JP4273930B2

JP4273930B2 - 導光板及びバックライト装置

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Publication number: JP4273930B2
Application number: JP2003372752A
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Inventors: 良成川島; 陽平山崎; 伸雄末松; 司朗菅原; 伸晃栗原; 章越村
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Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-06-03
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Description

本発明は、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のバックライト装置などに使用される導光板に関し、詳しくは、光出射面の正面輝度を向上させた導光板及び上記導光板を備えるバックライト装置に関する。

液晶表示装置のバックライト装置であるバックライトユニットは、液晶表示装置を搭載する電子機器の普及に伴い、大量生産されることが求められている。バックライトユニットは、主に、光源と、光源から出射された光を導光して面発光させる導光板とによって形成されている。

光源は、蛍光管や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などが用いられ、特に小型化、薄型化された電子機器に搭載する場合は、発光ダイオードが使用されることが多い。

一般に、図１９に示すように発光ダイオードを光源とするバックライトユニット１００は、導光板８０、例えば、３個の発光ダイオード９０ａ，９０ｂ，９０ｃといった複数の発光ダイオード、反射シート１０１、拡散シート１０２、第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４を備えている。

バックライトユニット１００は、導光板８０の光入射面８１に、発光ダイオード９０ａ、９０ｂ、９０ｃが所定のピッチで、光出射面９１ａ、９１ｂ、９１ｃが密着するように配置され、導光板８０の光反射面８２側に反射シート１０１が配置され、導光板８０の光出射面８３上に拡散シート１０２、第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４の順に重ねて配置され、これらが図示しない筐体内に収納され組み付けられて構成されている。なお、以下の説明において、発光ダイオード９０ａ，９０ｂ，９０ｃは、総称して発光ダイオード９０とも呼ぶ。

発光ダイオード９０から導光板８０の光入射面８１に入射した光は、導光板８０の光反射面８２と、光出射面８３との内面で全反射しながら導光される。導光板８０の光反射面８２には、入射された光を効率よく光出射面８３方向へ立ち上げるためのプリズムパターンや、ドットパターンなどが形成されており、これらのパターンによって臨界角以内で光出射面８３の内面に入射した光は、光出射面８３から出射されることになる。

光出射面８３から出射した光は、面内光量分布に非常にばらつきがあるため、拡散シート１０２に入射し均一化が計られる。

拡散シート１０２から出射された光は、第１のレンズシート１０３，第２のレンズシート１０４に入射され、光出射面８３の法線方向へ集光するように偏角させる。

拡散シート１０２を通過した光を、第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４が集光させる光の方向成分はそれぞれ異なっている。

一方の第１のレンズシート１０３は、Ｙ方向レンズシートとも呼ばれ、図２０に、発光ダイオード９０を備えた導光板８０を、光出射面８３が正面となるように、ＸＹ座標平面上に配置させ、光の導光方向をＸ軸方向とした場合のＹ軸方向の光の成分を、光出射面８３の法線方向に集光させるレンズシートである。他方の第２のレンズシート１０４は、Ｘ方向レンズシートともよばれ、図２０に示すＸ軸方向の光の成分を、光出射面８３の法線方向に集光させるレンズシートである。

このように、導光板８０の光出射面８３から出射され、拡散シート１０２を介した光を、この第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４に通過させることで、バックライトユニット１００の正面輝度を効率よく向上させることが可能となる。

なお、導光板８０の光反射面８２側に配置された反射シート１０１は、光入射面８１から入射された光が導光板８０内を全反射しながら導光する際に、光反射面８２外に飛び出した光を反射して、再び導光板８０内に戻す働きをしている。

特開２００３−３５９１０号公報

ところで、図１９に示した導光板８０上に配置される第１のレンズシート１０３、第２のレンズシート１０４は、非常に強い集光性があり、正面輝度の劇的な改善効果を期待できる反面、非常に高価な部材である。

具体的には、第１のレンズシート１０３及び第２のレンズシート１０４をバックライトユニット１００に組み込んだ場合、この第１のレンズシート１０３及び第２のレンズシート１０４によって、バックライトユニット１００の総コストの何割かを占めてしまうことになり、高い正面輝度が必要な場合には、必然的にコストアップが求められてしまうといった問題がある。

そこで、本発明は、このような問題を改善するために案出されたものであり、レンズシートを用いなくとも、輝度ムラがなく均一な輝度で面発光すると共に、高い正面輝度が得られる導光板及び上記導光板を用いたバックライト装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る導光板は、一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を、一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板において、上記光の入射方向をＸ軸方向とし、上記Ｘ軸方向に直交して上記光出射面に平行な方向をＹ軸方向とし、上記Ｘ軸方向及び上記Ｙ軸方向に垂直な方向を法線方向とするとき、上記光入射面から入射された光を、上記Ｘ軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をするＸ軸方向配光制御手段と、上記光入射面から入射され導光された光を、当該導光板内部で上記Ｙ軸方向に拡散するように反射して、上記Ｘ軸方向配光制御手段に入射させる拡散反射手段とを備えることを特徴とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係るバックライト装置は、一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を、一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、上記導光板の上記光入射面の長手方向に所定の間隔で列状に配列された複数の発光素子を有する光源と、上記導光板の上記光反射面側に配置される反射シートと、上記導光板の上記光出射面上に配置される拡散シートと、上記拡散シート上に配置されるレンズシートと、上記導光板に、上記光源と、上記反射シートと、上記拡散シートと、上記レンズシートとを保持するフレームとを備え、上記導光板は、上記光の入射方向をＸ軸方向とし、上記Ｘ軸方向に直交して上記光出射面に平行な方向をＹ軸方向とし、上記Ｘ軸方向及び上記Ｙ軸方向に垂直な方向を法線方向とするとき、上記光入射面から入射された光を、上記Ｘ軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をするＸ軸方向配光制御手段と、上記光入射面から入射され導光された光を、当該導光板内部で上記Ｙ軸方向に拡散するように反射して、上記Ｘ軸方向配光制御手段に入射させる拡散反射手段とを有し、上記レンズシートは、上記導光板の光出射面から出射され、上記拡散シートを介して出射された光を、上記Ｙ軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をすることを特徴とする。

本発明の導光板は、当該導光板内の光を、拡散反射手段によって、当該導光板内部でＹ軸方向に拡散するように反射させてＸ軸方向配光制御手段に入射させることで、光出射面から出射する光をＹ軸方向にも拡散するため、輝度ムラのない均一な面発光を行うことを可能とする。

また、本発明のバックライト装置は、拡散反射手段及びＸ軸方向配光制御手段を有する導光板を用いることで、導光板内に導光された光を光出射面から出射させる際のＸ軸方向の配光制御を、Ｙ軸方向に輝度ムラが生じないようにできるため、レンズシートとして、Ｙ軸方向の配光制御を行うレンズシートのみで、輝度ムラがなく、高輝度な面発光をすることを可能とする。

したがって、このようなバックライト装置は、用いるレンズシートを削減できるため大幅なコストダウン及び装置の薄型化が可能となる。

以下、本発明に係る導光板及びバックライト装置の発明を実施するための最良の形態を図面を参照にして詳細に説明する。

図１に、本発明を実施するための最良の形態として示す導光板１０を示す。例えば、導光板１０は、液晶表示装置のバックライト装置であるバックライトユニットなどに用いられる。

導光板１０は、透明度の高いアクリル樹脂などを材料とし射出成形される。導光板１０に用いられる材料としては、アクリル樹脂の他、メタクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明熱可塑性樹脂が用いられる。導光板１０は、一例として、透明度の高いアクリル樹脂などを材料とし射出成形される。

導光板１０は、光入射面１１から入射された光を当該導光板１０の一方主面である光反射面１２と、光反射面１２と平行で対向する他方主面である光出射面１３とで全反射して導光し、上記光出射面１３から均一な光として出射して面発光させる。上述したように、導光板１０は、光反射面１２と、光出射面１３とが平行となるような形状であってもよいし、導光された光の導光方向の厚みが徐々に減少するような楔形形状をしていてもよい。

図２は、この導光板１０を、光の導光方向をＸ軸方向とし、光出射面１３が正面となるようにＸＹ座標平面上に配置させた図である。なお、このようにＸＹ座標平面上に導光板１０を配置した場合における、光出射面１３からの光の出射方向は、Ｚ軸方向となる。

導光板１０の光入射面１１から入射させる光を出射する光源としては、図２に示すような所定の間隔で列状に配列された発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備える光源部２０のように、複数の発光ダイオードを備えた光源が用いられる。光源部２０が備える発光ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、図示しない基板上に上述のように配列され、導光板１０の光入射面１１に対して、各発光ダイオードの光を出射する光出射面２２ａ，２２ｂ，２２ｃが密着するように配置される。なお、以下の説明においは、発光ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃを総称して発光ダイオード２１とも呼び、それぞれの光出射面２２ａ，２２ｂ，２２ｃを総称して光出射面２２とも呼ぶ。発光ダイオード２１は、例えば、チップ型発光ダイオードである。

図１に示すように、光反射面１２には、ｎ（ｎは、自然数）個のプリズム１２Ａｎからなるプリズムパターンが形成されており、入射され当該導光板１０内に導光された光を効率よく光出射面１３方向へ立ち上げる。この光反射面１２に形成されたプリズム１２Ａｎによるプリズムパターンは、射出成形金型に刻まれており導光板１０を射出成形する際に形成される。また、このプリズム１２Ａｎは、導光板１０を直接加工する、所謂ダイレクト・カットにて形成することもできる。

図３に、図１に示すＡＡ線において、導光板１０を切断した際の断面図を示す。図３に示すように、プリズム１２Ａｎは、断面形状が、光反射面１２側を底辺とする三角形で、上記三角形の光入射面１１側の底角が角度α＝５０〜６０°、他方の底角が角度β＝７０°〜９０°の範囲である溝を光反射面１２上に作製することで形成される。

例えば、導光板１０を射出成形する場合には、光反射面１２を形成する射出形成用金型のキャビティ内面上に断面形状が、上述したように角度α＝５０°〜６０°、角度β＝７０°〜９０°の底角を有する三角形となるような凸部を複数形成しておけばよい。

図１や図３では、光反射面１２に形成するプリズム１２Ａｎのピッチを固定とし、規則的に並んだプリズム１２Ａｎを示しているが、不規則に変化するようにしてもよい。また、隣り合うプリズム１２Ａｎ毎にピッチを変えることもできる。さらに、図３では、プリズム１２Ａｎの高さ、つまり、光反射面１２上に作製する溝の深さも一定にして記載しているが、本発明はこれらに限定されることなく、光出射面１３の法線方向への立ち上げを効果的に行うために、プリズム１２Ａｎのピッチや、光反射面１２に作製する溝の深さで決まるプリズム１２Ａｎの高さなどの値を全て任意に設計することができる。

例えば、プリズム１２Ａｎを固定的なピッチで形成する場合には、作製する溝の深さを変えて、プリズム１２Ａｎの高さを変えたり、プリズム１２Ａｎのピッチを変化させて形成する場合には、作製する溝の深さを固定にし、プリズム１２Ａｎの高さを一定にしたりすることなども可能である。

図３に示すように、導光板１０の光入射面１１から入射された入射光Ｌ１は、プリズム１２Ａｎに入射して、プリズム１２Ａｎの斜面Ｓによって、Ｘ軸方向成分が光出射面１３の法線方向に偏向される偏向光Ｌ２、導光方向であるＸ軸方向に進む透過光Ｌ３、導光板１０外に出射する偏向光Ｌ４などに分光される。

偏向光Ｌ２のＸ軸方向成分の偏向角は、射出成形時に光反射面１２上に形成される複数の溝の角度α、角度βによって決まり、図３に示すように角度α＝５０°〜６０°、角度β＝７０°〜９０°とすることで、偏向光Ｌ２のＸ軸方向成分は、光出射面１３のほぼ法線方向に偏向されることになる。透過光Ｌ３は、導光方向の後段に位置する別のプリズム１２Ａｎに入射することになる。また偏向光Ｌ４は、導光板１０外に出射されるが、バックライトユニットとして導光板１０を構成した場合に用いられる反射シートによって、再び導光板１０内に戻されることになる。

このように、導光板１０の光反射面１２に形成するプリズムパターンによって、光入射面１１から入射され導光板１０内を導光する光のＸ軸方向成分は、配光制御され、導光板１０の光出射面１３の法線方向に偏向され立ち上げられることになる。具体的には、光出射面３０の法線を０°とすると、導光板１０内に導光された光は、例えば、角度α＝５８°、角度β＝９０°となるような溝を作製した場合に、光反射面１２に形成されたプリズム１２Ａｎによって、Ｘ軸方向におよそ０°〜２５°程度の範囲で立ち上げられることになる。

ところで、導光板１０の光源部２０を構成する各発光ダイオード２１は、それぞれ点光源として機能するため、各発光ダイオード２１から出射された光は、図４に示すように、Ｙ軸方向に放射状に広がる指向性を持って導光板１０内に入射することになる。このように入射した光は、プリズム１２Ａｎによって、上述したようにＸ軸方向成分が、光出射面１３の法線方向に立ち上げられた偏向光となる。

この時、例えば、図４に示す偏向光Ｌ２ａ〜Ｌ２ｇのうち、偏向光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂや、偏向光Ｌ２ｆ，Ｌ２ｇといった、発光ダイオード２１から広角でプリズム１２Ａｎに入射して偏向された光は、Ｘ軸方向には、光出射面１３の法線近傍の方向へと立ち上げられた成分を持っているが、Ｙ軸方向には、法線から非常に傾いた成分を持った偏向光となってしまう。

したがって、このような偏向光が作る光出射面１３の正面輝度は、図４に示すＸ軸方向に走るライン状の領域Ｋが高くなる不均一なものとなってしまう。例えば、図５に示すように光源部２０が備える３つの発光ダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃから導光板１０の光入射面１１に光を入射させ、光出射面１３を正面から見た場合には、ライン状の領域Ｋａ，Ｋｂ，Ｋｃがストライプ状に現れることになる。

このように、光出射面１３から出力される光の正面輝度が、ライン状の領域で高くなってしまうような導光板１０は、液晶表示装置のバックライトユニットの導光板として十分な機能を果たすことができない。

導光板１０において、光出射面１３の正面輝度がライン状に高い領域が生じてしまうのは、発光ダイオード２１によって入射される光が指向性を持って、プリズム１２Ａｎに入射されるためであり、これにより、上述したように、プリズム１２Ａｎで光出射面１３のＸ軸方向では法線方向に偏向されても、Ｙ軸方向では、法線方向に偏向されない光もでてきてしまう。

そこで、図１に示すように、光出射面１３には、任意の曲率半径Ｒの曲面を有し、Ｘ軸方向に伸びる溝１３Ａｍ（ｍは、自然数）をピッチＰでＹ軸方向にｍ列形成し、導光板１０内に入射され導光された光をＹ軸方向にランダムに内部拡散して反射させるようにしている。

このように、光出射面１３に形成される溝１３Ａｍは、シリンドリカル（円筒）形状となる。図１では、溝１３Ａｍの曲率半径Ｒ、溝の深さ、ピッチＰは、全て固定として記載しているが、Ｙ軸方向への内部拡散を効果的に行うために、溝１３Ａｍの曲率半径Ｒ、溝の深さ、ピッチＰを、任意に設計することができる。

例えば、ピッチＰを固定して、曲率半径Ｒ、溝の深さを溝１３Ａｍ毎に変えたり、曲率半径Ｒ、溝の深さを固定して、ピッチＰを隣り合う溝１３Ａｍ毎に変えて不規則な間隔や規則的に変化する間隔で形成することもできる。

図１に示すＢＢ線で導光板１０を切断すると、溝１３Ａｍの断面は、図６に示すようになる。溝１３Ａｍの曲率半径Ｒ、ピッチＰは、例えば、曲率半径Ｒ＝０．１ｍｍ、ピッチＰ＝０．１５ｍｍなどとすることができる。

この光出射面１３に形成される溝１３Ａｍのシリンドリカル形状のパターンは、射出成形金型に刻まれており導光板１０を射出成形する際に形成される。また、溝１３Ａｍは、導光板１０を直接加工する、所謂ダイレクト・カットにて形成することもできる。

導光板１０を射出成形する場合は、上述した光反射面１２に形成されるプリズム１２Ａｎと、この光出射面１３に形成されるシリンドリカル形状の溝１３Ａｍとが導光板１０に同時に一体成形されることになる。

このように、導光板１０の光出射面１３にｍ列の溝１３Ａｍを形成することで、導光板１０内で導光される臨界角以上で光出射面１３の内面に入射した光は、図７に示すように溝１３Ａｍの曲面のいずれかの箇所にあたり、この溝１３Ａｍが規則的な間隔、もしくは不規則な間隔で複数形成されていることからランダム化されるため、結果的に光反射面１２のＹ軸方向に向かって反射光が広がって反射される。溝１３Ａｍの曲面で反射された光は、光反射面１２に形成されているプリズム１２Ａｎに入射し、上述したようにＸ軸方向の成分が光出射面１３の法線方向となるように立ち上げられる。

溝１３Ａｍの曲面で反射され、プリズム１２Ａｎで立ち上げられた光は、図８に示すように、Ｙ軸方向にも広がっており、光出射面１３から出射される光の正面輝度を、光出射面１３全面に渡って均一化することができる。したがって、上述した図４、図５を用いて示したようにストライプ状に現れる輝線を拡散させる効果がある。

溝１３Ａｍの導光板１０内の曲面部分に入射する光は、発光ダイオード２１から出射された光が直接入射したものや、プリズム１２ＡｎでＸ軸方向成分が光出射面１３の法線方向に立ち上げられた光などであるが、いずれの光の場合も、溝１３Ａｍは、ストライプ状に現れるライン状の輝線を拡散させる効果がある。

このように、導光板１０の光出射面１３に溝１３Ａｍを形成することで、点光源である複数の発光ダイオード２１を光源部２０として用いた場合に、導光板１０の光反射面１２に形成するプリズム１２Ａｎによって立ち上げられた光が、ストライプ状の輝線として現れる輝度ムラを抑制することができる。

例えば、上述したように、光反射面１２に、断面形状が光反射面１２側を底辺とする三角形で、上記三角形の光入射面１１側の底角が角度α＝５０°〜６０°、他方の底角が角度β＝７０°〜９０°となる溝を複数作製して、プリズム１２Ａｎを光反射面１２上に形成すると、Ｘ軸方向の光の立ち上げが効果的に行われるため、ストライプ状の輝線が際立って出現することになり、特に有効となる。

また、光反射面１２に、断面形状が、従来の技術として一般に用いられている角度α＝角度β＝４５°の三角形となる複数の溝を形成した場合にも、光出射面１３上に溝１３Ａｍを形成することで、点光源である発光ダイオード２１を用いた場合にストライプ状の輝線として現れる輝度ムラを抑制することができる。

図９に上述した導光板１０と、光源部２０とを備えるバックライトユニット４０を示す。バックライトユニット４０は、導光板１０の光入射面１１側に光源部２０が配置され、さらに、導光板１０の光反射面１２側に反射シート３１が配置され、導光板１０の光出射面１３側に、拡散シート３２、レンズシート３３が順に重ねて配置される。このように配置された導光板１０、光源部２０、反射シート３１、拡散シート３２、レンズシート３３は、バックライトユニット４０の筐体となるフレーム４１，４２内にがたつきなどがないように組み付けられる。

このようなバックライト装置４０は、光源部２０が有する各発光ダイオード２１から出射された光を、導光板１０の光入射面１１から入射して導光し、光反射面１２及び反射シート３１で反射して、光出射面１３から出射させる。

このとき、導光板１０内の光反射面１２では、プリズム１２Ａｎに入射した光のＸ軸方向成分が配光制御され、光出射面１３の法線方向に立ち上げられて集光される。また、導光板１０内で導光されている光は、光出射面１３に形成された溝１３Ａｍの曲面部分でＹ軸方向に内部拡散して反射され、プリズム１２Ａｎに出射される。このプリズム１２Ａｎに出射された光は、上述したようにＸ軸方向成分が、光出射面１３の法線方向に立ち上げられ集光される。

このように導光板１０内では、プリズム１２ＡｎによるＸ軸方向への立ち上げと、溝１３Ａｍによる内部拡散とを繰り返しながら光が導光されると共に、光出射面１３から出射されることになる。光出射面１３から出射された光は、拡散シート３２によって、均一な光に拡散され、レンズシート３３によって配光制御され、光のＹ軸方向成分が光出射面１３の法線方向に集光される。レンズシート３３から出射された光は、フレーム４２に開口された開口部４２Ａから、例えば、液晶表示装置などに照射される。

このように、バックライトユニット４０は、例えば、従来の技術で示したバックライトユニット１００が有する、Ｘ軸方向の光の成分を光出射面８３の法線方向へ集光する第２のレンズシート１０４が不要となるため、大幅なコストダウン及び当該バックライトユニット４０を薄型化することができる。

これは、導光場１０の光反射面１２にプリズム１２Ａｎを形成するために作製する溝の断面形状を、光反射面１２側を底辺とし、光入射面１１側の底角が角度α＝５０°〜６０°、他方の底角が角度β＝７０°〜９０°である三角形となるように、適切に設計し配光制御をすることで、導光される光のＸ軸方向への立ち上げが、Ｘ軸方向へ集光するレンズシートを用いた場合と同じ程度の正面輝度を得られるほど十分となるからである。これにより、バックライトユニット４０は、光出射面１３全面に渡って、十分な正面輝度を獲得することができる
このように導光板１０をバックライトユニット４０として構成した場合、光反射面１２から導光板１０外へ出射した光は、反射シート３１で反射され再び導光板１０内に戻される。この反射シート３１で反射された光は、発光ダイオード２１の指向性が反映されて、指向性を有することになる。

しかし、上述したように、導光板１０内で導光される光は、光出射面１３に形成された溝１３Ａｍの導光板１０内の曲面部分において内部拡散されて、指向性が抑制され、Ｙ軸方向にランダムな光となってプリズム１２Ａｎに入射されるため、導光板１０外へ出射し反射シート３１で反射されて、再び導光板１０内に入射した光も同様に内部拡散され有効に活用されることになる。

光反射面１２に形成されるプリズムパターンは、プリズム１２Ａｎ以外の形状であってもよく、本発明はこのプリズムパターンに限定されるものではない。

例えば、断面形状が三角形である溝を作製することで光反射面１２上にプリズム１２Ａｎを形成する場合には、角度α、角度βの値を、角度α＝５０°〜６０°、角度β＝７０°〜９０°以外の値に変更してプリズムパターンを形成してもよい。また、以下に示すような断面形状の溝を作製することで形成したプリズムパターンなどを用いてもよい。

例えば、光反射面１２に作製する溝の断面形状を図１０に示すように、ラウンドを持たせた台形のような断面形状４５としたり、図１１に示すように２つの三角形からなる断面形状４６としたり、図１２に示すように一辺が任意の凹凸を有する台形のような断面形状４７とすることで形成されたプリズムパターンなども用いてもよい。

また、導光板１０の光入射面１１は、各発光ダイオード２１の光出射面２２が接触する箇所にプリズムが形成されていてもよい。例えば、光入射面１１の上記箇所に、導光板１０のＺ軸方向を長手方向とする断面形状が三角形の溝を、導光板１０の射出成形時、あるいは、ダイレクト・カットによって複数作製することでプリズムパターンを形成してもよい。これにより、各発光ダイオード２１から入射される光の強度分布を制御して、輝度ムラがなく均一な状態の面発光状態を、意図的に変化させ、補正することができる。

続いて、実施例として、上述した導光板１０の光出射面１３に形成した溝１３ＡｍによるＹ軸方向への内部拡散の効果を検証するため、光反射面上に、断面形状が光反射面側を底辺とする三角形で、光入射面側の底角が角度α＝５８°、他方の底角が角度β＝９０°である、Ｙ軸方向を長手方向とする溝を作製することでプリズムを形成した導光板と、同じ断面形状の溝を作製することでプリズムを形成し、さらに光出射面に曲率半径Ｒの複数の溝を所定のピッチＰで形成した導光板とを作製し、それぞれの導光板についてＸ軸方向の輝度と、Ｙ軸方向の輝度と測定し出射角分布を求めた。
（実験１）
まず、実験１として、光反射面上に、断面形状が光反射面側を底辺とする三角形で、上記三角形の光入射面側の底角が角度α＝５８°、他方の底角が角度β＝９０°である溝を作製することでプリズムを形成した導光板を作製し、輝度測定から出射角分布を求める。

図１３に示すように、射出成形用金型によって射出成形して作製された導光板５０は、光反射面５２に、ｎ（ｎは、自然数）個の断面形状が三角形をした溝を作製することでプリズム５２Ａｎが形成されている。プリズム５２Ａｎを形成するために作製した溝の断面形状は、光反射面５２側を底辺とする三角形で、光入射面５１側の底角が角度α＝５８°、他方の底角が角度β＝９０°となっている。

この導光板５０の光入射面５１から、所定のピッチで配列された３個の発光ダイオードからなる図示しない光源からの光を入射して、光出射面５３から出射された光のＸ軸方向の輝度と、Ｙ軸方向の輝度とを測定し出射角分布を求めた。測定点は、光出射面５３の中央位置とし、Ｘ軸では、光入射面５１側を負方向、光の導光方向を正方向とし、Ｙ軸では、光の導光方向に対して右側を正方向、左側を負方向とする。

図１４（ａ），（ｂ）に、それぞれ導光板５０のＸ軸方向の出射角分布と、Ｙ軸方向の出射角分布とを示す。図１４（ａ），（ｂ）が示す０°は、光出射面５３の法線を示しており、例えば、図１４（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、０°付近に輝度分布が集中している場合、光出射面５３から出射した光は、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、共に光出射面５３の法線に集光されていると言える。

図１４（ａ）に示すように、Ｘ軸方向においては、−２０°〜０°付近の分布が高くなっているため、Ｘ軸方向では、光出射面５３の法線方向に集光されていることが分かる。

また、図１４（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向においては、−４０°付近と、０°付近と、３３°付近において、分布がピーク状に高くなっている。したがって、Ｙ軸方向では、図示しない３つの発光ダイオードの指向性がそのまま反映され、光出射面５３から出射される光には輝度ムラが生じていることが分かる。

続いて、光反射面上に、断面形状が光反射面側を底辺とする三角形で、光入射面側の底角が角度α＝５８°、他方の底角が角度β＝９０°となる溝を作製することでプリズムを形成し、さらに光出射面に曲率半径Ｒの複数の溝を所定のピッチＰで形成した導光板について説明をする。実験で用いる導光板は、光出射面に形成する複数の溝の曲率半径Ｒを固定して、ピッチＰを変更した２種類を作製することにする。また、光出射面に形成する複数の溝のピッチＰを変更した２つの導光板、それぞれの出射角分布を求める実験を、それぞれ実験２、実験３とする。

（実験２）
図１５に示すように、射出成形用金型によって射出成形して作製された導光板６０は、導光板５０と同一サイズであり、光反射面６２に、導光板５０と同じ溝を作製することでプリズム６２Ａｎが形成されている。また、導光板６０の光出射面６３には、曲率半径Ｒ＝０．１ｍｍで、ｍ（ｍは、自然数）列の溝６３ＡｍがピッチＰ＝０．１ｍｍ間隔で形成されている。

この導光板６０の光入射面６１から、所定のピッチで配列された３個の発光ダイオードからなる図示しない光源からの光を入射して、光出射面６３から出射された光のＸ軸方向の輝度と、Ｙ軸方向の輝度とを測定し出射角分布を求めた。測定点は、導光板５０の場合と同様に、光出射面６３の中央位置とし、Ｘ軸では、光入射面６１側を負方向、光の導光方向を正方向とし、Ｙ軸では、光の導光方向に対して右側を正方向、左側を負方向とする。

図１６（ａ），（ｂ）に、それぞれ導光板６０のＸ軸方向の出射角分布と、Ｙ軸方向の出射角分布とを示す。図１６（ａ），（ｂ）が示す０°は、光出射面６３の法線を示しており、例えば、図１６（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、０°付近に輝度分布が集中している場合、光出射面６３から出射した光は、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、共に光出射面６３の法線に集光されていると言える。

図１６（ａ）に示すように、Ｘ軸方向においては、導光板５０の時と同様に、−２０°〜０°付近の分布が高くなっているため、Ｘ軸方向では、光出射面６３の法線方向に集光されていることが分かる。

また、図１６（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向においては、−６０°〜５０°付近の分布が高くなっている。特に、−３０°〜３０°付近では輝度レベルも安定している。これは、明らかに光出射面６３に、複数の溝６３Ａｍを形成したことによる効果であり、導光板６０内で導光される光が、溝６３Ａｍの導光板６０内の曲面部分において、Ｙ軸方向に内部拡散するように反射されプリズム６２Ａｎに入射し、光出射面６３から出射されていることを示している。

したがって、導光板６０においては、導光板５０で見られたＹ軸方向における輝度ムラが全くなくなり、光出射面６３からは、Ｙ軸方向の光の輝度が均一となって出射されることが分かる。
（実験３）
図１７に示すように、射出成形用金型によって射出成形して作製された導光板６０は、導光板７０と同一サイズであり、光反射面７２に、導光板５０と同じ溝を作製することでプリズム７２Ａｎが形成されている。また、導光板７０の光出射面７３には、曲率半径Ｒ＝０．１ｍｍで、ｍ（ｍは、自然数）列の溝７３ＡｍがピッチＰ＝０．１５ｍｍ間隔で形成されている。

この導光板７０の光入射面７１から、所定のピッチで配列された３個の発光ダイオードからなる図示しない光源からの光を入射して、光出射面７３から出射された光のＸ軸方向の輝度と、Ｙ軸方向の輝度とを測定し出射角分布を求めた。測定点は、導光板５０の場合と同様に、光出射面７３の中央位置とし、Ｘ軸では、光入射面７１側を負方向、光の導光方向を正方向とし、Ｙ軸では、光の導光方向に対して右側を正方向、左側を負方向とする。

図１８（ａ），（ｂ）に、それぞれ導光板７０のＸ軸方向の出射角分布と、Ｙ軸方向の出射角分布とを示す。図１８（ａ），（ｂ）が示す０°は、光出射面７３の法線を示しており、例えば、図１８（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、０°付近に輝度分布が集中している場合、光出射面７３から出射した光は、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、共に光出射面７３の法線に集光されていると言える。

図１８（ａ）に示すように、Ｘ軸方向においては、導光板５０の時と同様に、−２０°〜０°付近の分布が高くなっているため、Ｘ軸方向では、光出射面７３の法線方向に集光されていることが分かる。

また、図１８（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向においては、−６０°〜６０°付近の分布が高くなっている。特に、−２０°〜１０°付近では輝度レベルも安定しており、輝度も導光板６０と比較しても格段に高くなっている。

これは、明らかに光出射面７３に、ピッチＰ＝０．１５ｍｍで複数の溝７３Ａｍを形成したことによる効果であり、導光板７０内で導光される光が、溝７３Ａｍの導光板７０内の曲面部分において、Ｙ軸方向に内部拡散するように反射されプリズム７２Ａｎに入射し、光出射面７３から出射されていることを示している。

したがって、導光板７０においては、導光板５０で見られたＹ軸方向における輝度ムラが全くなくなり、光出射面７３からは、Ｙ軸方向の光の輝度が均一となって出射されることが分かる。また、導光板７０では、導光板５０の輝度ムラを改善した導光板６０と比較して、Ｙ軸方向の輝度が非常に高くなっていることから、光出射面７３から出射される光のＹ軸方向成分は高輝度であることが分かる。

本発明の実施の形態として示す導光板の構成について説明するための図である。同導光板に設定するＸＹ座標軸について説明するための図である。同導光板の光反射面に形成する複数のプリズムについて説明するための図である。同導光板において、光反射面にプリズムのみを形成した場合に出射される光について説明するための図である。同導光板において、光反射面にプリズムのみを形成した場合の弊害について説明するための図である。同導光板において、光出射面に形成する複数の溝について説明するための図である。同導光板の光出射面に形成された複数の溝の作用について説明するための図である。同導光板において、入光された光が、光出射面に形成された複数の溝の作用によって拡散されていく光を模式的に示した図である。同導光板を用いたバックライトユニットの構成について説明するための図である。同導光板の光反射面に形成するプリズムの断面形状の一例を示した図である。同導光板の光反射面に形成するプリズムの断面形状の別な例を示した図である。同導光板の光反射面に形成するプリズムの断面形状のさらに別な例を示した図である。実施例として作製した光反射面に複数のプリズムのみが形成された導光板について説明するための図である。（ａ）は、図１３に示す導光板のＸ軸方向の輝度の出射角分布を示した図であり（ｂ）は、Ｙ軸方向の輝度の出射角分布を示した図である。実施例として作製した光反射面に複数のプリズムと、光出射面に複数の溝を形成した導光板について説明するための図である。（ａ）は、図１５に示す導光板のＸ軸方向の輝度の出射角分布を示した図であり（ｂ）は、Ｙ軸方向の輝度の出射角分布を示した図である。実施例として作製した光反射面に複数のプリズムと、光出射面に図１５とピッチの異なる複数の溝を形成した導光板について説明をするための図である。（ａ）は、図１７に示す導光板のＸ軸方向の輝度の出射角分布を示した図であり（ｂ）は、Ｙ軸方向の輝度の出射角分布を示した図である。従来の技術として示すバックライトユニットの構成について説明するための図である。同バックライトユニットが備える導光板に設定するＸＹ座標軸について説明するための図である。

符号の説明

１０導光板、１１光入射面、１２光反射面、１２Ａｎ（ｎは、自然数）プリズム、１３光出射面、１３Ａｍ（ｍは、自然数）溝、２０光源部、３１反射シート、３２拡散シート、３３レンズシート

Claims

一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を、一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板において、
上記光の入射方向をＸ軸方向とし、上記Ｘ軸方向に直交して上記光出射面に平行な方向をＹ軸方向とし、上記Ｘ軸方向及び上記Ｙ軸方向に垂直な方向を法線方向とするとき、
上記光入射面から入射された光を、上記Ｘ軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をするＸ軸方向配光制御手段と、
上記光入射面から入射され導光された光を、当該導光板内部で上記Ｙ軸方向に拡散するように反射して、上記Ｘ軸方向配光制御手段に入射させる拡散反射手段とを備えること
を特徴とする導光板。
上記Ｘ軸方向配光制御手段は、上記光反射面上の上記Ｘ軸方向に複数形成された、上記Ｙ軸方向を長手方向とするプリズムであり、
上記拡散反射手段は、上記光出射面上の上記Ｙ軸方向に複数形成された、上記Ｘ軸方向を長手方向とする任意の曲率半径の曲面を有する溝であること
を特徴とする請求項１記載の導光板。
上記プリズムは、上記光反射面上に、上記Ｙ軸方向を長手方向とする所定の形状の溝を、上記Ｘ軸方向に複数作製することで形成され、
上記溝は、当該溝の断面形状が上記光反射面側を底辺とする三角形で、上記三角形の上記光入射面側の底角αがα＝５０°〜６０°、他方の底角βがβ＝７０°〜９０°の角度であること
を特徴とする請求項２記載の導光板。
上記導光板は、射出成型用金型のキャビティ内に溶融材料を注入し、射出成形をすることで一体成形すること
を特徴とする請求項１記載の導光板。
一側面を光入射面とし、上記光入射面から入射された光を、一方主面である光出射面及び他方主面である光反射面とで全反射して導光し、上記光出射面から面発光させる導光板と、
上記導光板の上記光入射面の長手方向に所定の間隔で列状に配列された複数の発光素子を有する光源と、
上記導光板の上記光反射面側に配置される反射シートと、
上記導光板の上記光出射面上に配置される拡散シートと、
上記拡散シート上に配置されるレンズシートと、
上記導光板に、上記光源と、上記反射シートと、上記拡散シートと、上記レンズシートとを保持するフレームとを備え、
上記導光板は、上記光の入射方向をＸ軸方向とし、上記Ｘ軸方向に直交して上記光出射面に平行な方向をＹ軸方向とし、上記Ｘ軸方向及び上記Ｙ軸方向に垂直な方向を法線方向とするとき、
上記光入射面から入射された光を、上記Ｘ軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をするＸ軸方向配光制御手段と、
上記光入射面から入射され導光された光を、当該導光板内部で上記Ｙ軸方向に拡散するように反射して、上記Ｘ軸方向配光制御手段に入射させる拡散反射手段とを有し、
上記レンズシートは、上記導光板の光出射面から出射され、上記拡散シートを介して出射された光を、上記Ｙ軸方向の傾きが上記法線方向に対してゼロに近付くように偏向して、上記光出射面から出射させる配光制御をすること
を特徴とするバックライト装置。
上記導光板が有する上記Ｘ軸方向配光制御手段は、上記光反射面上の上記Ｘ軸方向に複数形成された、上記Ｙ軸方向を長手方向とするプリズムであり、
上記導光板が有する上記拡散反射手段は、上記光出射面上の上記Ｙ軸方向に複数形成された、上記Ｘ軸方向を長手方向とする任意の曲率半径の曲面を有する溝であること
を特徴とする請求項５記載のバックライト装置。
上記プリズムは、上記導光板の上記光反射面上に、上記Ｙ軸方向を長手方向とする所定の形状の溝を、上記Ｘ軸方向に複数作製することで形成され、
上記溝は、当該溝の断面形状が上記光反射面側を底辺とする三角形で、上記三角形の上記光入射面側の底角αがα＝５０°〜６０°、他方の底角βがβ＝７０°〜９０°の角度であること
を特徴とする請求項６記載のバックライト装置。
上記光源が有する複数の発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）であること
を特徴とする請求項５記載のバックライト装置。