JP4432039B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置等の照明手段として用いられる面状照明装置に関し、特に点状光源を使用したサイドライト型の面状照明装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータや携帯電話等の電子装置の表示デバイスとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶は、ブラウン管等とは異なり自発光型の表示素子ではないため、たとえば透過型の液晶表示装置では、その液晶パネルに対して光を照射する照明手段が必須であり、外光を利用する半透過型の液晶表示装置でも、暗所での使用を可能にするために補助的な照明手段を備えている。導光板と導光板の側方に配置された光源とを主要な構成要素とするサイドライト型の面状照明装置は、薄型化が容易であるという利点を有するため、このような液晶表示装置の照明手段として好適に使用されるものであり、その光源としては、線状光源である冷陰極管等が使用されてきた。

従来、このような面状照明装置において、その出射光を被照明体である液晶パネル等の視野角内に集光することによって、実用上重要な視野角内の輝度（正面輝度）を向上させることが行われている（たとえば、特許文献１参照）。図１２は、このような集光手段を有するサイドライト型の面状照明装置の一例を示す分解斜視図である。図１２に示す面状照明装置１００は、導光板１０１と、導光板１０１の入光面１０１ｃの側方に配置された線状光源１０２と、導光板１０１の出射面１０１ａ上に配置されたプリズムシート１０３とを備えている。

ここで、導光板１０１は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料からなる板状の導光体であり、その一方の主面である出射面１０１ａには、入光面１０１ｃに直交する方向に延在する同一形状の三角柱プリズムが同一間隔で形成され、対向する主面である反射面１０１ｂには、その面に入射した光を反射して、少なくともその一部を臨界角以下の入射角でもって出射面１０１ａに入射させるための拡散反射手段または正反射手段（図示せず）が設けられている。プリズムシート１０３は、たとえばＰＥＴフィルム等の透明樹脂材料からなるシート状部材であり、その一主面１０３ａに、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂からなる一方向に延在する多条の三角柱プリズムが形成されている。プリズムシート１０３は、導光板１０１の出射面１０１ａ上に、そのプリズム面１０３ａを導光板１０１の出射面１０１ａに対向させ、プリズムシート１０３のプリズムの延在方向が導光板１０１のプリズムの延在方向と直交するように配置される。

以下の説明において、導光板１０１の入光面１０１ｃに垂直な方向をＸ軸方向、導光板１０１の出射面１０１ａの法線方向をＺ軸方向とし、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な方向をＹ軸方向とする。また、図１２に示す座標系によって定義されるＸＹ面、ＹＺ面、およびＸＺ面に平行な任意の平面を、それぞれ単にＸＹ面、ＹＺ面、およびＸＺ面と呼ぶ。

面状照明装置１００において、線状光源１０２からの出射光は、入光面１０１ｃから導光板１０１の内部へと入射し、出射面１０１ａと反射面１０１ｂとの間で反射を繰返して導光板１０１内を伝播する過程で、その一部を光出射面１０１ａから出射させ、液晶パネル等の被照明体を照射するものである。その際、出射面１０１ａからの出射光は、その表面に形成されたプリズム群によって、ＹＺ面内における指向性がＸＺ面に向けて補正され、その出射光のＸＺ面内における方向が、プリズムシート１０３が有するプリズム群によって、ＹＺ面に向けて補正されることにより、正面輝度であるＺ軸方向近傍の輝度が向上する。この方式は、プリズムシートを２枚用いて各々のプリズムの延在方向が互いに直交するように積層し、そのプリズム面を導光板の出射面とは逆側に向けて出射面上に配置する方式と比較して、コスト比率の高いプリズムシートの使用枚数を低減できること、およびプリズムシートの平坦面からの反射により導光板側に戻される光が発生しないことなどの点で有利である。このとき、反射面１０１ｂに設けられる反射手段を、Ｙ軸方向に延在するＶ字溝等の正反射手段とし、この反射手段からの反射光が臨界角よりも僅かに小さい角度に揃えられて出射面１０１ａに入射するように形成することによって、出射面１０１ａからの出射光がＸＺ面内においてＸ軸方向に傾いた狭い指向性を有して出射するため、集光の効率が向上してさらに輝度が向上することが知られている。

一方、近年、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）の高性能化に伴い、面状照明装置のさらなる小型・薄型化および低消費電力化を図るため、点状光源である白色ＬＥＤを光源とする面状照明装置が増加している。しかし、複数の点状光源を導光板の入光面に平行に配列して一次光源とする場合、長手方向に比較的均一な輝度で発光する線状光源とは異なり、点状光源の配列からなる光源には、その配列方向に、各点状光源の正面をピークとする輝度分布の非均一性が伴うため、何らかの均一化手段を講じない限り、面状照明装置からの出射光にもその非均一性に由来する輝度ムラが発生する。たとえば、図１２に示す面状照明装置において、線状光源１０２の代りに複数の点状光源を入光面１０１ｃに平行に配列する構成とすれば、出射面１０１ａからの出射光のＹ軸方向における輝度分布は、出射面１０１ａに形成されたプリズム群によってある程度その非均一性が緩和されるものの、通常は、各点状光源の両側に対称的に輝線が発生することが知られており、輝度ムラの解消には至らない。特に、反射面１０１ｂに設ける反射手段を、上述したような正反射手段とした場合、出射面１０１ａからの出射光の輝度分布には、光源の輝度分布の非均一性が直接反映されるため、この傾向は一層顕著なものとなる。

そこで、本出願人は、先に特許文献２において、導光板の入光面に直交する方向に延在する複数種類のプリズムからなる光拡散手段を有する面状照明装置を提案した。特許文献２には、発明の一実施形態として、導光板の入光面に直交する方向に延在し、その延在方向に垂直な断面が円弧からなり、その円弧の仮想主平面に対する接線角度の最大値がそれぞれ異なる複数種類の凸部からなる光拡散手段が開示されている。このような構成によって、導光板内を伝播する光を入光面に平行な方向に拡散させることができ、一次光源として点状光源を使用しながら、被照明体を高輝度かつ均一に照明する面状照明装置が可能となった。
特開平１０−２５３９６０号公報 特願２００２−３６８８０５

しかしながら、上記特許文献２に記載されたような面状照明装置では、光拡散手段を構成する複数種類の凸部の高さがそれぞれ異なる場合があり、その場合には、導光板上に配置されるプリズムシートは、光拡散手段全体ではなく、実質的には比較的高さの高い凸部のみによって支持されるものであった。そのため、このような面状照明装置が振動や環境温度の変動等にさらされると、プリズムシートを支持する導光板の凸部とプリズムシートのプリズムとの物理的接触部分に傷が生じることがあった。その結果、面状照明装置の使用時にこの傷が輝線（欠陥）として視認され、被照明体の表示品質の劣化を招くおそれがあるという問題があった。

上記課題に鑑みて、本発明は、出射光の拡散作用を有すると共に、耐傷付き性を向上させた導光板を有するサイドライト型の面状照明装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る面状照明装置は、導光板と、該導光板の側端面に配置された点状光源と、一方向に延在する多条のプリズムが形成されたプリズム面を有するプリズムシートとを備える面状照明装置において、前記導光板の出射面には、前記点状光源が配置された側端面にほぼ直交する方向に延在する多条の凸部が形成され、前記プリズムシートは、前記導光板の出射面側に、前記プリズム面を前記出射面に対向させて、前記プリズムの延在方向が前記多条の凸部の延在方向とほぼ直交するように配置されており、前記多条の凸部を構成する各凸部は、その延在方向に垂直な断面の輪郭が同一の曲率を有する円弧からなり、それぞれの凸部の稜線が同一の仮想平面上に位置するとともに、隣り合う凸部の前記輪郭をなす円弧が交点を有し、かつ、隣り合う凸部の間隔が不規則に分布するように配列されており、各凸部の前記輪郭をなす円弧は、両隣の円弧との交点における接線角度が互いに異なる円弧を含むとともに、隣り合う円弧の交点における該隣り合う円弧の接線角度は同一であることを特徴とする。

また、別の態様では、前記多条の凸部を構成する各凸部の前記輪郭をなす円弧の、隣り合う円弧との交点における接線角度は、４０〜７０度の範囲で分布することを特徴とする。

また、別の態様では、前記多条の凸部の隣り合う凸部の間隔は、１０〜２００μｍの範囲で分布することを特徴とする請求項１または２記載の面状照明装置。

本発明に係る面状照明装置によれば、導光板の出射面に形成される多条の凸部を構成する各凸部は、その稜線が同一の仮想平面上に位置して均一な高さを有するため、高さが不均一な多条の凸部によってプリズムシートを支持する場合に比べて、プリズムシートのプリズムが接触する凸部の面積が増大し、プリズムシートの荷重による各々の凸部に対する圧力が減少すると共に、その配置の安定性が改善され、導光板の耐傷付き性が向上する。また、多条の凸部を、複数種類の凸部から構成し、その延在方向を点状光源が配置された側端面に直交する方向とすることによって、導光板の出射面からの出射光を、上記側端面に平行な方向に拡散させて輝度ムラを改善することができ、その際、各凸部の間隔を不規則に配置することによって、この輝度ムラ改善の効果が増大すると共に、液晶表示装置等の画素周期との干渉によるモワレ縞の発生の可能性を低減することができる。

また、各凸部の延在方向に垂直な断面の外形を同一の曲率を有する円弧とし、隣り合う二つの円弧の、それらの接触部分における導光板の各接線角度を同一とすることによって、導光板を成形するための金型を加工する際に、単一種類の切削工具を用い、かつ加工深さを一定に維持したまま加工送りのみを制御することによって、光拡散作用を有する多条の凸部を成形するための多条の溝を容易に切削加工することが可能になり、金型加工コストを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における面状照明装置１０の要部を示す分解斜視図である。この面状照明装置１０は、導光板１１と、複数（本実施形態では３個）の点状光源１２と、プリズムシート１３とを備えている。ここで、各点状光源１２は白色ＬＥＤであり、導光板１１は透明樹脂材料を成形してなる板状の導光体である。導光板１１の好適な透明樹脂材料には、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポレオレフィン樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、エポキシ樹脂等が含まれる。プリズムシート１３は、たとえばＰＥＴフィルム基材の一主面にメタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂からなる多条のプリズムが形成されたシート状部材であり、本実施形態では、プリズムシート１３のプリズム面１３ａには、一方向に延在する多条の三角柱プリズムが形成されている。

面状照明装置１０において、点状光源１２は、導光板１１の一側端面である入光面１１ｃに平行に配列され、プリズムシート１３は、そのプリズム面１３ａ（したがって各単位三角柱プリズムの頂角）を導光板１１の一主面である出射面１１ａに対向させて配置されている。導光板１１の出射面１１ａには、入光面１１ｃに対して直交する方向に延在する多条の凸部が設けられており、プリズムシート１３は、そのプリズムの延在する方向と、導光板１１の出射面１１ａ上に形成された多条の凸部が延在する方向とが直交するように配置されている。なお、図１には、出射面１１ａ上の多条の凸部が、直線群として模式的に示されており、その具体的な態様は後述する。

一方、導光板１１の他方の主面である反射面１１ｂには、入光面１１ｃに平行な方向に延在する一対の斜面１４ａ、１４ｂからなる正反射手段が、入光面に対して垂直な方向に複数配列されて設けられている。その際、これらの斜面１４ａ、１４ｂの傾斜角度、斜面のサイズ、およびその配列間隔等は、入光面１１ｃからの距離の遠近による輝度分布の均一性を考慮して適宜設定されるものである。ただし、本発明に係る面状照明装置における導光板１１は、反射面１１ｂの構造によって限定されず、たとえばシボ加工によるドットパターン等の拡散反射手段を備えていてもよい。また、本実施形態における導光板１１は、入光面１１ｃから反対側の側端面に向けて薄くなる楔型を有するものとしたが、本発明に係る面状照明装置における導光板は、均一な板厚を有するものであってもよい。

以下、導光板１１の出射面１１ａに形成される多条の凸部の詳細について説明するが、以下の説明において、出射面１１ａの凸構造の基準面として設計上定義される平面を導光板の「仮想主平面」という。また、導光板１１の入光面１１ｃに垂直な方向をＸ軸方向、導光板１１の仮想主平面の法線方向をＺ軸方向、Ｘ軸およびＺ軸に垂直な方向をＹ軸方向とし、図１に示す座標系によって定義されるＸＹ面、ＹＺ面、ＸＺ面に平行な任意の面を、それぞれ単にＸＹ面、ＹＺ面、ＸＺ面という。さらに、多条の凸部を構成するそれぞれの凸部において、その延在方向に垂直な断面におけるＺ軸方向の最高点を「頂点」、それら頂点をＸ軸方向に連ねた直線を「稜線」という。

図２を参照して、本実施形態における導光板１１上に形成される多条の凸部について説明する。図２（ａ）は、図１に示す導光板１１の入光面１１ｃに平行な断面（以下、ＹＺ断面という）を一部省略して示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の断面図を部分的に拡大して示す断面図である。本実施形態において、Ｘ軸方向に延在する各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nは、その延在方向に垂直な断面（すなわち、ＹＺ断面）の輪郭が、同一の曲率を有する円弧となるように形成されている（但し、Ｎは凸部の数を示す所定の正整数）。また、図示されたＹＺ断面における各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nの頂点は、破線ｍで示す１つの仮想直線上に位置し、さらに、Ｘ軸方向にその位置をずらした任意の同様のＹＺ断面における同様の仮想直線は、１つの仮想平面に含まれ、言い換えれば、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nは、それぞれの稜線が共通の仮想平面上に位置するように形成されている。したがって、本実施形態における面状照明装置１０では、導光板１１の出射面１１ａ上に配置されるプリズムシート１３は、そのＹ軸方向に延在する各プリズムが、すべての凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nに支持されて配置されている。

なお、本発明は、上述したような各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nの稜線が位置する仮想平面が、各凸部の高さの基準面である仮想主平面に平行である場合に限定されないが、本実施形態では、上記仮想平面と仮想主平面とは平行であるとする。すなわち、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nは、Ｚ軸方向の高さがＸ軸方向に一定の円筒面であり、各円筒面のＺ軸方向の高さはすべて等しいものとする。

本実施形態では、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nの間隔は、それらの稜線間の間隔ｗ₁〜ｗ_N-1として定義することができ、その値は、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nの配列全体に渡って不規則に分布している。この際、各間隔ｗ_k（１≦ｋ≦Ｎ−１）の範囲は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、望ましくは１０〜２００μｍの範囲である。さらに、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nの輪郭をなす円弧の任意の点における接線が仮想主平面となす角度のうち小さい方を、その点における接線角度と定義すれば、図２（ｂ）に示すように、任意の凸部Ｃ_k（１≦ｋ≦Ｎ）において、その隣り合う凸部Ｃ_k-1およびＣ_k+1との交点における各接線角度α_k、β_k（ただし、α₁、β_Nは、それぞれの円弧の終了部分における接線角度とする）は、一般には互いに異なるものとなり、また、各α_k（１≦ｋ≦Ｎ）および各β_k（１≦ｋ≦Ｎ）も、一般にはそれぞれ異なるものとなる（ただし、１≦ｋ≦Ｎ−１についてβ_k＝α_k+1が成立する）。以上のように、本実施形態における導光板１１では、出射面１１ａ上に形成される多条の凸部は、接線角度の値の組（α_k，β_k）がそれぞれ異なる複数種類の凸部からなり、さらに、それら複数種類の凸部が多条の凸部の配列全体に渡って不規則に分布している。この際、各接線角度α_k、β_k（１≦ｋ≦Ｎ）の値の範囲は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、望ましくは４０〜７０度の範囲である。

このような面状照明装置１０において、各点状光源１２から入光面１１ｃに入射した光は、出射面１１ａと反射面１１ｂとの間を反射しながら導光板１１の内部を伝播し、その過程で、臨界角以下の入射角を有して出射面１１ａに到達した光の一部が導光板１１の外に出射して、たとえば液晶表示装置等の被照明体を照射するものである。その際、出射面１１ａ上に配置されたプリズムシート１３のＹ軸方向に延在する多条のプリズムによって、ＸＺ面内における光の出射方向がＹＺ面に向けて補正されて、正面輝度であるＺ軸方向近傍の輝度が向上する。

さらに、本実施形態における導光板１１の出射面１１ａは、断面形状の異なる複数種類の凸部によって、仮想主平面に対する傾斜角度の様々に異なる微小な斜面群がＹ軸方向に不規則に分布する構成となるため、各点状光源からその前方に集中して入射した光をＹ軸方向に効果的に拡散し、Ｙ軸方向における輝度分布の非均一性が改善される。また、このような斜面群を構成する各凸部の稜線は、共通の仮想平面上に位置するため、プリズムシート１３は、その荷重をすべての凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nに分散させて、導光板１１上に安定に配置されている。

ここで、図２に示す導光板１１では、各凸部の間隔ｗ₁〜ｗ_N-1は、各凸部の配列全体に渡って不規則に分布するものとしたが、本実施形態における導光板は、図３にそのＹＺ断面を示す導光板２１のように、それぞれ異なる間隔ｗ₁、ｗ₂を有して配列された３つの凸部Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃を１つのユニットＬとし、このユニットＬを繰返し配列することによって多条の凸部を構成するものであってもよい。この場合、ユニットＬの間隔ｄは、異なる複数種類の間隔が不規則に分布するものである。また、ユニットＬを構成する凸部の個数および各凸部の間の間隔は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定することができる。

さらに、図４（ａ）にＹＺ断面を示す導光板３１のように、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nの表面を、Ｘ軸方向に延在する一軸性を有する微小な凹凸により粗面化してもよい（図４（ｂ）のＡ部拡大図参照）。この微小な凹凸によって、各凸部Ｃ₁〜Ｃ_Nは、粗面化された断面形状がそれぞれ異なる複数種類の凸部から構成されることになり、仮想主平面に対する傾斜角度の様々に異なる微小な斜面群がＹ軸方向に不規則に分布するため、各点状光源からその前方に集中して入射した光をＹ軸方向に効果的に拡散し、Ｙ軸方向における輝度分布の非均一性が改善される。その際、好適な平均表面粗さの範囲は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２で定められる中心線平均粗さＲａで表した場合、Ｒａ＝０．１〜１．０μｍである。なお、このような粗面化を施した凸部Ｃ_k（１≦ｋ≦Ｎ）について、各凸部の間隔ｗ_kおよび接線角度（α_k，β_k）は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、好ましくは、図２および図３に基づいて上述した導光板１１、２１の構成に、さらに、この粗面化処理を付加することによって、顕著な拡散作用を発揮するものである。

次に、本発明に係る面状照明装置の第１の参考例を説明する。ただし、本参考例における面状照明装置は、導光板以外の構成要素は、図１に示す面状照明装置１０と同様のものであるため、その図示は省略し、本参考例の説明において導光板およびその出射面と反射面以外の構成要素、および面状照明装置自体を参照する場合には、図１に示す符号と同一の符号を用いる。

図５（ａ）は、本参考例における導光板４１のＹＺ断面を一部省略して示す断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の断面図を部分的に拡大して示す断面図である。本参考例において、Ｘ軸方向に延在する各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nは、そのＹＺ断面の輪郭が、それぞれ頂角θ₁〜θ_Nを有する二等辺三角形となるように形成されている（但し、Ｎは凸部の数を示す所定の正整数）。また、図示されたＹＺ断面における各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nの頂点は、破線ｍで示す１つの仮想直線上に位置し、さらに、Ｘ軸方向にその位置をずらした任意の同様のＹＺ断面における同様の仮想直線は、１つの仮想平面に含まれ、言い換えれば、各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nは、それぞれの稜線が共通の仮想平面上に位置するように形成されている。したがって、本参考例における面状照明装置１０では、導光板４１の出射面４１ａ上に配置されるプリズムシート１３は、そのＹ軸方向に延在する各プリズムが、すべての凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nに支持されて配置されている。

なお、本参考例では、上記仮想平面と仮想主平面とは平行であるとする。すなわち、各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nは、Ｚ軸方向の高さがＸ軸方向に一定の三角柱であり、各三角柱のＺ軸方向の高さはすべて等しいものとする。

本参考例では、各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nの間隔は、それらの稜線間の間隔ｗ₁〜ｗ_N-1として定義することができ、その値は、各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nの配列全体に渡って不規則に分布している。この際、各間隔ｗ_k（１≦ｋ≦Ｎ−１）の範囲は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、望ましくは１０〜２００μｍの範囲である。さらに、本参考例における導光板４１では、出射面４１ａ上に形成される多条の凸部は、頂角θ_kがそれぞれ異なる複数種類の凸部からなり、さらに、それら複数種類の凸部が多条の凸部の配列全体に渡って不規則に分布している。この際、頂角θ_k（１≦ｋ≦Ｎ）の値の範囲は、５０〜１６０度の範囲で適宜選択して実用に供する特性を得ることができ、好ましくは、１３０〜１６０度の範囲である。なお、本参考例では、各凸部Ｔ_k（１≦ｋ≦Ｎ）の断面形状を二等辺三角形としたが、任意の凸部Ｔ_k（１≦ｋ≦Ｎ）において、その三角形を形成する１対の斜面がそれぞれ仮想主平面となす角度α_k、β_kを互いに異なるものとしてもよい。

このような面状照明装置１０において、各点状光源１２から入光面１１ｃに入射した光は、出射面４１ａと反射面４１ｂとの間を反射しながら導光板４１の内部を伝播し、その過程で、臨界角以下の入射角を有して出射面４１ａに到達した光の一部が導光板４１の外に出射して、たとえば液晶表示装置等の被照明体を照射するものである。その際、出射面４１ａ上に配置されたプリズムシート１３のＹ軸方向に延在する多条のプリズムによって、ＸＺ面内における光の出射方向がＹＺ面に向けて補正されて、正面輝度であるＺ軸方向近傍の輝度が向上する。

さらに、本参考例における導光板４１の出射面４１ａは、断面形状の異なる複数種類の凸部によって、仮想主平面に対する傾斜角度の様々に異なる微小な斜面群がＹ軸方向に不規則に分布する構成となるため、各点状光源からその前方に集中して入射した光をＹ軸方向に効果的に拡散し、Ｙ軸方向における輝度分布の非均一性が改善される。また、このような斜面群を構成する各凸部の稜線は、共通の仮想平面上に位置するため、プリズムシート１３は、その荷重をすべての凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nに分散させて、導光板４１上に安定に配置されている。

ここで、図５に示す導光板４１では、各凸部の間隔ｗ₁〜ｗ_N-1は、各凸部の配列全体に渡って不規則に分布するものとしたが、本参考例における導光板は、図６にそのＹＺ断面を示す導光板５１ように、それぞれ異なる間隔ｗ₁、ｗ₂を有して配列された３つの凸部Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃を１つのユニットＬとし、このユニットＬを繰返し配列することによって多条の凸部を構成するものであってもよい。この場合、ユニットＬの間隔ｄはすべて同一であっても、異なる複数種類の間隔を含むものであってもよく、さらに、異なる複数種類の間隔が不規則に分布するものであってもよい。また、ユニットＬを構成する凸部の個数および各凸部の間の間隔は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定することができる。

さらに、図７（ａ）にそのＹＺ断面を示す導光板６１ように、各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nの表面を、Ｘ軸方向に延在する一軸性を有する微小な凹凸により粗面化してもよい（図７（ｂ）のＡ部拡大図参照）。この微小な凹凸によって、たとえば凸部間の間隔ｗ_kおよび各凸部Ｔ_kの角度の組（θ_k，α_k，β_k）が同一であっても、各凸部Ｔ₁〜Ｔ_Nは、粗面化された断面形状がそれぞれ異なる複数種類の凸部から構成されることになり、仮想主平面に対する傾斜角度の様々に異なる微小な斜面群がＹ軸方向に不規則に分布するため、各点状光源からその前方に集中して入射した光をＹ軸方向に効果的に拡散し、Ｙ軸方向における輝度分布の非均一性が改善される。その際、好適な平均表面粗さの範囲は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２で定められる中心線平均粗さＲａで表した場合、Ｒａ＝０．１〜１．０μｍである。なお、このような粗面化を施した凸部Ｔ_k（１≦ｋ≦Ｎ）について、凸部間の間隔ｗ_kおよび各凸部Ｔ_kの角度の組（θ_k，α_k，β_k）は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、好ましくは、図５および図６に基づいて上述した導光板４１、５１の構成に、さらにこの粗面化処理を付加することによって、顕著な拡散作用を発揮するものである。

次に、本発明に係る面状照明装置の第２の参考例を説明する。ただし、本参考例における面状照明装置は、導光板以外の構成要素は、図１に示す面状照明装置１０と同様のものであるため、その図示は省略し、本参考例の説明において導光板およびその出射面と反射面以外の構成要素、および面状照明装置自体を参照する場合には、図１に示す符号と同一の符号を用いる。

図８は、本参考例における導光板７１のＹＺ断面を一部省略して示す断面図である。本参考例において、Ｘ軸方向に延在する各凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nは、そのＹＺ断面の輪郭が、それぞれ異なる形状を有する複数種類の多角形となるように形成されている（但し、Ｎは凸部の数を示す所定の正整数）。また、図示されたＹＺ断面における各凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nの頂点は、破線ｍで示す１つの仮想直線上に位置し、さらに、Ｘ軸方向にその位置をずらした任意の同様のＹＺ断面における同様の仮想直線は、１つの仮想平面に含まれ、言い換えれば、各凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nは、それぞれの稜線が共通の仮想平面上に位置するように形成されている。したがって、本参考例における面状照明装置１０では、導光板７１の出射面７１ａ上に配置されるプリズムシート１３は、そのＹ軸方向に延在する各プリズムが、すべての凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nに支持されて配置されている。

なお、本参考例では、上記仮想平面と仮想主平面とは平行であるとする。すなわち、各凸部Ｐ1〜ＰNは、所定の多角形からなる断面を有し、Ｚ軸方向の高さがＸ軸方向に一定の角柱であり、各角柱のＺ軸方向の高さはすべて等しいものとする。

本参考例では、各凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nの間隔は、それらの稜線間の間隔ｗ₁〜ｗ_N-1として定義することができ、その値は、各凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nの配列全体に渡って不規則に分布している。この際、各間隔ｗ_k（１≦ｋ≦Ｎ−１）の範囲は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、望ましくは１０〜２００μｍの範囲である。さらに、各凸部Ｐ_k（１≦ｋ≦Ｎ）を形成する斜辺の仮想主平面に対する傾斜角度を図８（ｂ）のように定義すれば、本参考例における導光板７１では、出射面７１ａ上に形成される多条の凸部は、傾斜角度の組（φ_k,1,φ_k,2,・・・φ_k,n）のそれぞれ異なる複数種類の凸部からなり、さらに、それら複数種類の凸部が多条の凸部の配列全体に渡って不規則に分布している。ここで、ｎは、凸部Ｐ_kを形成する斜辺の数を示し、図８（ｂ）の例では、Ｐ_kの場合ｎ＝４、Ｐ_k+1の場合ｎ＝３である。

このような面状照明装置１０において、各点状光源１２から入光面１１ｃに入射した光は、出射面７１ａと反射面７１ｂとの間を反射しながら導光板７１の内部を伝播し、その過程で、臨界角以下の入射角を有して出射面７１ａに到達した光の一部が導光板７１の外に出射して、たとえば液晶表示装置等の被照明体を照射するものである。その際、出射面７１ａ上に配置されたプリズムシート１３のＹ軸方向に延在する多条のプリズムによって、ＸＺ面内における光の出射方向がＹＺ面に向けて補正されて、正面輝度であるＺ軸方向近傍の輝度が向上する。

さらに、本参考例における導光板７１の出射面７１ａは、断面形状の異なる複数種類の凸部によって、仮想主平面に対する傾斜角度の様々に異なる微小な斜面群がＹ軸方向に不規則に分布する構成となるため、各点状光源からその前方に集中して入射した光をＹ軸方向に効果的に拡散し、Ｙ軸方向における輝度分布の非均一性が改善される。また、このような斜面群を構成する各凸部の稜線は、共通の仮想平面上に位置するため、プリズムシート１３は、その荷重をすべての凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nに分散させて、導光板７１上に安定に配置されている。

ここで、図８に示す導光板７１では、各凸部の間隔ｗ₁〜ｗ_N-1は、各凸部の配列全体に渡って不規則に分布するものとしたが、本参考例における導光板は、図９にそのＹＺ断面を示す導光板８１ように、それぞれ異なる間隔ｗ₁、ｗ₂を有して配列された３つの凸部Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃を１つのユニットＬとし、このユニットＬを繰返し配列することによって多条の凸部を構成するものであってもよい。この場合、ユニットＬの間隔ｄはすべて同一であっても、異なる複数種類の間隔を含むものであってもよく、さらに、異なる複数種類の間隔が不規則に分布するものであってもよい。また、ユニットＬを構成する凸部の個数および各凸部の間の間隔は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定することができる。

さらに、図１０（ａ）にそのＹＺ断面を示す導光板９１ように、各凸部Ｐ_k（１≦ｋ≦Ｎ）の表面を、Ｘ軸方向に延在する一軸性を有する微小な凹凸により粗面化してもよい（図１０（ｂ）参照）。この微小な凹凸によって、たとえば凸部間の間隔ｗ_kおよび各凸部Ｐ_kを形成する斜辺の傾斜角度の組（φ_k,1,φ_k,2,・・・φ_k,n）が同一であっても、各凸部Ｐ₁〜Ｐ_Nは、粗面化された断面形状がそれぞれ異なる複数種類の凸部から構成されることになり、これによって、仮想主平面に対する傾斜角度の様々に異なる微小な斜面群がＹ軸方向に不規則に分布するため、各点状光源からその前方に集中して入射した光をＹ軸方向に効果的に拡散し、Ｙ軸方向における輝度分布の非均一性が改善される。その際、好適な平均表面粗さの範囲は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２で定められる中心線平均粗さＲａで表した場合、Ｒａ＝０．１〜１．０μｍである。なお、このような粗面化を施した凸部Ｐ_k（１≦ｋ≦Ｎ）について、凸部間の間隔ｗ_kおよび各凸部Ｐ_kを形成する斜辺の傾斜角度の組は、輝度分布の均一性および後述する金型加工の際の加工性等を考慮して適宜設定されるものであるが、好ましくは、図８および図９に基づいて上述した導光板７１、８１の構成に、さらにこのような粗面化処理を付加することによって、顕著な拡散作用を発揮するものである。

ここで、本発明に係る面状照明装置における導光板の好適な製造方法を簡単に説明する。一般に、面状照明装置に使用される導光板は、上述したような透明樹脂材料から好ましくは射出成形によって形成されるものであり、その金型加工において、本発明に係る多条の凸部に対応する部分は、それぞれの断面形状に適合した刃先形状を有する切削工具を使用し、仮想主平面に対応する基準面からの切削深さを一定として、上述したような配列間隔の条件を満たすように多条の溝を切削することによって、形成することができる。その際、所定の中心線平均粗さＲａを有する加工面を備えた切削工具を使用して、この溝加工を実施することによって、一軸性を有する微小な凹凸による粗面化処理を同時に施すことができる。特に、上述した第１の実施形態では、刃先形状が所定の曲率を有する球面をなすような１種類の切削工具を使用して、仮想主平面に対応する基準面からの切削深さを一定に保ち、その加工送りのみを制御することによって、所望する多条の溝を加工することができる。

以上の実施形態の説明を通じて、導光板の入光面と導光板の出射面上に形成される多条の凸部、および、導光板の出射面上に形成される多条の凸部と導光板上に配置されるプリズムシートのプリズムとは、それぞれ直交するものとしたが、本発明は、これらの方向が、１０度程度以内の角度を有して傾斜している場合を含むものである。

導光板を成形するための金型加工の際に、曲率半径が３５μｍの刃先を有するバイトを用い、基準面からの加工深さを３５μｍに維持したまま、加工送りを４５〜６５μｍの範囲内で不規則に変動させて溝加工を繰返して、多条の溝を形成した。この場合、隣り合う溝同士の接触部分において、隣り合う円弧の対向する接線角度は互いに一致し、その接線角度が４０〜７０度の範囲内で不規則に分布する。この金型を用いて、図１１（ａ）にそのＹＺ断面を示す導光板を成形した。本実施例では、図示されるように、各凸部の断面の頂点の仮想主平面Ｓからの高さｈは、すべて３５μｍで同一である。この導光板を使用し、プリズムシートを、そのプリズム面を導光板の出射面に対向させ、各プリズムの延在方向が導光板上の多条の凸部の延在方向と直交するように配置して、面状照明装置を構成した。このような面状照明装置について、振動試験（振幅：１．５ｍｍ、周波数範囲：１５Ｈｚ〜６０Ｈｚ、周期：１５分、試験時間：Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向につき１時間）およびヒートサイクル試験（温度範囲：−４０℃〜８５℃、周期：１時間、試験時間：１００時間）を実施した結果、導光板の凸部上に傷は発生しなかった。また、正面輝度および輝度分布の均一性等の光学特性においては、下記の比較例と同等の特性を示した。

＜比較例＞
導光板を成形するための金型加工の際に、曲率半径が３５μｍの刃先を有するバイトを用い、基準面からの加工深さを２５μｍ〜３５μｍの範囲内で不規則に変動させ、かつ、隣り合う溝同士の接触部分において各円弧の両側の接線角度が一致するように、加工送りを４５〜６５μｍの範囲内で変動させて溝加工を繰返し、多条の溝を形成した。この場合、各接線角度は、４０〜７０度の範囲内で不規則に分布する。この金型を用いて、図１１（ｂ）にそのＹＺ断面を示す導光板を成形した。本比較例では、図示されるように、各凸部の断面の頂点の仮想主平面Ｓからの高さは、ｈ１〜ｈ２（２５〜３５μｍ）の範囲で不規則に分布する。この導光板を使用し、プリズムシートを、そのプリズム面を導光板の出射面に対向させ、各プリズムの延在方向が導光板上の多条の凸部の延在方向と直交するように配置して、面状照明装置を構成した。このような面状照明装置について、振動試験（振幅：１．５ｍｍ、周波数範囲：１５Ｈｚ〜６０Ｈｚ、周期：１５分、試験時間：Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向につき１時間）およびヒートサイクル（温度範囲：−４０℃〜８５℃、周期：１時間、試験時間：１００時間）を実施した結果、導光板の凸部の、プリズムシートのプリズムとの接触部分に傷が発生した。

本発明に係る面状照明装置の要部を示す分解斜視図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置において、導光板の第１の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を部分的に拡大して示す断面図である。 本発明に係る面状照明装置において、導光板の第１の実施形態の別の態様を示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置において、導光板の第１の実施形態のさらに別の態様を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を部分的に拡大して示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置において、導光板の第１の参考例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を部分的に拡大して示す断面図である。 本発明に係る面状照明装置において、導光板の第１の参考例の別の態様を示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置において、導光板の第１の参考例のさらに別の態様を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を部分的に拡大して示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置において、導光板の第２の参考例を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を部分的に拡大して示す断面図である。 本発明に係る面状照明装置において、導光板の第２の参考例の別の態様を示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置において、導光板の第２の参考例のさらに別の態様を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の一部を部分的に拡大して示す断面図である。 （ａ）は、本発明に係る面状照明装置における導光板の実施例を示す断面図であり、（ｂ）はその比較例を示す断面図である。 従来の面状照明装置の要部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 面状照明装置
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ 導光板
１２ 点状光源
１３ プリズムシート
Ｃ₁〜Ｃ_N 多条の凸部（円弧）
Ｔ₁〜Ｔ_N 多条の凸部（三角形）
Ｐ₁〜Ｐ_N 多条の凸部（多角形）

Claims (3)

1. 導光板と、該導光板の側端面に配置された点状光源と、一方向に延在する多条のプリズムが形成されたプリズム面を有するプリズムシートとを備える面状照明装置において、
   前記導光板の出射面には、前記点状光源が配置された側端面にほぼ直交する方向に延在する多条の凸部が形成され、
   前記プリズムシートは、前記導光板の出射面側に、前記プリズム面を前記出射面に対向させて、前記プリズムの延在方向が前記多条の凸部の延在方向とほぼ直交するように配置されており、
   前記多条の凸部を構成する各凸部は、その延在方向に垂直な断面の輪郭が同一の曲率を有する円弧からなり、それぞれの凸部の稜線が同一の仮想平面上に位置するとともに、隣り合う凸部の前記輪郭をなす円弧が交点を有し、かつ、隣り合う凸部の間隔が不規則に分布するように配列されており、
   各凸部の前記輪郭をなす円弧は、両隣の円弧との交点における接線角度が互いに異なる円弧を含むとともに、隣り合う円弧の交点における該隣り合う円弧の接線角度は同一であることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記多条の凸部を構成する各凸部の前記輪郭をなす円弧の、隣り合う円弧との交点における接線角度は、４０〜７０度の範囲で分布することを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記多条の凸部の隣り合う凸部の間隔は、１０〜２００μｍの範囲で分布することを特徴とする請求項１または２記載の面状照明装置。

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