射する。ここで、裏面部からの稜線の高さが入射端面部側ほど漸増している光偏向要素の場合、入射端面部側に近い光出射面部ほど拡散角が狭く指向性の強い光が出射し、逆に入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど拡散角が広く指向性の弱い光が出射する。光量自体は、入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど強くなる傾向を持つ。
【０００９】
本発明の第３の形態は、照明光が導入される入射端面部，この入射端面部と交差し且つ当該入射端面部から導入された照明光を出射する光出射面部，およびこの光出射面部の反対側に位置する平坦な裏面部を有する導光板と、この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、前記導光板の前記入射端面部および前記光出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、前記導光板は、前記裏面部から突出すると共に前記入射端面部に沿って配列する複数の光偏向要素をさらに具え、これら個々の光偏向要素は、前記入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有し、この稜線の前記裏面部からの高さが前記入射端面部側ほど漸増または漸減していることを特徴とするものである。
本発明の第４の形態は、第１の照明光が導入される第１の入射端面部，この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部，これら第１および第２の入射端面部と交差し且つ当該第１および第２の入射端面部から導入された第１および第２の照明光を出射する光出射面部，およびこの光出射面部の反対側に位置する裏面部を有する導光板と、この導光板の第１および第２の入射端面部に向けて第１および第２の照明光をそれぞれ投射する第１および第２の光源と、前記導光板の第１および第２の入射端面部および前記光出射面部以外の部分を覆う光反射シートとを具えた平面照明装置であって、前記導光板の裏面部は、前記第１および第２の入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記第１および第２の入射端面部と略垂直な方向に延在して前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部まで延在する複数の光偏向要素にて形成され、これら複数の光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記第１の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第２の組とが前記第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列していることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の第３の形態においては、光源から出射される照明光は、導光板の入射端面部から導光板内に入り、全反射を繰り返しながらその反対側に位置する端面部に向けて導光板内を進行する。その一部は、裏面部から突出する光偏向要素によりこれらの配列方向に沿った拡散が抑制され、他の一部は全反射条件が破られて裏面部および光出射面部から導光板の外にそれぞれ出射する。裏面部から導光板の外に出射した光は、光反射シートにより再び裏面部から導光板内に入射するが、光偏向要素によってこれらの配列方向に沿った拡散が抑制された状態となり、最終的にすべての光が光出射面部から出射する。ここで、裏面部からの稜線の高さが入射端面部側ほど漸増している光偏向要素の場合、入射端面部側に近い光出射面部ほど拡散角が狭く指向性の強い光が出射し、逆に入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど拡散角が広く指向性の弱い光が出射する。光量自体は、入射端面部の反対側に位置する端面部側に近い光出射面部側ほど強くなる傾向を持つ。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の形態による導光板において、個々の光偏向要素を入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する端面部まで延在させるようにしてもよい。
【００１２】
また、この導光板の入射端面部が第１の照明光が導入される第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部とを有するものであってよい。この場合、個々の光偏向要素を第１の入射端面部から第２の入射端面部まで延在させたり、第１および第２の入射端面部から裏面部の中央部分までそれぞれ延在させるようにしてもよい。
【００１４】
個々の光偏向要素を第１および第２の入射端面部から裏面部の中央部分までそれぞれ延在させた場合、第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第２の組とで光偏向要素を構成し、これらを一直線状に並べた状態で第１および第２の入射端面部に沿って配列してもよい。あるいは、第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第２の組とで光偏向要素を構成し、これらを一直線状に並べた状態で第１および第２の入射端面部に沿って配列してもよい。
【００１５】
本発明の第１および第２の形態による導光板において、光出射面部からの光の出射状態を制御するための多数の光制御要素を光出射面部に設けるようにしてもよい。この場合、光制御要素は、光出射面部に対して所定の分布を有するものであることが好ましく、球状，柱状または錐状をなし、円形，楕円形または多角形状を有するものであってよい。
【００１６】
光偏向要素の稜線が直線状であっても曲線状であってもよい。曲線状の場合、凸状および凹状の何れであってもよい。
【００１７】
本発明の第３の形態による平面照明装置において、光源が第１の光源および第２の光源を有し、導光板の入射端面部が第１の光源からの照明光を導入する第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の光源からの照明光を導入する第２の入射端面部とを有するものであってよい。
【００１８】
【実施例】
本発明による平面照明装置の実施例について、図１〜図１３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例に限らず、これらをさらに組み合わせたり、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１９】
本発明の一実施例による平面照明装置の分解状態の外観を図１に示し、その側面形状を図２に示し、そのIII−III矢視断面構造を図３に示し、この導光板の裏面部を図４に示し、本実施例における１つの光偏向要素の概略形状を図５に抽出拡大して示す。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす透明な導光板１２と、この導光板１２の相対向する一対の入射端面部１３ａ，１３ｂ（以下、これらを一括して１３として記述する場合がある）に沿って配置される一対の光源１４ａ，１４ｂ（以下、これらを一括して１４として記述する場合がある）と、導光板１２の入射端面部１３および光出射面部１５以外の部分を覆う光反射シート１６とを有する。また、冷陰極管や複数のＬＥＤあるいは半導体レーザーにてそれぞれ構成される一対の光源１４は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１７でそれぞれ囲まれており、これら光源１４からの光は、リフレクタ１７からの反射光と共に導光板１２の入射端面部１３から導光板１２内にそれぞれ入射するようになっている。
【００２０】
光反射シート１６は、導光板１２の一対の側端面部１８と裏面部とを覆い、これらから導光板１２の外側に出射する光を再び導光板１２内に反射させて導光板１２の光出射面部１５から出射させるためのものであり、非導電性のフィルムなどにアルミニウムなどの金属蒸着したものや金属フィルムを貼付したもの、あるいはチタン酸バリウムなどを混入またはコートした樹脂などを使用することができ、さらにこれらフィルムや樹脂の表面に微細な凸凹加工を施すことが好ましい。
【００２１】
リフレクタ１７は、白色の絶縁性材料やアルミニウムなどの金属を蒸着したシート状のものからなり、導光板１２の入射端面部１３と光源１４とをそれぞれ包囲している。
【００２２】
本実施例における導光板１２は、屈折率ｎが１.４９の透明なアクリル樹脂（ ＰＭＭＡ）にて形成され、一対の光源１４からの光をそれぞれ導入するための一対の入射端面部１３ａ，１３ｂと、相互に反対側に位置するこれら入射端面部１３の幅方向両側端に接続する一対の側端面部１８と、これら入射端面部１３および側端面部１８で囲まれて入射端面部１３からそれぞれ入射した光を出射させるための光出射面部１５およびその反対側の裏面部とを有する。この裏面部には、一方の入射端面部１３ａから他方の入射端面部１３ｂに亙って延在する２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂ（以下、これらを一括して１９として記載する場合がある）が突設され、これらは入射端面部１３に沿って交互に配列した状態となっている。個々の光偏向要素１９は、入射端面部１３と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線２０が入射端面部１３と略垂直な方向に延在すると共にこの稜線２０の裏面部からの高さが当該稜線２０に沿って漸増（漸減）した一対の斜面２１と、入射端面部１３から延在する二等辺三角形状の端面２２とを持つ三角錐状をなしている。一方の組の個々の光偏向要素１９ａは、一方の入射端面部１３ａから他方の入射端面部１３ｂに亙って稜線２０の高さが漸減し、他方の組の個々の光偏向要素１９ｂは、他方の入射端面部１３ｂから一方の入射端面部１３ａに亙って稜線２０の高さが漸減し、裏面部全域にこれら２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが交互に配設された状態となっている。
【００２３】
１つの光偏向要素１９の外観を図５に示す。図中の斜線は、裏面部に対して一体的に接合される部分であり、この斜線領域および端面２２から光偏向要素１９ａ内に入射する光は、入射端面部１３ａに垂直な軸線に対して０°〜４２°の範囲の任意の方向の屈折角を有し、斜面２１に対して全反射を繰り返しながらその頂部２３側、すなわち他方の入射端面部１３ｂ側へと伝播して行く。この場合、光偏向要素１９ａを構成する一対の斜面２１が相互に傾斜していると共に裏面部（光出射面部１５）に対しても傾斜しているため、全反射条件が崩れてこれら光線の一部が斜面２１から導光板１２の外に出射する。これら斜面２１からの出射光量を少なくするためには、入射端面部１３と平行な断面における光偏向要素１９の一対の斜面２１の頂角αを以下のように設定することが望ましい。
【００２４】
すなわち、本実施例における光偏向要素１９を模式的に図６に示し、これは点Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ,Ｅ,Ｆを結ぶ線分で表される。一対の斜面２１は、点Ａ,Ｂ,Ｄ,Ｅを結ぶ線分および点Ａ,Ｃ,Ｄ,Ｆを結ぶ線分で表される。この光偏向要素１９の点Ａに対する入射光の入射領域をＡ,Ｅ,Ｆで結ばれた面で表し、線分ＥＦの中点をＧとした場合、∠ＤＡＧで表される入射角γの最大値、つまり全反射臨界角は上述したＰＭＭＡの場合、およそ４２°である。∠ＥＡＦで表される入射角範囲βと、∠ＢＡＣで表される光偏向要素１９の頂角αとの関係は、
tan(β/２)＝(α/２)／(線分ＡＧ) ・・・（１）である。ここで、線分ＤＧの高さをｈで表記すると、線分ＡＧ＝ｈ／sinγなる 関係があるので、これを(１)式に代入することにより、(１)式を以下のように変形することができる。
β＝２tan-1(αsinγ/２ｈ）
＝２tan-1{tan(α/２)・sinγ} ・・・（２）
【００２５】
一方、β／２の値は、全反射臨界角である４２°よりも小さいので、計算を容易にするため、β≒９０と見なしてこれをγ＝４２と共に上記(２)式に代入することにより、光偏向要素１９の頂角αがおよそ１１２°になることが理解されよう。つまり、光偏向要素１９の頂角αを１１２°以上に設定することにより、斜面２１から導光板１２の外側に出射する光を可能な限り少なくすることができる。
【００２６】
何れにしろ、光偏向要素１９の端面２２側ほど光の漏洩が少なく、これと反対側の頂部２３側ほど光の漏洩が多くなるが、これは光偏向要素１９の稜線２０に沿った光の進行方向に拘らず、常に同じ傾向を持つ。すなわち、一方の光偏向要素１３ａの頂部２３側から端面２２側に向けて他方の光源１４ｂから入射する光に関しても、光偏向要素１９の頂部２３側ほど光の漏洩が多く、これと反対側の端面２２側ほど光の漏洩が少なくなる。この結果、光偏向要素１９の端面２２側の直上に位置する光出射面部１５から出射する光ほど指向性が強く、つまり光の拡散角が狭く、小光量となる傾向を持つのに対し、光偏向要素１９の頂部２３側の直上に位置する光出射面部１５から出射する光ほど指向性が弱く、つまり光の拡散角が広く、大光量となる傾向を持つ。
【００２７】
しかしながら、本実施例では２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂを交互に逆向きに配置しているため、光出射面部１５からの出射光の光量はこれら光偏向要素１９の稜線２０に沿ってほぼ均一となり、光偏向要素１９の稜線２０に沿った導光板１２の裏面部の中央を境として、一方の光入射端面部１３ａ側と他方の光入射端面部１３ｂ側とで対称な配光特性が得られる。しかも、光偏向要素１９を構成する一対の斜面２１による光の集光効果により、導光板１２の一対の側端面部１８が向かい合う方向に沿った出射光の拡散が同時に抑制され、その拡散角が狭められる傾向を持つ。
【００２８】
上述した実施例では、光偏向要素１９の稜線２０の裏面部からの高さを直線状に変化させるようにしたが、必要に応じて曲線状に変化させるようにしてもよく、この場合には裏面部に対して凸状および凹状の何れであってもよい。凸状に変化させた場合、出射光の指向特性を光偏向要素１９の頂部２３側で急変させることができ、逆に凹状に変化させた場合には光偏向要素１９の端面２２側で急変させることができる。このように、裏面部からの光偏向要素２９の稜線２０の高さの変化を調整することにより、導光板１２の寸法や使用目的などに応じて光出射面部１５から出射する光の拡散角の調整範囲をある程度拡げることができる。また、本実施例では導光板１２としてアクリル樹脂を採用したが、光学的に透明な他の材料、例えば屈折率が１.５０のポリカーボネート（ＰＣ）などを採用することも 当然可能である。
【００２９】
上述した実施例では、個々の光偏向要素１９の稜線２０を導光板１２の一方の入射端面部１３ａから他方の入射端面部１３ｂに亙って延在させると共にこれらを交互に配列して平坦な裏面部が形成されないようにしたが、２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂを各入射端面部１３ａ，１３ｂから裏面部の中央部分までそれぞれ延在させ、各組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが一直線状に並ぶように配置して導光板１２の裏面部に平坦な領域が形成されるようにしてもよい。
【００３０】
このような本発明による導光板の他の実施例の外観を図７に示し、その平面形状を図８に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂは、各入射端面部１３ａ，１３ｂから裏面部２４の中央部分までそれぞれ延在させ、各組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが一直線状に並ぶように配置されており、一方の組の光偏向要素１９ａは、一方の入射端面部１３ａから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸減し、他方の組の光偏向要素１９ｂは、他方の入射端面部１３ｂから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸減し、これらの頂部２３が相互に当接した状態となっている。このため、導光板１２の裏面部２４には光出射面部１５と平行な平坦領域が形成される。
【００３１】
本実施例によると、光出射面部１５から出射する光は、その中央部において拡散角が広く、大光量となるのに対し、光入射端面部１３側ほど光の拡散角が狭く、小光量となる傾向を持つ。従って、本実施例の導光板１２は特に大画面での液晶モニタのバックライト光源として適しており、このような入射端面部１３における出射光の光拡散角、つまり視野角が大きい傾向を持つ場合、光強度分布が広がっているために入射端面部１３近傍における輝線の発生現象を抑制する効果もある。
【００３２】
上述した実施例では、各光偏向要素１９の端面２２が各入射端面部１３から延在するように、２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂを導光板１２の裏面部２４に配置したが、各光偏向要素１９の端面２２が導光板１２の裏面部２４の中央部分で一体的に接合すると共にこれらの頂部２３が各入射端面部１３に位置するように２組の光偏向要素１９を裏面部２４に配置することも可能である。
【００３３】
このような本発明による導光板の他の実施例の外観を図９に示し、その平面形状を図１０に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における２組の光偏向要素１９ａ，１９ｂも先の実施例と同様に、各入射端面部１３ａ，１３ｂから裏面部２４の中央部分までそれぞれ延在し、各組の光偏向要素１９ａ，１９ｂが一直線状に並ぶように配置されているが、一方の組の光偏向要素１９ａは、一方の入射端面部１３ａから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸増し、他方の組の光偏向要素１９ｂは、他方の入射端面部１３ｂから裏面部２４の中央部分に亙って稜線２０の高さが漸増し、これらの端面が相互に突き合わされた状態となっている。
【００３４】
本実施例によると、光出射面部１５から出射する光は、その中央部において光の拡散角が狭く、小光量となるのに対し、光入射端面部１３側ほど拡散角が広く、大光量となる傾向を持つ。従って、本実施例の導光板１２は特に大画面の液晶モニタにおいて、左右で画面の異なる２つの情報を同時に出力し、左右の観測者が異なる情報を得るような場合に有効である。
【００３５】
上述した各実施例では、一対の光源１４を用いることを前提としているが、光源１４を一つのみ設けることも可能であり、このような本発明による平面照明装置の他の実施例の分解構造を図１１に示し、この導光板の光出射面部を図１２に示し、そのXIII−XIII矢視断面構造を図１３に示すが、先の実施例と同一機能の要素にはこれと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施例における平面照明装置１１は、矩形の板状をなす透明な導光板１２と、この導光板１２の入射端面部１３に沿って配置される光源１４と、導光板１２の入射端面部１３および光出射面部１５以外の部分を覆う光反射シート１６とを有し、光源１４は、反射面が凹曲面となったリフレクタ１７で囲まれている。
【００３６】
本実施例における導光板１２は、光源１４からの光をそれぞれ導入するための入射端面部１３と、この入射端面部１３およびこれと反対側に位置する反射端面部２５の幅方向両側端に接続する一対の側端面部１８と、これら入射端面部１３，側端面部１８および反射端面部２５で囲まれて入射端面部１３から入射した光を出射させるための光出射面部１５およびその反対側の裏面部２４とを有する。この裏面部２４には、入射端面部１３から反射端面部２５に亙って延在する複数の光偏向要素１９が突設され、これらは入射端面部１３に沿って配列した状態となっている。本実施例における光偏向要素１９は、入射端面部１３から反射端面部２５に亙って稜線２０の高さが漸減した一対の斜面２１と、入射端面部１３から延在する二等辺三角形状の端面２２とを持つ三角錐状をなしている。
【００３７】
このように、本実施例では入射端面部１３から反射端面部２５に亙って稜線２０の高さが漸減するように、光偏向要素１９を裏面部２４に配置したが、逆に入射端面部１３から反射端面部２５に亙って稜線２０の高さが漸増するように、光偏向要素１９を裏面部２４に配置することも可能である。
【００３８】
導光板１２の光出射面部１５の側端面部１８および反射端面部２５に近接する領域には、多数の光制御要素２６がランダムに配されており、本実施例における個々の光制御要素２６は、曲率半径が５０μmの半球状をなす凸面にて形成され、光出射面部１５からの突出高さは１μmに設定されている。光出射面部１５における個々の光制御要素２６の面積は、７×１０-8cm2以上であることが必要であり、これよりも光制御要素２６の面積が小さくなると、光出射面部１５が梨地加工のような状態となって光制御要素２６による乱反射が大きくなり、光出射面部１５から指向性の強い高輝度の光を出射させることが困難となる。
【００３９】
ところで、光制御要素２６の曲率半径を例えば２５μmに設定した場合、その面積を７×１０-8cm2以上とするためには光出射面部１５からの突出高さをおよそ２μmにする必要がある。しかしながら、光出射面部１５に対する光制御要素２６の突出高さが２μmを超えると、光出射面部１５に対する光制御部 ２１の傾斜が大きくなってしまい、ここから出射する光の拡散角が小さくなる傾向を持つので、光出射面部１５からの光制御要素２６の突出高さは２μm以下であることが好ましい。
【００４０】
これら光制御要素２６は、入射端面部１３に対して反射端面部１８側ほど高密度に配され、かつ光出射面部１５の中央部分に対して側端面部１８および反射端面部１８側ほど高密度に配されている。このような光制御要素２６の分布を光出射面部１５に持たせることにより、出射光量が相対的に少なくなる傾向にあるこれらの領域における出射光量を増大させ、光出射面部１５の全域に亙って均一な光量の出射光を出射させることができる。
【００４１】
同様な観点から、ＦＣＬを用いた光源１４の長手方向両端部においては、その光量が長手方向中央部よりも低下するのが一般的であるから、入射端面部１３の長手方向両端部に近接する光出射面部１５にも光制御要素２６をランダムに形成することも有効である。また、上述した実施例では光制御要素２６を導光板１２の光出射面部１５から突出させるようにしたが、半球状の凹面あるいは柱状または錐状をなし、円形，楕円形または多角形状を有して光出射面部１５に形成することも可能であり、さらに、光偏向要素１９が形成されていない裏面部１９の平坦領域に光制御要素２６を形成するようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の第１の形態の導光板によると、平坦な裏面部から突出して入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有すると共に裏面部からの稜線の高さが入射端面部側ほど漸増または漸減する複数の光偏向要素を入射端面部に沿って配列したので、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿って出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００４３】
個々の光偏向要素を入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する端面部まで延在させた場合には、光偏向要素の稜線に沿って導光板の入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する端面部に亙り、出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００４４】
入射端面部が第１の照明光を導入する第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光を導入する第２の入射端面部とを有する場合、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【００４５】
個々の光偏向要素を第１の入射端面部から第２の入射端面部まで延在させた場合には、導光板の第１の入射端面部から第２の入射端面部に亙って出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００４６】
本発明の第２の形態の導光板によると、裏面部を構成する光偏向要素を第１の入射端面部から第２の入射端面部に亙って光出射面部からの稜線の高さが漸減する第１の組と、第２の入射端面部から第１の入射端面部に亙って光出射面部からの稜線の高さが漸減する第２の組とで構成し、これらを第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列したので、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【００４７】
本発明の第１の形態の導光板において、光偏向要素を第１および第２の入射端面部から裏面部の中央部分までそれぞれ延在させた場合には、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【００４８】
光偏向要素を第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸減する第２の組とで構成し、これらを一直線状に並んだ状態で第１および第２の入射端面部に沿って配列した場合には、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央側ほど指向性が弱く、第１および第２の入射端面部側ほど指向性が強い出射光を光出射面部から出射させることができる。
【００４９】
光偏向要素を第１の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第１の組と、第２の入射端面部から裏面部の中央部分に亙って稜線の高さが漸増する第２の組とで構成し、これらを一直線状に並んだ状態で第１および第２の入射面部に沿って配列した場合には、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央側ほど指向性が強く、第１および第２の入射端面部側ほど指向性が弱い出射光を光出射面部から出射させることができる。
【００５０】
光出射面部からの光の出射状態を制御するための多数の光制御要素を光出射面部に配した場合には、光出射面部から出射する光の指向特性をより微妙に制御することができる。
【００５１】
光制御要素を光出射面部に対して所定の分布を持たせた場合には、光出射面部から出射する光の指向特性を均一に設定することができる。
【００５２】
本発明の第３の形態の平面照明装置によると、入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が入射端面部と略垂直な方向に延在して入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有すると共にこの稜線の裏面部からの高さが入射端面部側ほど漸増または漸減する複数の光偏向要素を平坦な導光板の裏面部から突出させ、これら光偏向要素を入射端面部に沿って配列したので、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿って出射光の強度および指向特性を連続的に変化させることができる。
【００５３】
光源が第１の光源および第２の光源を有し、導光板の入射端面部が第１の光源からの照明光を導入する第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の光源からの照明光を導入する第２の入射端面部とをさらに有する場合、光出射面部から出射する光の拡散角を光偏向要素の配列方向に沿って狭めると同時に、光偏向要素の稜線の延在方向に沿った光出射面部の中央を境として第１の入射端面部側と第２の入射端面部側とで出射光の強度および指向特性を対称に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平面照明装置の一実施例の分解斜視図である。
【図２】図１に示した実施例の側面図である。
【図３】図２中のIII−III矢視断面図である。
【図４】図１に示した実施例における導光板を裏面部側から見た正面図である。
【図５】図１に示した実施例における一方の組の１つの光偏向要素の抽出拡大斜視図である。
【図６】図１に示した実施例における光偏向要素に対する光の伝播状態を幾何的に表す模式図である。
【図７】本発明による導光板の他の実施例の外観を表す斜視図である。
【図８】図７に示した導光板を裏面部側から見た正面図である。
【図９】本発明による導光板の別な実施例の外観を表す斜視図である。
【図１０】図９に示した導光板を裏面部側から見た正面図である。
【図１１】本発明による平面照明装置の他の実施例の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示した実施例における導光板を光出射面部から見た正面図である。
【図１３】図１２中のXIII−XIII矢視断面図である。
【符号の説明】
１１ 平面照明装置
１２ 導光板
１３，１３ａ，１３ｂ 入射端面部
１４，１４ａ，１４ｂ 光源
１５ 光出射面部
１６ 光反射シート
１７ リフレクタ
１８ 側端面部
１９，１９ａ，１９ｂ 光偏向要素
２０ 稜線
２１ 斜面
２２ 端面
２３ 頂部
２４ 裏面部
２５ 反射端面部
２６ 光制御要素
α 光偏向要素を構成する一対の斜面の頂角
β 入射角の範囲
γ 光の入射角
ｈ 裏面部からの稜線の高さ
Claims (12)
- 照明光が導入される入射端面部と、
この入射端面部と交差し且つ当該入射端面部から導入された照明光を出射する光出射面部と、
この光出射面部の反対側に位置する平坦な裏面部と、
この裏面部から突出すると共に前記入射端面部に沿って配列する複数の光偏向要素と
を具え、個々の前記光偏向要素は、前記入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有し、この稜線の前記裏面部からの高さが前記入射端面部側ほど漸増または漸減していることを特徴とする導光板。 - 個々の前記光偏向要素が前記入射端面部からこの入射端面部の反対側に位置する前記端面部まで延在していることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
- 前記入射端面部は、第１の照明光が導入される第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部とを有することを特徴とする請求項１に記載の導光板。
- 前記光偏向要素は、前記第１および第２の入射端面部から前記裏面部の中央部分までそれぞれ延在していることを特徴とする請求項３に記載の導光板。
- 前記光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記裏面部の中央部分に亙って前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記裏面部の中央部分に亙って前記稜線の高さが漸減する第２の組とが一直線状に並んだ状態で前記第１および第２の入射端面部に沿って配列していることを特徴とする請求項４に記載の導光板。
- 前記光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記裏面部の中央部分に亙って前記稜線の高さが漸増する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記裏面部の中央部分に亙って前記稜線の高さが漸増する第２の組とが一直線状に並んだ状態で前記第１および第２の入射端面部に沿って配列していることを特徴とする請求項４に記載の導光板。
- 第１の照明光が導入される第１の入射端面部と、
この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部と、
これら第１および第２の入射端面部と交差し且つ当該第１および第２の入射端面部から導入された第１および第２の照明光を出射する光出射面部と、
この光出射面部の反対側に位置する裏面部と
を具え、この裏面部は、前記第１および第２の入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記第１および第２の入射端面部と略垂直な方向に延在して前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部まで延在する複数の光偏向要素にて形成され、これら複数の光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記第１の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第２の組とが前記第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列していることを特徴とする導光板。 - 前記光出射面部に配されて当該光出射面部からの光の出射状態を制御するための多数の光制御要素をさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の導光板。
- 前記光制御要素は、前記光出射面部に対して所定の分布を有することを特徴とする請求項８に記載の導光板。
- 照明光が導入される入射端面部，この入射端面部と交差し且つ当該入射端面部から導入された照明光を出射する光出射面部，およびこの光出射面部の反対側に位置する平坦な裏面部を有する導光板と、
この導光板の前記入射端面部に向けて照明光を投射する光源と、
前記導光板の前記入射端面部および前記光出射面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具えた平面照明装置であって、前記導光板は、
前記裏面部から突出すると共に前記入射端面部に沿って配列する複数の光偏向要素をさらに具え、これら個々の光偏向要素は、前記入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記入射端面部と略垂直な方向に延在して前記入射端面部からその反対側に位置する端面部までの距離の１／２以上の長さを有し、この稜線の前記裏面部からの高さが前記入射端面部側ほど漸増または漸減していることを特徴とする平面照明装置。 - 前記光源は第１の光源および第２の光源を有し、前記導光板の入射端面部は、前記第１の光源からの照明光が導入される第１の入射端面部と、この第１の入射端面部の反対側に位置して前記第２の光源からの照明光が導入される第２の入射端面部とを有することを特徴とする請求項１０に記載の平面照明装置。
- 第１の照明光が導入される第１の入射端面部，この第１の入射端面部の反対側に位置して第２の照明光が導入される第２の入射端面部，これら第１および第２の入射端面部と交差し且つ当該第１および第２の入射端面部から導入された第１および第２の照明光を出射する光出射面部，およびこの光出射面部の反対側に位置する裏面部を有する導光板と、
この導光板の第１および第２の入射端面部に向けて第１および第２の照明光をそれぞれ投射する第１および第２の光源と、
前記導光板の第１および第２の入射端面部および前記光出射面部以外の部分を覆う光反射シートと
を具えた平面照明装置であって、前記導光板の裏面部は、前記第１および第２の入射端面部と平行な断面形状が二等辺三角形をなし、稜線が前記第１および第２の入射端面部と略垂直な方向に延在して前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部まで延在する複数の光偏向要素にて形成され、これら複数の光偏向要素は、前記第１の入射端面部から前記第２の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第１の組と、前記第２の入射端面部から前記第１の入射端面部に亙って前記光出射面部からの前記稜線の高さが漸減する第２の組とが前記第１および第２の入射端面部に沿って交互に配列していることを特徴とする平面照明装置。
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