JP4367054B2 - 導光板及びバックライト装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源から出射された光を導く導光板と、この導光板を備えて液晶表示素子などを背面から照射するバックライト装置に関する。

従来、携帯電話機等の液晶表示装置を照明するため、光源から出射された光を液晶表示装置に導く導光板及びこの導光板を備え液晶表示装置を背面から照明するバックライト装置が提供されている。

図１６は、従来の導光板の外観を示す図である（例えば、特許文献１参照。）。図１６（ａ）に斜視図を示し、図１６（ｂ）に上面図を示す。図１６（ａ）中には、光源の発光ダイオード１２０も同時に示す。

導光板１１０は、例えばＰＭＭＡ又はポリカーボネートのような透明な材料からなり、略板状の平坦な形状を有している。そして、上面及び下面をそれぞれ出射面１１２及び反射面１１３とし、一つの側面を入射面１１１としている。反射面１１３には、入射面１１１から入射された光を出射面１１２に向けて反射するために複数の偏向パターン素子１１４による偏向パターンが形成されている。このように、側面にある入射面１１１から入射された光を主面にある出射面１１２から出射する導光板１１０をサイドエッジ方式と称し、携帯電話機等において広く使用されている。

ここで偏向パターン素子１１４は相互に間隔をあけて配置されており、その長手方向が、光源１２０からの光の進行方向に対して垂直となっている。複数の光源１２０が互いに離れて配置されている場合には、各光源１２０に対応する領域に反射面１１３を分割し、各領域ごとに対応する光源１２０からの光の進行方向に垂直となるように偏向パターン素子１１４を配置する。

光源１２０から出射された光は、入射面１１１から導光板１１０に入射し、反射面１１３に形成された偏向パターン素子１１４の長手方向で反射した場合は、出射面１１２の方向に偏向され、出射面１１２から出射される。また、偏向パターン素子１１４の短手方向で反射した場合は、光の進行方向が変更されるので、光源１２０（発光ダイオード）の指向性を弱める拡散効果として働き、輝線の発生を抑制する。すなわちこの場合、偏向パターン素子１１４は、出射面１１２の方向に偏向する反射機能と、輝線発生を抑止する拡散機能とを兼ねている。

この方式では、偏向パターン素子１１４が間隔をあけて配置されているため、長手方向の反射面で偏向する効率が低く、光源からの出射光の利用効率が低くなるという問題がある。また複数の光源の場合、図１６（ｂ）のように偏向パターン素子１１４の配置が非常に複雑となり、作製が困難となる。

図１７は、従来の導光板及びバックライト装置の使用態様を示す図である。

導光板１１０は、液晶表示装置１４０の直下に、出射面１１２が液晶表示装置１４０の下面１４１に対向するように配置される。導光板１１０には、発光ダイオード１２０から出射された光が入射面１１１から入射される。

入射面１１１から導光板１１０に入射された光は、出射面１１２に対向する反射面１１３に形成された偏向パターン素子１１４によって偏向して反射されて液晶表示装置１４０の方向に立ち上げられ、出射面１１２から出射される。

一方、従来、レーザ光をディフューザを有する矩形の開口を介して感光フィルムを露光し、多数のスペックルをランダムに形成してなるホログラムが提供されている（米国特許第５，３６５，３５４号、第５，５３４，３８６号）。このホログラムにおいて、スペックルは略楕円形状を有し、楕円の長軸と短軸は、開口の矩形の短辺と長辺とフーリエ変換の関係を有する。このホログラムレーザ光を入射すると、レーザ光は各スペックルによって散乱され、露光の際に用いられた矩形状の開口を再現する。このようなホログラムを用いることで、入射光を異方的に拡散することができる。
特許第３１５１８３０号

従来の導光板においては、入射面から入射した光の内で出射面から出射される光の割合が小さく、光源から出射する光の利用効率の面で問題があった。

本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、光の利用効率の高い導光板及びこのような導光板を供えるバックライト装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る導光板は、少なくとも一つの側面を入射面とし、該入射面に直交する矩形の出射面と、該出射面に対向する反射面とを有する導光板であって、前記反射面は、前記入射面又は前記出射面から、前記出射面の法線に対してある角度を成して入射する光線を受け、前記法線との成す角度が減少した光線を出射する偏向パターンを有し、該偏向パターンは、複数の同心円上に形成された複数の円弧状偏向パターン素子を有するものであり、前記出射面は、該出射面の法線に対して所定角度以下の角度を成して前記偏向パターンから入射する光線を拡散して透過する異方性拡散パターンを有し、該異方性拡散パターンは、前記偏向パターンから入射する光線を前記同心円の円弧の半径方向への拡散幅よりも、該半径方向と直交する方向への拡散幅が大きくなるように拡散するものである。

前記同心円の中心は、前記導光板のいずれかの側面上又はその近傍に位置することが好ましい。

各偏向パターン素子は、円弧状溝又は円弧状隆起部を有することが好ましい。

各偏向パターン素子は、円弧状傾斜面を有することが好ましい。

前記偏向パターンは、複数の同心円に沿ってそれぞれ形成された複数の円弧状傾斜面を備えることが好ましい。

前記円形傾斜面は、途切れることのない連続溝又は連続隆起部に設けられ、出射面に対して光源方向に傾斜していることが好ましい。こうすることにより傾斜面の面積を最大にすることができ、光源からの出射光の利用効率が向上する。

前記円弧状傾斜面側の導光板平面に対する傾斜角度α１は、側面の入射面から入力された光が上下面で所定回数反射された後、出射面に対する光線の入射角が臨界角以下となることにより、出射面から出射される様に、０．５度〜４５度であることが好ましい。

前記異方性拡散パターンは、サーフェスレリーフホログラムを有することが好ましい。

前記サーフェスレリーフホログラムは、同心円の半径方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域を有することが好ましい。

前記サーフェスレリーフホログラムが導光板の出射面に一体的に成形されていることが好ましい。

拡散光の光束の縦横比は、１：１８０〜１：３の範囲にあることが好ましい。

前記入射面は、光を広げるためのプリズム、ヘアラインなどの微細凹凸形状が成形されていることが好ましい。

本発明に係る導光板は、少なくとも一つの側面を入射面とし、該入射面に直交する概略矩形の出射面と、該出射面に対向する反射面とを有する導光板であって、前記反射面は、前記入射面又は前記出射面から入射する光線を受け、この光線が前記出射面からほぼ垂直に出射するように出射する偏向パターンを有し、該偏向パターンは、複数の同心円上に形成された複数の円弧状偏向パターン素子を有するものであり、前記出射面は、該出射面の法線に対して所定角度以下の角度を成して前記偏向パターンから入射する光線を拡散して透過する異方性拡散パターンを有し、該異方性拡散パターンは、前記偏向パターンから入射する光線を前記同心円の円弧の半径方向への拡散幅よりも、該半径方向と直交する方向への拡散幅が大きくなるように拡散する。

前記同心円の中心は、前記導光板のいずれかの側面上又はその近傍に位置することが好ましい。

前記偏向パターン素子は、前記光線の前記出射面と法線の成す角が、０．５度乃至５度の範囲内のある値より小さいように前記光線を出射することが好ましい。

前記偏向パターン素子は、円弧状溝又は円弧状隆起部を有することが好ましい。

前記偏向パターン素子は、円弧状傾斜面を有することが好ましい。

前記偏向パターンは、複数の同心円に沿ってそれぞれ形成された複数の円弧状傾斜面を備えることが好ましい。

前記円弧状傾斜面は、途切れることのない連続溝又は連続隆起部に設けられ、出射面に対して光源方向に傾斜していることが好ましい。

前記円弧状傾斜面の出射面に対する傾斜角度α１が４０度〜５０度であることが好ましい。

前記異方性拡散パターンは、サーフェスレリーフホログラムを有することが好ましい。

前記サーフェスレリーフホログラムは、同心円の半径方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域を有することが好ましい。

前記反射面は、前記出射面に平行な平面部を有することが好ましい。

本発明に係るバックライト装置は、前記導光板を有する。

また、本発明に係るバックライト装置は、前記導光板に加えて、導光板から出射した光を導光板平面の法線方向へ偏向する光学フィルムを有することもできる。

前記光学フィルムが、複数の同心円に沿ってそれぞれ形成された複数の屈折面を有するプリズムフィルムであることが好ましい。

前記光学フィルムが、回折格子またはホログラムが形成された光学フィルムであることが好ましい。

前記導光板の入射面又はその近傍に実質的に１又は２以上の発光点を有することが好ましい。

実質的に１又は２以上の発光点は、それぞれ一つのＬＥＤからなることが好ましい。

前述のように、本発明によると、導光板及び導光板を備えるバックライト装置における光の利用効率を高めることができる。

以下、本発明に係る導光板及びバックライト装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態においては、簡単のため、幾つかの異なる図面において共通の指示符合によって同一の部材を示す。また、本実施の形態の図面は、本発明の内容を説明するために用いられるものであり、各部の寸法の比率を正確に反映するものではない。

また、参照の便宜上、図中にｘｙｚ直交座標系を設定する。すなわち、導光板における光の進行方向に導光板の上面又は下面の２つの辺に沿ってｘ軸及びｙ軸を設定し、出射面の法線方向にｚ軸を設定する。また、ｚ軸の正負方向を上下と称する。

〔第１の実施の形態〕
まず、本発明に係る第１の実施の形態について説明する。第1の実施の形態においては、概略矩形形状の導光板の側面を入射面として、複数の光源から導光板に入射した光は、導光板内を全反射を繰り返しながら進み、反射溝で反射する度に次第に角度を立ち上げられて出射面に対する角度が次第に小さくなり、臨界角に達すると出射面から出射する。

図１は、第１の実施の形態の導光板の概略を示す。図中には、光源となる４個の発光ダイオード（ＬＥＤ）２０も同時に示す。

図１（ａ）は導光板１０の上面図、図１（ｂ）は導光板１０の正面図、図１（ｃ）は導光板１０の斜視図である。

導光板１０は、ＬＥＤ２０からの光を入射させる入射面１１と、入射面１１からの入射光又は出射面１２からの反射光を反射する反射面１３と、光を上方に出射する出射面１２と、を有する。

より詳細には、導光板１０は、例えばＰＭＭＡ、ポリオレフィン又はポリカーボネートのような一定の屈折率を有する透明な材料からなり、略矩形状の上面及び下面を有する略板状の形状を有する。

入射面１１は、反射面１３及び出射面１２と略直交している。入射面１１に対向して略等間隔で直線状に配置された４個の発光ダイオード２０から出射した光は、入射面１１から導光板１０に入射される。

反射面１３は、概略、前記導光板１０のｘｙ平面と平行な下面に形成される。

図２は、反射面１３に形成された偏光パターン素子の反射溝の配置の詳細を示す図である。

反射面１３は、入射面１１及び反射面１３を略２等分する直線ＬＭ上で入射面１１から距離ｄを有する点Ｏを中心とする同心円状の複数の連続した偏向パターン素子としての反射溝（円弧状偏向パターン素子又は円弧状溝）１４を有する。ここで、距離ｄは、入射面１１の寸法に比べて小さいものとする。前記寸法には、例えば、一つの側面１０ａから他の側面１０ｂに至る、入射面１１の幅を取ることができる。

前記同心円の中心Ｏは、必ずしも直線ＬＭ上に位置する必要はない。例えば、直線ＬＭの近傍であって、入射面１１内又はその近傍に位置しても良い。

なお、反射溝１４は、前述のような同心円状に限られず、他の曲線の形状とすることもできる。例えば、楕円形状とすることもできる。

本実施の形態では、光源となる４個の発光ダイオード２０が入射面１１に対向して配置されている。これらの発光ダイオード２０から入射面１１に入射される光を効率よく反射するために、偏光パターンの反射溝１４の同心円の中心Ｏは、前記直線ＬＭの近傍であって、入射面１１内又はその近傍に位置している。このような同心円の配置によって反射溝１４を形成することにより、前記発光ダイオード２０から入射面１１に入射した光を効率よく反射することができる。

この点について、以下でもう少し詳しく説明する。図２において、点Ｐに到達する光は、それぞれの発光ダイオードからの経路が考えられ、全てその進行方向が異なる。反射溝は反射しようとする光の進行方向に対して垂直に形成した場合に反射効率が最大となるが、点Ｐにおける反射溝の方向を特定の発光ダイオードからの光に対して垂直となるように形成すると、それ以外の発光ダイオードからの光の反射効率が極端に悪くなり、結果として全体としての効率は低くなる。それに対して点Ｏと点Ｐを結ぶ直線に対して垂直となるように反射溝を形成すると、全ての発光ダイオードからの光を平均的に反射することができ、全体としての効率が向上する。点Ｐの位置を変えても同様の議論が成り立つので、結局反射溝は、点Ｏを中心とする同心円の配置にすればよいことが分かる。

なお、前記同心円の中心と入射面１１の距離ｄを調整することによって、導光板１０の反射効率等の特性を微調整することができる。

この反射溝１４は、入射面１１から入射面１１へ、又は一つの側面１０ａから他の側面１０ｂにより形成される反射面に連続して形成される。また、反射溝１４の大部分が光の反射に使用される。従って、本実施形態のような反射溝１４を形成した反射面１３は、入射された光を出射面１２方向に反射する効率が高く、導光板１０の光利用効率を高める。

図３は、反射溝１４を含む導光板１０の拡大断面を示す。

同図（ａ）に示すように、反射溝１４は、光源を向く円弧状傾斜面である第１の傾斜面１４ａと第２の傾斜面１４ｂとを有する。第１の傾斜面１４ａは、出射面１２に対して所定の有限角度α１（傾斜角度）を有する。同様に、第２の傾斜面１４ｂは、出射面１２に対して所定の有限角度α２（傾斜角度）を有する。図中で、符号ｐは反射溝１４の幅を示している。以下でも同様である。

図３（ｂ）に、射溝と反射溝の間に平面部を設けた例を示す。この場合、反射溝（導光板に対して凹形状）ではなく、反射隆起部（導光板に対して凸形状）でもよい。図中で、符号ｐ´は反射溝１４の幅と間隔（ピッチ）を示している。以下でも同様である。

図４は、第１の傾斜面１４ａの作用を示す。

同図に示すように、第１の傾斜面１４ａは、出射面１２と角度ψ１をなして入射面１１に入射された光を、出射面１２に対して角度ψ２を成す光へ立ち上げる（偏向する）。すなわち、出射面１２の法線に対してある角度をなして第１の傾斜面１４ａへ入射した光は、前記法線とのなす角度が減少して反射される。

第１の傾斜面１４ａで立ち上げられた光は、出射面１２の法線となす角度が臨界角より小さくなると出射面１２から出射される（図４に於いて点ｘ１）。

第1の傾斜面１４ａと出射面１２のなす角度α１（傾斜角度）は、図３（ａ）のタイプの場合は０．５〜５度であり、図３（ｂ）のタイプの場合は５〜４０度である。

なお、第２の傾斜面１４ｂは、前記反射作用は有さず、反射作用の観点からは出来るだけ大きい方が好ましいが、後述する導光板１０を成形する際の型抜きを容易にする点から９０度以下が好ましい。第２の傾斜面１４ｂは、好ましくは３０〜９０度であり、さらに好ましくは３５〜８８度である。

また、図３（ａ）のように反射溝間に平面部がない場合は、隣接する反射溝１４間の間隔（ピッチ）ｐは、一定であることが出来、好ましくは３０〜５００μｍであり、さらに好ましくは５０〜４００μｍであり、さらに好ましくは１００〜３００μｍである。なお、前記間隔ｐを一定にすると液晶表示素子のセル配置との干渉によってモアレの出現が現れることがあるので、前記間隔を意図的にランダムに設定することもできる。図３（ｂ）のように反射溝間に平面部がある場合は、隣接する反射溝１４間の間隔ｐ´は、出射光分布が均一となるよう光源からの距離に応じて場所ごと変えてもよい。あるいは、間隔ｐ´を一定とし、反射溝または反射隆起部の幅ｐを光源からの距離に応じて場所ごと変えてもよい。この場合、反射溝の深さ、または反射隆起部の高さが場所ごとに変化することになる。

なお、導光板１０の出射面１２と反射面１３の距離ａ（図３）は、０．３〜３．０ｍｍ、好ましくは０．５〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．６〜０．８ｍｍである。

前記構成により、図４に示すように、発光ダイオード２０から入射面１１に入射した光は、出射面１２の法線となす角が臨界角に達するまでは出射面１２と反射面１３で全反射を繰り返しながら導光板１０の内部を進み、出射面１２の法線とのなす角が臨界角に達すると出射面１２から出射する。

出射面１２は、ｘｙ平面と平行な導光板１０の上面に形成される。

出射面１２には、異方性を有する異方性拡散パターンとしてのホログラムが形成されている。このホログラムは、３次元的に形成されたホログラムと区別するためにサーフェスレリーフホログラムと称される。

図５及び図６は、出射面に形成されたホログラム２２の詳細を示す拡大図である。

図５はホログラムを２００倍に拡大した拡大図であり、図６はホログラムをさらに拡大した拡大図である。

図５に示すように、ホログラムは、２００倍程度に拡大して見た場合、同心円状の反射溝１４の径方向ｒに沿って伸びる線状（あるいは非常に細い楕円状）の多数のランダムスペックル又は周囲に比べて透過率が高い領域又は低い領域がランダムに配置されて成り、例えばランダムな溝或いはランダムな凹凸からなるランダムスペックル領域２２ａを有する。

ここに、ランダム配置とは、スペックル領域の形状及び位置がホログラム全体において一定で無く、ランダム性を有することを意味する。

後述するように、ホログラムに入射した光は、線状スペックル２２ａにより、半径方向ｒと比較して円周方向θに強く拡散される。円周方向と径方向の拡散度の拡散比は、スペックルの長軸及び短軸の寸法によって決定される。

また、スペックル２２ａのランダム性により、ホログラム２２への入射光は、ランダムな方向へ散乱或いは透過される。従って、ホログラムはディフューザとしての機能を有する。

図７は、ホログラムの作用をより詳細に説明する図である。

図７（ａ）は、導光板１０の出射面１２の点Ｐ１，Ｐ２から出射された光の強度の角度依存性を示す上面図である。図７（ｂ）は、導光板１０の出射面１２の点Ｐ２から出射された光の強度分布を立体的に示す斜視図である。

導光板１０の出射面１２の点Ｐ１，Ｐ２から出射された光は、出射面１２に形成されたホログラムによって、楕円Ｅ１，Ｅ２に示すように前記同心円の円弧の径方向ｒと比較して円周方向θに強く拡散される。

図８は、前記出射光の強度分布を示す。図８（ａ）は前記θ方向における前記出射光の強度分布を示し、図８（ｂ）は前記ｒ方向における前記出射光の強度分布を示す。

上記したように、径方向ｒと比較して周方向θに強く拡散され、θ方向に於ける拡散角Φ_θの半値幅Φ_θ０は、ｒ方向に於ける拡散角Φ_ｒの半値幅Φ_ｒ０よりも十分に大きい（Φ_θ０＞＞Φ_ｒ０）。

前記ｒ方向の半値幅Φ_ｒ０は、０＜Φ_ｒ０≦５度が望ましく、０＜Φ_ｒ０≦１度が更に好ましい。一方、θ方向の半値幅Φ_θ０は、５〜７０度が望ましく、５〜３０度が更に望ましく、５〜１０度が更に好ましい。

前記半値幅Φ_θ０と半値幅Φ_ｒ０の比（或いは楕円Ｅ１，Ｅ２の長軸方向と短軸方向の比）は、半値幅Φ_ｒ０：半値幅Φ_θ０＝１：１８０から１：３の範囲にあるのが好ましい。

なお、図７（ａ）及び（ｂ）の点Ｃ１，Ｃ２は、参考のために、出射面１２に等方的拡散素子を設けた場合に点Ｐ１，Ｐ２から出射された光の強度分布を示す。この場合、出射面から出射された光は、円Ｃ１，Ｃ２で表される等方的強度分布を有する。

要するに、このホログラムは、出射面１２から出射される光を前記同心円の円弧の径方向ｒに比較して円周方向θへ大きく拡散して透過する。

前記ホログラムの異方性拡散作用により、この導光板１０においては、θ方向における一様な出射光の強度分布が実現される。就中、出射面１２からの出射光における輝線の出現が防止される。

図９は、前記等方的拡散素子を出射面に設けた場合に、出射面１２からの出射光に出現する輝線を示す。

反射面１３に於ける連続する反射溝１４によって反射された光は、視点Ｖ０に到達する多数の経路を有する。従って、視点Ｖ０から導光板１０を見たとき、発光ダイオード２０と視点Ｖ０を結ぶ線上に輝線ＢＬが現れる。

本実施形態の導光板１０においては、出射面１２に形成されたホログラム２２が前記ｒ方向に比較して前記θ方向に強く（異方的に）光を拡散する。従って視点Ｖ０から光源方向を見たとき、視点Ｖ０に向かう光線強度が抑制され、前記輝線ＢＬの出現が防止される。

また、上記構成によれば、ｒ方向における出射光の拡散角が抑制されることにより、ディフューザとしてのホログラムによるｒ方向の臨界角の変動が抑制され、以て出射角の一様性が担保される。

図１０は、ホログラム２２の製造装置の概略を示す模式図である。

この装置は、Ｚ方向に所定波長のレーザ光を出射する図示しないレーザ光源と、Ｘ方向にスリット状（例えば１ｍｍ幅）の第１開口８１ａを有する第１遮蔽板８１と、Ｙ方向に開いた三角形状の第２開口８２ａを有する第２遮蔽板８２と、−Ｙ方向に開いた三角形状の第３開口８３ａを有する第３遮蔽板８３と、例えばフォトポリマーからなる感光性フィルム８４を固定・回転する円形テーブル８５と、円形テーブル８５を軸中心の回りに回転自在に支持する支持部材８７と、支持部材８７を固定・支持する第１スライダ８８と、第１スライダ８８をＺ軸方向に移動自在に支持する第２スライダ８９と、第２スライダをＹ軸方向に移動自在に支持する基台９０とを有する。なお、遮蔽板８２と８３との間には、適宜の集束レンズ（図示せず）が設けてある。

そして前記開口８１ａには、レーザ光Ｌを拡散して透過する磨りガラスの如きディフューザが設けてある。

第１及び第２開口８１ａ，８２ａの組み合わせは、前記レーザ光に対して、所定長さを有する線状開口（或いは細長矩形開口）２０１として作用する。すなわち、この線状開口（或いは細長矩形開口）２０１は、第１開口８１ａの幅を短辺とし、第２開口８２ａが前記開口８１ａと重なるＸ方向の距離を長辺とする。

なお、前記基台９０に対して第２スライダ８９をＹ軸方向へ移動することにより、或いは、第２スライダ８９に対して遮蔽板８２をＹ軸方向へ移動することにより、前記線状開口２０１の長さを変更することができる。

前記構成により、前記線状開口（或いは細長矩形開口）２０１から出射され感光性フィルム８４に入射される光線は、概略、それぞれの断面形状が横長の線状（又は細長楕円形）を有する複数のランダムスペックルを備えた光ビームとなる。

第３遮蔽板８３は、前記光ビームのうち第３開口８３ａに位置する光ビームを透過する。従って、感光性フィルム８４の位置には、開口８３ａを透過した光ビームによる光スポットが形成される。

上記構成により、支持部材８７に対してテーブル８５を回転することにより、感光性フィルム８４の所望の円周方向位置β１（図１１）へ前記光スポットを形成することができる。また、基台９０に対して第２スライド８９をＹ軸方向へ移動することにより、概略、感光性フィルム８４の所望の半径方向位置ｒ１（図１１）へ前記光スポットを形成することができる。

従って、テーブル８５を所望位置へ回転すると共に、支持部材８７を所望のＹ軸方向位置へ位置ぎめすることにより、感光性フィルムの所望領域８４ａ（図１１）へレーザ光の光スポットを形成することが出来る。

ところでレーザ光Ｌは、第１開口８１ａを透過する際、前記ディフューザによって拡散される。前記ディフューザによって拡散されたレーザ光は、感光性フィルム８４において多数のランダムな略楕円状（或いは線状）の輝点を発生する。この輝点がランダムスペックルになる。このランダムスペックルの短軸と長軸の平均寸法は、前記矩形の長辺と短辺の寸法にそれぞれ対応し、前記長軸と前記長辺の方向は直交する。より具体的には、前記長辺及び短辺をＬ、Ｗとすると、前記短軸及び長軸の平均寸法は、λｈ／Ｌ、λｈ／Ｗとなる。ここに、λはレーザ光の波長であり、ｈは開口８１ａと感光性フィルムとの距離である。

従って、図１１に示す感光性フィルムの所望領域８４ａへ、前記ディフューザで拡散された光を照射することにより、当該所望領域８４ａに前記多数のランダムスペックルを形成することができる。このランダムスペックルは、概略、前記回転テーブル８１の回転中心に対応する感光性フィルムの点を中心する円の半径方向に伸びる線状又は細長楕円形状を有する。

前記ランダムスペックルの輝点部分には、露光後に現像することにより用いた感光性フィルムがポジ型の場合には窪みが、ネガ型の場合には隆起が形成され、この窪みや隆起がレリーフ型スペックル・パターンとなり、材料面に多数できると光を拡散するようになる。

前記ホログラムの製造に当たっては、各領域８４ａに対して露光を繰り返す多重露光を行うことにより、感光性フィルム８４の全体を露光する。

露光したホログラムを現像すると、スペックルが凹凸によって形成されたマスターホログラムが得られる。このように作製したマスターホログラムを電鋳型をとり、導光板の成型に用いる金型の出射面の部分に転写する。そして、マスターホログラムを転写した金型を用いて導光板を射出成型することにより、導光板の出射面にホログラムを一体成型することができる。

図１２は、前記導光板及び光学シート（プリズムフィルム）を有するバックライト装置（又は面光源装置）の一部を示す図である。

図１３は、光学シートを示す上面図である。

図１２及び１３に示すように、光学シート（プリズムフィルム）５０は、例えばアクリル樹脂、ポリオレフィン又はポリカーボネートのような透明な材料からなり、平坦な上面５１に対向する下面５２に、同心円状に連続するプリズム状の構造をなす面５３を有している。光学シートは、ポリエチレンテレフタレートフィルム等の上に光硬化樹脂でプリズム形状を形成したものでもよい。この光学シート５０は、導光板１０の反射面１３に形成された同心円状の反射溝１４の中心をその同心円の中心とほぼ一致するように、導光板１０の出射面１２上に設置される。プリズム面は導光板側を向ける場合と反対側に向ける場合の両方がありうる。導光板からの出射光の角度とプリズム頂角との関係から好ましい方を選択すればよい。

上記構成により、導光板１０及び光学シート５０を有するバックライト装置において、導光板１０の出射面１２から出射された光は、出射面１２となす角度γ１，γ２が小さい成分の光Ｌ１，Ｌ２を含んでいる。光学シート５０は、導光板１０の出射面１２となす角度が小さい光Ｌ１，Ｌ２が下面５２から入射されると、上面５１と大きな角度をなすように偏向して出射する（Ｌ１´，Ｌ２´）。このように、光学シート５０は、液晶表示装置に出射される光の正面強度を向上させる。光学シートのプリズム構造面を導光板側と反対方向に向けた配置でも、適当なプリズム頂角を選択することにより同様の効果を得ることができる。

前記バックライト装置（又は面光源装置）は、携帯電話・電子手帳等の液晶表示装置に於いて、バックライトとして使用することが出来る。

〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第２の実施の形態においては、反射面は平面部と反射溝とを有している。概略矩形形状の導光板の一つの側面を入射面として、複数の光源から入射した光は、導光板内を反射面の平面部と出射面との間で全反射を繰り返しながら進み、反射溝の傾斜部で反射されると出射面からほぼ垂直に出射する。

なお、本実施の形態は、反射面を除くと前述の第１の実施の形態と同様の構成を有するので、共通する部分については同一の符号を附して説明を省略する。

図１４は、第２の実施の形態の導光板の断面図である。なお、第２の実施の形態の導光板の上面図及び斜視図は、第１の実施の形態で示した図１（ａ）及び（ｃ）と同様である。

図１４（ａ）は、第２の実施の形態の第１の具体例を示す断面図である。

この図に示すように、反射面１３は、出射面１２に平行な平面部１３ａと、出射面１２に対して傾斜した（平行でない）第１の傾斜面１４ａを有する反射溝１４とを有している。第１の傾斜面１４ａは、図１（ａ）に示したように、途切れることなく連続して同心円状に形成された円弧状傾斜面（円弧状偏光パターン素子）を構成している。ここで、導光板１０の屈折率ｎ＝約１．５とすると、第１の傾斜面１４ａと出射面１２のなす角α１＝４３度に設定している。

本具体例では、反射溝１４の幅ｐ´を一定に維持しつつ、発光ダイオード２０からの距離が大きくなるほど反射溝１４のピッチｐが小さくなるように設定している。

図１５は、反射溝のピッチの発光ダイオードからの距離に対する依存性を示す図である。

図に示すように、第１の具体例では、反射溝１４のピッチｐは、光源の発光ダイオード２０からの距離に応じて減少している。すなわち、反射面１３において発光ダイオード２０からの距離が大きくなるほど、反射溝１４の分布が密になっている。一方、反射溝１４の幅ｐ´は一定である。

このような構成により、入射面１１から導光板１０に入射した光は、反射面１３の平面部１３ａと出射面１２との間で全反射を繰り返しながら進み、一旦反射溝１４の第１の傾斜面１４ａで反射されると、出射面１２から略垂直に、換言すると出射面１２と成す角（出射角）が小さな値で出射する。

前記出射角は、５度より小さいことが好ましく、３度より小さいことがより好ましく、１度より小さいことがさらにより好ましく、０．５度より小さいことが最も好ましい。

ここで、導光板１０内を全反射を繰り返しながら進む光は、反射溝１４の第１の傾斜面１４ａに達した成分が次々に反射されて出射面１２から出射される。したがって、発光ダイオード２０からの距離が大きくなるにつれて、次第に光量が小さくなる。したがって、仮に反射面１２において導光板１２内を進む光を反射する割合が一様であるとすると、出射面１２から出射する光は前記距離が大きくなるにつれて弱くなることになる。

本具体例においては、反射溝１４の幅ｐ´を一定に維持しつつ、前記距離が大きくなるほど反射溝１４のピッチｐを小さくし、反射溝１４の分布が密になるように設定している（図５参照）。反射溝１４の分布が密になることに伴い、反射溝１４の有する第１の傾斜面１４ａの分布する割合も次第に大きくなっている。

これによって、導光板１０内を進む光が反射溝１４によって反射される割合は、前記距離に応じて大きくなる。本具体例では、このような性質を利用して、前記ピッチｐの前記距離に対する依存性を適切に設定することにより、前記距離に関わらず出射面１２から均一な光が出射されるようにしている。この依存性は、光源となる発光ダイオード２０からの入射光の分布や、導光板１０の屈折率等の種々のパラメータに応じて適宜に設定することができる。

図１４（ｂ）は、第２の実施例の第２の具体例を示す断面図である。

本具体例では、反射溝１４のピッチｐを一定に維持しつつ、発光ダイオード２０からの距離が大きくなるほど反射溝１４の幅ｐ´が大きくなるように設定している。反射溝１４の幅ｐ´が大きくなることに伴い、反射溝１４の有する第１の傾斜面１４ａの面積も前記距離に応じて大きくなっている。

前述のように、導光板１０内を全反射を繰り返しながら進む光は、前記距離が大きくなれにつて次第に光量が小さくなる。本具体例では、前記距離が大きくなるほど反射溝１４の幅ｐが大きくなることに従い、導光板１０内を進む光が反射溝１４によって反射される割合が前記距離に応じて大きくなる。本具体例では、このような性質を利用して、前記幅ｐ´の前記距離に対する依存性を適切に設定することにより、前記距離に関わらず出射面１２から均一な光が出射されるようにしている。

図１４（ｃ）は、第３の具体例を示す断面図である。

本具体例は、反射面１３の平面部１３ａに対して凸形状の反射溝（又は反射隆起部）１４を有している。第２の傾斜面１４ｂは、図１（ａ）に示したように、途切れることなく連続して同心円状に形成された円弧状傾斜面（円弧状偏光パターン素子）を構成している。この反射溝１４を除くと、本具体例は、前記第１又は第２の具体例を同様の構成を有している。

導光板１０を反射面１３の平面部１３ａと出射面１２との間で全反射を繰り返しながら進む光は、出射面１２と角度α２をなす反射溝１４の第２の傾斜面１４ｂに反射されると出射面１２から出射される。この場合も、反射溝１４の幅ｐ´又はピッチｐを発光ダイオード２０からの距離に対して適切に設定することにより、出射面１２から均一な光が出射されるようにしている。

なお、上述の実施の形態は、本発明の一具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されない。本発明の範囲を逸脱しない限り、種々の対象に適用することができる。また、実施例中に示した数値は、一例に過ぎず、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。

例えば、前記光源は、実質的に点光源であればよく、１チップＬＥＤでも、２チップＬＥＤでも、多チップＬＥＤでもよい。

第１の実施の形態の導光板を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は斜視図をそれぞれ示す。 反射面に形成された偏光パターン素子の反射溝を示す図である。 導光板の各部の寸法を示す図である。 導光板における光路を示す図である。 出射面に形成されたホログラムを２００倍に拡大したものである。 図４に示したホログラムをさらに拡大したものである。 ホログラムの性質を説明する図であり、（ａ）は導光板の出射面１２の点Ｐ１，Ｐ２から出射された光の強度の角度依存性を示す上面図、（ｂ）は導光板１０の出射面１２の点Ｐ２から出射された光の強度分布を立体的に示す斜視図である。 ホログラムの光拡散特性の異方的な角度依存性を示す図であり、（ａ）はθ方向における出射光の光強度の角度依存性を示す図であり、（ｂ）はｒ方向の出射光の光強度の角度依存性を示す図である。 ホログラムに入射される直前の光に現れた輝線を示す図である。 本実施形態のホログラムを製造する装置の構成を示す斜視図である。 ホログラムにおけるレーザ光を照射する領域を示す図である。 導光板及び光学シート（プリズムフィルム）で構成されたバックライト装置の一部を示す図である。 光学シートを示す図である。 第２の実施の形態の導光板を示す図である。 反射溝のピッチの発光ダイオードからの距離に対する依存性を示す図である。 従来の導光板の外観を示す図である。 従来の導光板を示す正面図である。

符号の説明

１０ 導光板
１１ 入射面
１２ 出射面
１３ 反射面
１４ 反射溝
２０ 発光ダイオード

Claims (12)

1. 少なくとも一つの側面を入射面１１とし、該入射面に直交する概略矩形の出射面１２と、該出射面に対向する反射面１３とを有する導光板１０であって、
   前記反射面は、前記入射面又は前記出射面から、前記出射面の法線に対してある角度を成して入射する光線を受け、前記法線との成す角度が減少した光線を出射する偏向パターンを有し、該偏向パターンは、複数の同心円上に形成された複数の円弧状偏向パターン素子を有するものであり、
   前記出射面は、該出射面の法線に対して所定角度以下の角度を成して前記偏向パターンから入射する光線を拡散して透過する異方性拡散パターンを有し、該異方性拡散パターンは、前記偏向パターンから入射する光線を前記同心円の円弧の半径方向への拡散幅よりも、該半径方向と直交する方向への拡散幅が大きくなるように拡散し、
   前記偏向パターンは、複数の同心円に沿ってそれぞれ形成され、途切れることのない連続溝又は連続隆起部に設けられた、出射面に対して光源方向に傾斜している複数の円弧状傾斜面１４ａ，１４ｂを備え、前記円弧状傾斜面の前記出射面に対する傾斜角度α１が０．５度〜５度であることを特徴とする導光板。
2. 前記同心円の中心Ｏは、前記導光板１０のいずれかの側面上又はその近傍に位置することを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 前記偏向パターン素子は、円弧状溝又は円弧状隆起部を有する請求項１記載の導光板。
4. 前記偏向パターン素子は、円弧状傾斜面を有する請求項１記載の導光板。
5. 前記異方性拡散パターンは、サーフェスレリーフホログラムを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の導光板。
6. 前記サーフェスレリーフホログラムは、同心円の半径方向に長い線状の複数のランダムスペックル領域２２aを有する請求項５記載の導光板。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の導光板を用いたバックライト装置。
8. バックライト装置において、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の導光板１０と、導光板から出射した光を導光板平面の法線方向へ偏向する光学フィルム５０を更に有するバックライト装置。
9. 前記光学フィルム５０が、複数の同心円に沿ってそれぞれ形成された複数の屈折面を有するプリズムフィルムである請求項８記載のバックライト装置。
10. 前記光学フィルム５０が、回折格子またはホログラムが形成された光学フィルムである請求項８記載のバックライト装置。
11. 請求項７乃至１０のいずれかに記載のバックライト装置において、導光板１０の入射面１１又はその近傍に実質的に１又は２以上の発光点を有するバックライト装置。
12. 請求項１１のバックライト装置において、実質的に１又は２以上の発光点は、それぞれ一つのＬＥＤからなるバックライト装置。