JP4438441B2 - 照明装置及びそれを備える表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及びそれを備える表示装置に関し、特に高効率で出射光分布が均一な照明装置、液晶表示装置用バックライト及びその液晶表示装置用バックライトを備える液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置の画面サイズが大型化され、液晶テレビ等へ応用範囲が広がっている。液晶表示装置は、従来のＣＲＴ等に比べ低消費電力であるが、大型化にともない液晶表示装置の消費電力の大半を占める液晶表示装置用バックライト（液晶表示装置の照明装置）の消費電力の大きさが問題となっている。また、液晶表示装置の低価格化を一段と進めていく上で、液晶表示装置用バックライトの低価格化も求められている。

従来の液晶表示装置用バックライト（液晶用ＢＬ）は、図４３に示すように、冷陰極管（ＣＣＦＬ）を複数本並べ、周囲を反射シートで覆った筐体で囲まれ、筐体からの出射面に出射光分布を均一化する拡散板及び出射光を集光する光学シート（レンズシート等）を重ねた構成となっている。この構成では、ＣＣＦＬから出射された光は、拡散板と反射シートの間で反射を繰り返しながら均一化され、拡散板から出射される。この時、拡散板、反射シートあるいはＣＣＦＬに光が吸収されるため、一般的な透過率：約５０％、反射率：約５０％の拡散板を用いた場合、ＣＣＦＬからの出射光のうち、６０％程度しか拡散板から出射されず、エネルギー効率が悪く、消費電力が大きくなる一因となっている。また、光学シートは、レンズ形状等を薄型シートに形成するため高価格であり、しかも、複数枚用いられるため液晶ＢＬの低価格化を進めていく上で障害となっている。

上述したような拡散板を用いない液晶用ＢＬとして、特許文献１の図１に記載されている照明装置が提案されている。特許文献１の照明装置では、出射面にフレネルレンズを配置することによって、指向性が高く且つ強度分布が比較的均一な照明装置を提供するとしている。また、特許文献２の図１には、導光部材に光源からの入射光を左右に振り分ける盲穴を設けることによって、均一化を図ることが提案されている。

特開２００２−３５２６１１号公報 （第１−３頁、図１） 特開２００１−２３４２３号公報 （第１−２頁、図１、図２）

しかしながら、特許文献１に開示された照明装置では、特許文献１の図１４に示されるように、単位フレネルレンズ（液晶用ＢＬの一部分）の全範囲において、最大値の６０％程度の均一性しか得られておらず、均一性が不十分である。

また、特許文献２に開示された照明装置では、光源からの光を光路変換により一様に広げ、指向性のない状態にしているため、導光部材の他に集光手段を設ける必要があり、価格の上昇を招く。更に、特許文献２に開示された照明装置は、エッジライト方式であり、導光部材の側面ではなく面外から入射する光は考慮されていない。したがって、前記照明装置を、大型液晶表示装置に一般的に用いられている照明装置、すなわち均一化部材（図１では拡散板）の面外から均一化部材に光が入射する方式の照明装置として用いることはできない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、出射光分布が均一で、且つ出射光角度分布が狭く、加えて、低価格で、且つ均一化部材の面外から入射する光を照明に用いることができる方式の照明装置を提供することを目的とする。

本願第１発明に係る照明装置は、光源と、この光源の光が光入射面から入射され光出射面から光を出射する導光板とを有し、前記導光板は、前記光出射面に設けられた光分配部と、前記光入射面に設けられたプリズム部とを有し、前記光分配部は、前記光源から入射する光のうち、一部の光をそのまま前記導光板から出射させ、残りの光の少なくとも一部を前記プリズム部に向けて反射すると共に、前記プリズム部は、前記光分配部から入射する光及び前記光源から直接入射する光を屈折及び反射させて、その少なくとも一部を前記光出射面に導くものであり、前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光源と前記光入射面との距離をｒ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板長さ）をｓ、前記光源から前記導光板に入射する光と前記光入射面の垂直方向とがなす角度をｘ０とするとき、下記数式を満たすことを特徴とする。

前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記光分配部は、前記光出射面の垂直方向とのなす角がθ３である反射面を有し、前記光源から前記導光板に入射する光が前記光入射面の垂直方向となす角度をｘ０、前記光出射面に平行方向の前記光源の幅をＤ、前記光出射面に平行方向の前記光分配部の幅をＰとするとき、前記θ３が下記数式を満たすことが好ましい。

前記θ３が下記数式を満たすことが好ましい。

前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記光分配部は、前記光出射面の垂直方向とのなす角がθ３である反射面及び前記光出射面の平行方向とのなす角がθ４である反射面を有し、前記光源から前記導光板に入射する光が前記光入射面の垂直方向となす角度をｘ０、前記光出射面に平行方向の前記光源の幅をＤ、前記光出射面に平行方向の前記光分配部の幅をＰとするとき、前記θ３及びθ４が下記数式を満たすことが好ましい。

前記θ３及びθ４が下記数式を満たすことが好ましい。

本願第２発明に係る照明装置は、光源と、この光源の光が光入射面から入射され光出射面から光を出射する導光板とを有し、前記導光板は、前記光入射面に設けられた光分配部と、前記光入射面であって前記光分配部が配置されていない領域に設けられたプリズム部とを有し、前記光分配部は、前記光源から入射する光のうち、一部の光をそのまま前記導光板から出射させ、残りの光の少なくとも一部を屈折させて前記光出射面で反射させ、前記プリズム部は、前記光出射面で反射して入射する光及び前記光源から直接入射する光を屈折及び反射させて、その少なくとも一部を前記光出射面に導くものであり、前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光源と前記光入射面との距離をｒ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板長さ）をｓ、前記光源から前記導光板に入射する光と前記光入射面の垂直方向とがなす角度をｘ０とするとき、下記数式を満たすことを特徴とする。

前記ｘ０は下記数式を満たすことが好ましい。

前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことが好ましい。

前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことが好ましい。

前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことが好ましい。

前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことが好ましい。

前記αは下記数式を満たすことが好ましい。

前記光源は、前記光出射面に平行方向に延びる線状光源であることが好ましい。また、前記プリズム部は、前記光源同士の中間を中心として左右対称（前記光源が１つの場合は前記光源を中心として左右対称）であることが好ましい。

前記光分配部が、前記光源からの光を透過する面と反射する面との繰り返しにより形成されていてもよい。

前記照明装置は、例えば液晶表示装置に使用できる。

本発明においては、光源からの出射光が相対的に強い光源の直上付近において導光板に光分配部を設けることで、一部の光はそのまま導光板から出射させ、残りの光は導光板のプリズム部に向けて反射させている。プリズム部に入射した光はプリズム部で屈折及び反射され、光源からの出射光が相対的に弱い部位である光源からある程度以上距離が離れた導光板部位から主に出射する。これにより、出射光分布を均一にすることができ、且つ出射光角度分布を狭くすることもできる。また、出射光を集光するための光学シートを用いていないため、低価格な照明装置とすることもできる。更に、エッジライト方式ではないので、均一化部材の面外から入射する光を照明に用いることもでき、大型液晶表示装置に適用することにも適する。

次に、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本願第１発明の実施形態に係る照明装置の断面の模式図である。本実施形態では、出射光が相対的に強い光源４の直上付近において導光板１の光出射面に光分配部２を設け、導光板１の光入射面にプリズム部３を設ける。光分配部２は、光源４からの出射光の一部をそのまま導光板１から出射させ、残りの光の少なくとも一部をプリズム部３に向けて反射する。プリズム部３は、光分配部２から入射する光及び光源４から直接入射する光を屈折及び反射させて、その少なくとも一部を導光板１の光出射面に導く。

次に、本実施形態の動作について説明する。光源４から出射されて導光板１の光分配部２に入射した光は、そのうちの一部がそのまま導光板１から出射され、残りの光の大部分はプリズム部３に向けて反射される。光分配部２で反射されてプリズム部３に入射した光及び光源４から直接プリズム部３に入射した光は、プリズム部３で屈折及び反射されて、その光の多くは光分配部２が配置されていない光源から離れた領域において、導光板１の光出射面側から光出射面に垂直な方向で、且つ光源４から遠ざかる方向を中心とした方向（以下、照明方向と記す。）に出射される。

通常の照明装置では、光源の直上付近では出射光が強く、光源間等の光源から離れた部分では出射光が弱くなるが、本実施形態では、光分配部２により光源の直上付近の強い出射光を光源間等の光源から離れた部分に分配し、光分配部２が配置されていない光源から離れた領域においてプリズム部３により照明方向に出射させることで出射光分布の均一化を図ることができる。

このためには、光分配部２を適切な位置に配置させることが必要である。また、プリズム部３に入射する光を導光板１の光出射面側から照明方向に効率良く出射するようにプリズム部３のプリズム面の角度を設定することが必要である。プリズム部３に入射する光には、光源４から直接入射する光と光源からの光が光分配部２で反射されて入射する光の２つを考慮する必要がある。更に、光分配部２の反射面の角度を光分配部２で反射された光が導光板１の光源４から離れた部分のプリズム部３に入射するように設定することが必要である。

先ず、光分配部２を配置すべき位置について、図２を参照して説明する。

光分配部２は、光源から入射する光のうち、一部の光を導光板１の出射面から照明方向に出射し、その他の光を反射させてプリズム部３に入射させることを目的としている。導光板１内を進行してきた光で導光板１の光出射面を透過し空気中へ進行する場合の臨界角よりも入射角が大きい光は導光板１の光出射面を透過しないため、上記臨界角以上の光が光分配部２に入射しても光分配部２は役割をなさない。上記臨界角ｘは、導光板１の空気に対する相対屈折率をｎとすると、下記数式１のように表される。

従って、図２に示すように、光源４と導光板１の光入射面との距離をｒ、導光板１の厚さをｄ、導光板１の光出射面に平行方向の光源の幅をＤとし、光源４から導光板１の光入射面に引いた垂線と光入射面との交点を中心として導光板１の光出射面に光分配部２を配置するとすると、図２における幾何学的な関係から光分配部２の光出射面に平行方向の幅として必要な幅Ｐは、下記数式２のようになる。なお、実際には導光板１に入射した光は、導光板１の光入射面で屈折し、その屈折角は入射角よりも小さくなるが、下記数式２を満たす幅Ｐをもつ光分配部２に入射せず、導光板１の光出射面から出射する光は少量と考えられることから、図２のように導光板１の光入射面での屈折は考えずに、光の進行を直線と近似して考えて光分配部２の幅Ｐの最大値を算出しても問題はない。

光源４からの出射光量の多い領域は少なくとも光源の幅以上であるので、導光板１の光出射面側に光分配部２を配置する場合、光分配部２の幅として必要な幅Ｐは、下記数式３のようになる。

ここで、光分配部２に入射する光の入射角について求めておく。光源４から光分配部２に入射する光の入射角ｘ０（光と導光板１の光入射面との垂直方向とがなす角）の最大値をｘ０（ｍａｘ）とすると、図２の幾何学的関係から下記数式４．Ａが得られ、数式４．Ａを変形して数式４．Ｂが得られる。

したがって、光源４から光分配部２に入射する光の入射角ｘ０の範囲は下記数式４．Ｃのようになる。

次に、プリズム部３のプリズム面の導光板１の光入射面に対して設定すべき角度について考える。以下では、最も近傍にある光源に近い側のプリズム面をプリズム面３ａ、遠い側のプリズム面をプリズム面３ｂと記す。そして、プリズム面３ａの導光板１の光入射面に対する角度をθ１、プリズム面３ｂの導光板１の光入射面に対する角度をθ２とする。また、以下では、導光板１の光入射面と光出射面とは平行とする。

前述のように、プリズム部３に入射する光には、光源４から直接入射する光と光源からの光が光分配部２で反射されて入射する光の２つがある。

先ず、光源４から直接入射する光に対して設定すべきプリズム面の角度について説明する。光源４からのプリズム部に入射する光には、図３に示すように、プリズムとプリズムの間の導光板１と平行な面に入射する光Ａ、プリズム面３ａに入射する光Ｂ、プリズム面３ｂに入射する光Ｃの３種類がある。これらのうち、プリズム面３ｂに入射する光Ｃは、照明方向との角度差が大きい光の割合が大きいため、この光を照明方向に出射することによって、光源４直上付近以外の部分で出射光量を増やし照明装置からの出射光量を均一化するか、又は出射光角度分布を狭めることができる。

以下では、光源４からプリズム部３のプリズム面３ｂに直接入射する光Ｃの導光板１の光入射面への入射角ｘ０が、プリズム部３のプリズム面３ｂの光入射面に対する角度θ２よりも小さい場合（ｘ０≦θ２の場合）と大きい場合（ｘ０＞θ２の場合）の夫々の場合について、光Ｃが照明方向に出射されるためのプリズム部３のプリズム面の設定すべき角度について説明する。プリズム部３のプリズム面３ｂに光源４から直接入射した光がプリズム面３ｂを透過した場合の透過光の導光板１の光入射面とのなす角度をγ、空気の屈折率をｎ０、導光板１の屈折率をｎ１、導光板１の空気に対する相対屈折率をｎ＝ｎ１／ｎ０とする。

図４を参照して、ｘ０≦θ２の場合に、光Ｃが照明方向に出射されるためのプリズム部３のプリズム面の設定すべき角度について説明する。ｘ０≦θ２の場合、図４に示すようにプリズム面３ｂを透過して進行する光にスネルの法則を適用することで、下記数式５が得られ、下記数式５を変形することで下記数式６が得られる。

この光が二つ目のプリズムのプリズム面３ａに反射され、照明方向に出射されるためには、先ず二つ目のプリズムのプリズム面３ａに数式６を満たす光が入射することが必要であり、このためには下記数式７を満たす必要がある。

上記数式６及び７を満たす光が導光板１の光出射面から照明方向に出射される場合は、図５のように２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて導光板１の光出射面の法線方向よりも左側に出射される場合及び図６のように２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて導光板１の光出射面の法線方向よりも右側に出射される場合がある。そこで、上記数式６及び７を満たす光が導光板１の光出射面から照明方向に出射されるための条件を図５及び６を参照して求める。

導光板１の光出射面の法線方向よりも左側に出射される図５の場合、導光板１の光出射面を透過した光が導光板１の光出射面の法線方向とのなす角をｙとすると、スネルの法則を適用することで、下記数式８が得られる。

導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、下記数式９を満たす必要がある。

数式８及び９から下記数式１０が得られる。

導光板１の光出射面の法線方向よりも右側に出射される図６の場合、導光板１の光出射面を透過した光の導光板１の光出射面との垂直軸とのなす角をｙとすると、スネルの法則を適用することで、下記数式１１が得られる。

導光板１から光出射面の照明方向に出射されるためには、下記数式１２を満たす必要がある。

数式１１及び１２から下記数式１３が得られる。

数式１０又は数式１３を満たせば、２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて光が導光板１の光出射面から照明方向に出射されるので、ｘ０≦θ２の場合、プリズム部３のプリズム面３ｂに入射した光Ｃが導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、下記数式１４を満たすことが必要である。

以上より、ｘ０≦θ２の場合、プリズム部３のプリズム面３ｂに入射した光Ｃが導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式６、数式７及び数式１４を満たすことが必要である。

図７を参照して、ｘ０＞θ２の場合に、光Ｃが照明方向に出射されるためのプリズム部３のプリズム面の設定すべき角度について説明する。ｘ０＞θ２の場合、図７に示すようにプリズム面３ｂを透過して進行する光にスネルの法則を適用することで、下記数式１５が得られ、下記数式１５を変形することで下記数式１６が得られる。

また、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、ｘ０＞θ２の場合についてもｘ０≦θ２の場合と同様に数式７及び１４を満たす必要がある。

なお、光源間距離（光源が複数存在する場合）又は導光板長さ（光源が１つの場合）をｓ、光源中心又は光源表面と導光板１との距離をｒ、導光板１の厚さをｄとし、任意の１つの光源４に注目した場合、この光源４から距離ｓ以上離れて、導光板１の光入射面に入射する光は距離ｓ以下の光に比べ、極めて少量となる。したがって、プリズム部３に入射する光の導光板１の光入射面に対する入射角ｘ０の範囲としては、図８に示すように下記数式１７の範囲を考えればよい。

以上のことより、導光板１の光入射面に対してθ２の角度を持つプリズム面３ｂに直接入射する光（図３のＣに示す光）を照明方向に出射させるためには、ｘ０≦θ２の場合には、数式７、数式１４、数式６及び数式１７により導光板１の光入射面に対するプリズム面３ｂの角度θ２を設定すればよく、ｘ０＞θ２の場合には、数式７、数式１４、数式１６及び数式１７により導光板１の光入射面に対するプリズム面３ｂの角度θ２を設定すればよい。

なお、光源４からの光は光源と光源の中間付近で最も弱くなるので、図９に示すように光源４から直接プリズム部３に入射する光のうち、光源と光源の中間付近の光、すなわち入射角度ｘ０が下記数式１８を満たす光について、照明方向に導光板１の光出射面から出射するように導光板１の光入射面に対するプリズム面３ｂの角度θ２を設定することが好ましい。

次に、光源４からの光が光分配部２に反射されてプリズム部３に入射する場合に、その光を導光板１の光出射面から照明方向に出射させるために設定すべきプリズム面の角度について説明する。

先ず、設定すべきプリズム面の角度を考える前提として、プリズム部３に入射する光が導光板１の光出射面となす角をαをしたとき、プリズム面の角度の設定の際に考慮すべきαの範囲について考える。図１０に示すように、任意の１つの光源４に対応した光分配部２からの反射光が、隣の光源に対応した光分配部２に再び入射すると、分配とは逆の経路を通り、その隣の光源側に出射されてしまい、その光は照明に生かされないことになる。したがって、前記αとしては、導光板の厚さをｄ、光源間距離（光源が１つの場合は導光板長さ）をｓとするとき、下記数式１９を満たす範囲の反射光を考慮すればよく、下記数式１９を満たす光に対しプリズム面の角度を設定すればよい。このことは、光分配部２の反射面の設定という観点からみると、反射光がなるべく多く下記数式１９を満たすように、光分配部２の反射面の角度を設定すればよいことになる。

更に、光源４からの光は光源と光源の中間付近で最も弱くなるので、光源と光源の中間付近に入射する反射光をプリズム部によりなるべく多く照明方向に出射するようにプリズム面の角度を決めることが好ましい。例えば、図１１に示すように光源と光源の中間付近に入射する反射光としては、導光板１の光出射面となす角度αの範囲が下記数式２０の範囲を満たすものを考慮することが好ましい。このことは、光分配部２の反射面の設定という観点からみると、光分配部２からの反射光が光源と光源の中間付近に集中しやすいように設定することが好ましく、光分配部２からの反射光の光出射面に対する角度αが下記数式２０を満たす範囲となるように光分配部２の反射面の角度を設定することが好ましい。

次に、光源４からの光が光分配部２に反射されてプリズム部３に入射する場合に、その光を照明方向に出射させるために設定すべきプリズム面の角度について説明する。なお、光分配部２からの反射光が導光板１の光出射面となす角度αの範囲は数式１９に示す範囲であることを前提条件とする。

光分配部２からの反射光角度（反射光と導光板１の光出射面とのなす角）をα、光源に近いプリズム面３ａの導光板１の光入射面に対する角度をθ１とする。導光板の屈折率が空気より大きいため、下記数式２１を満たす場合、図１２に示すように光分配部２からの反射光のうちプリズム部３を経て導光板１から光源側に出射される量が多くなる。

従って、光分配部２からの反射光のうちプリズム部３を経て導光板１の光出射面から照明方向に出射される量を多くするためには、図１３に示すように下記数式２２を満たすように光源に近いプリズム面３ａの導光板１の光入射面に対する角度θ１を設定する必要がある。

光分配部２からの反射光のうちプリズム部３を経て導光板１の光出射面から照明方向に出射される量を多くするための条件式である上記数式２２を満たす条件のもとで、光分配部２からの反射光が１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した後の光の進行は、以下の２つの場合に分けられる。第１の場合は、図１４に示すように、１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が照明方向に進行する場合であり、第２の場合は、図１５に示すように、１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が光源方向に進行する場合である。

図１４に示す第１の場合のように光が進行するための条件を求める。

光分配部２から入射する光が導光板１の光出射面となす角をα、この光がプリズム面３ａを透過した場合の透過光が導光板１の光出射面となす角度をβ１、この透過光がプリズム面３ａの法線方向となす角度をｘ、空気の屈折率をｎ０、導光板の屈折率をｎ１、導光板の空気に対する相対屈折率をｎ＝ｎ１／ｎ０とすると、図１４に示すようにプリズム面３ａを透過する光にスネルの法則を適用することで、下記数式２３が得られ、下記数式２３を変形することで下記数式２４が得られる。

照明方向に透過光が進行するためには、ｘ＋θ１＞９０°となればよい。したがって、下記数式２５を満たせばよい。

照明方向に進行するこの透過光がプリズム面３ａの法線方向となす角度ｘは数式２４のように表されるので、図１４に示すように照明方向に進行するこの透過光が導光板１の光入射面となす角をβ１とすると、β１は下記数式２６のように表される。

図１５に示す第２の場合のように光が進行するための条件を求める。第２の場合は、図１５に示すように、１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が光源側の方向に進行する場合である。

光分配部２から入射する光が導光板１の光出射面となす角をα、この光がプリズム面３ａを透過した場合の透過光が導光板１の光入射面となす角度をβ１、この透過光がプリズム面３ａの法線方向となす角度をｘ、空気の屈折率をｎ０、導光板の屈折率をｎ１、導光板１の空気に対する相対屈折率をｎ＝ｎ１／ｎ０とすると、図１５に示すようにプリズム面３ａを透過する光にスネルの法則を適用することで、下記数式２７が得られ、下記数式２７を変形することで下記数式２８が得られる。

光源側の方向に透過光が進行するためには、ｘ＋θ１≦９０°となればよい。したがって、下記数式２９を満たせばよい。

光源方向に進行するこの透過光がプリズム面３ａの法線方向となす角度ｘは数式２８のように表されるので、図１５に示すように光源方向に進行するこの透過光が導光板１の光入射面となす角をβ１とすると、β１は下記数式３０のように表される。

上述した第１の場合のように光が進行する場合で、光分配部２からの反射光がプリズム部３を透過し、最終的にはプリズム面３ａで反射されて導光板１から照明方向に出射される場合は、下記（１）及び（２）を考えれば大部分の光をカバーできる。上述した第２の場合のように光が進行する場合で、光分配部２からの反射光がプリズム部３を透過し、最終的にはプリズム面３ａで反射されて導光板１から照明方向に出射される場合は、下記（３）及び（４）を考えれば大部分の光をカバーできる。なお、いずれの場合も数式２２を満たしていることを前提とする。

（１）１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、この透過光が１つ目のプリズムのプリズム面３ｂを透過し、２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射される場合。

（２）１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、この透過光が１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズム面３ａ及び２を透過し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射される場合。

（３）１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が光源側の方向に進行する場合（数式２９を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２を透過し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射される場合。

（４）１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が光源側の方向に進行する場合（数式２９を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２、３つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２を透過し、４つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射される場合。

前記（１）となるための条件について説明する。すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、この透過光が１つ目のプリズムのプリズム面３ｂを透過し、２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるための条件である。

１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光分配部２からの反射光が、プリズム面３ａを透過し、その透過光が照明方向に進行し（図１４、数式２５）、さらにプリズム面３ｂも透過する場合は２つの場合があり、図１６のようにプリズム面３ｂの法線方向よりも導光板１の照明方向寄りに透過光が進行する場合及び図１７のようにプリズム面３ｂの法線方向よりも導光板１の照明方向に対し遠い方向に透過光が進行する場合がある。図１６、図１７のどちらの場合についてもプリズム面３ｂを透過した透過光が導光板１の光入射面となす角をβ２とする。

図１６に示す第１の場合ように光が進行する場合、スネルの法則を適用することで下記数式３１が得られ、下記数式３１を変形することで下記数式３２が得られる。

図１７に示す第２の場合ように光が進行する場合、スネルの法則を適用することで下記数式３３が得られ、下記数式３３を変形することで下記数式３４が得られる。

なお、ｓｉｎ^-１（−ｘ）＝−ｓｉｎ^-１ｘであるので、上記数式３２と数式３４は同じ式となる。

１つ目のプリズムのプリズム面３ｂを透過し、数式３２（数式３４）に示すβ２の角度で進行する光が２つ目のプリズムのプリズム面３ａに当たるためには下記数式３５を満たす必要がある。

次に、数式３２（数式３４）に示すβ２の角度で進行する光が２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されるための条件を求める。そのために、まず、２つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過する場合について考える。図１８に示すように、導光板１の光入射面に対して角度β２で進行する光が２つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過する場合、その透過光の屈折角をｘとすると、スネルの法則より下記数式３６が得られ、下記数式３６を変形することで下記数式３７が得られる。

図１８において、透過光の屈折角ｘの最大値は９０°であり、このとき図１８におけるプリズム面３ａへの入射角（９０°＋β２−θ１）も最大値をとり、その値は、下記数式３８のようになる。

したがって、図１８におけるプリズム面３ａへの入射光がプリズム面３ａを透過せず反射するための条件は下記数式３９を満たすことである。下記数式３９を変形することで下記数式４０が得られ、数式３５と数式４０から数式４１が得られる。

次に、２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射された光が導光板１の光出射面から照明方向に出射させるための条件を求める。２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射された光が導光板から照明方向に出射される場合は図１９のように導光板１の光出射面の法線方向よりも左側に出射される場合及び図２０のように導光板１の光出射面の法線方向よりも右側に出射される場合がある。

図１９のように導光板１の光出射面の法線方向よりも左側に出射される場合、導光板１の光出射面を透過した光が導光板１の光出射面の法線方向とのなす角をｙとすると、導光板１の光出射面から照明方向に出射される光についてスネルの法則を適用すると下記数式４２が得られる。

導光板から照明方向に出射されるためには、下記数式４３を満たす必要がある。

数式４２及び４３から下記数式４４が得られる。

図２０のように導光板１の光出射面の法線方向よりも右側に出射される場合、導光板１の光出射面を透過した光が導光板１の光出射面の法線方向とのなす角をｙとすると、導光板１の光出射面から照明方向に出射される光についてスネルの法則を適用すると下記数式４５が得られる。

導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、下記数式４６を満たす必要がある。

数式４５及び４６から下記数式４７が得られる。

数式４４又は数式４７を満たせば、２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて光が導光板１の光出射面から照明方向に出射されるので、図１４のように１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が照明方向に進行する場合に導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、下記数式４８を満たす必要がある。

以上のことより、前記（１）となるための条件を満たすためには、すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、この透過光が１つ目のプリズムのプリズム面３ｂを透過し、２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式１９、数式２２、数式２５、数式２６、数式３２、数式４１及び数式４８を満たせばよい。

次に、前記（２）となるための条件を求める。すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、この透過光が１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズム面３ａ及び２を透過し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるための条件である。

１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過するための条件は、数式３８より、導光板１の光入射面に対して数式３２で表される角度β２で進行する光が下記数式４９を満たすことである。

２つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が導光板１の光入射面となす角をβ３とすると、数式３６から求められる透過光の屈折角ｘを用いて、下記数式５０のように表せるので、角度β３は下記数式５１のようになる。

導光板１の光入射面に対して角度β３をもつ光は、２つ目のプリズムのプリズム面３ｂに入射し、この面を透過すると、導光板１の光入射面とのなす角が下記数式５２で表されるβ４である光となる。なお、この数式５２は、数式３２のβ２をβ４に置き換え、且つ数式３２のβ１をβ３に置き換えるとともに、数式５１を代入することで得られる。

この光が３つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射し、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式４１及び４８を求めたときと同様にして、下記数式５３及び５４を満たす必要がある。

以上のことより、前記（２）となるための条件を満たすためには、すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が照明方向に進行する場合（数式２５を満たす場合）で、この透過光が１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズム面３ａ及び２を透過し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式１９、数式２２、数式２５、数式２６、数式３２、数式５２、数式５３及び数式５４を満たせばよい。

次に、前記（３）となるための条件を求める。すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が光源側の方向に進行する場合（数式２９を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２を透過し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるための条件である。

１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が光源側の方向に進行する場合（図１５）、この光が導光板１の光入射面となす角β１は前記数式３０のように表される。この透過光が１つ目のプリズム面３ｂに入射しやすくするようにするため、及びプリズム部においてプリズムの数を多く配置できるようにするため、プリズム面３ｂが導光板１の光入射面となす角度は９０°に近いほうが望ましい。この場合、プリズム面３ｂを透過して屈折しても光は大きくは方向を変えないので、図２１に示すようにプリズム面３ｂを透過した光の進行方向はプリズム面３ｂで屈折してもなお光源側の方向となる場合が多くなる。この図２１に示すように光が進行する場合において、透過光の進行方向と導光板１の光入射面とのなす角をβ５とすると、スネルの法則を用いることで、下記数式５５のようにβ５を求めることができる。

β５の大きさは１つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の導光板１の光入射面とのなす角αよりも小さくなっているので、下記数式５６を満たす場合が多く生じる。

上記数式５６は、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した透過光の進行方向が照明方向であるための条件式である数式２５のαをβ５に置き換えた数式であり、数式５６を満たす場合、導光板１の光入射面とのなす角がβ５の光は２つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射して透過すると、この透過光は照明方向に進行するので、前記（１）及び（２）の場合と同様に取り扱うことができる。したがって、図２１に示すように、２つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が導光板１の光入射面となす角をβ６、２つ目のプリズムのプリズム面３ｂを透過した光が導光板１の光入射面となす角をβ７とすると、β６及びβ７は下記数式５７及び５８のように求めることができる。

導光板１の光入射面に対してβ７の角度をもつ光が３つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式４１及び４８を求めたときと同様にして、下記数式５９及び６０を満たす必要がある。

以上のことより、前記（３）となるための条件を満たすためには、すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が光源側の方向に進行する場合（数式２９を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２を透過し、３つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式１９、数式２２、数式２９、数式３０、数式５５、数式５７、数式５８、数式５９及び数式６０を満たせばよい。

次に、前記（４）となるための条件を求める。すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が光源側の方向に進行する場合（数式２９を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２、３つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２を透過し、４つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるための条件である。

このための条件は、数式２２、数式２９、数式３０が成立するという前提の下で、前記（２）となるための条件における数式５２乃至５４において、β２をβ７（数式５８）に置き換えるとともに、３つ目のプリズムのプリズム面３ｂを透過した光が導光板１の光入射面となす角をβ９として、β４をβ９に置き換えることで得られる下記数式６１乃至６３を満たせばよい。

なお、β７をθ１及びθ２で表示するためには、β６（数式５７）、β５（数式５５）、β１（数式３０）が必要である。

以上のことより、前記（４）となるための条件を満たすためには、すなわち、数式２２を満たしていることを前提として、１つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過した光が光源側の方向に進行する場合（数式２９を満たす場合）で、１つ目のプリズムのプリズム面３ｂ、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２、３つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２を透過し、４つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射されて、導光板１の光出射面から照明方向に出射されるためには、数式１９、数式２２、数式２９、数式３０、数式５５、数式５７、数式５８、数式６１、数式６２及び数式６３を満たせばよい。

次に、導光板１の光出射面側に設けられた光分配部の反射面の角度について考える。

光分配部２には、光源４からの光の一部を照明方向とは逆方向に反射する面が必要であるが、照明方向とは逆方向に反射する場合としては、１つの面で反射する場合と２つの面で反射する場合がある。

先ず、光分配部２の１つの面で反射する場合について考える。図２２に示すように光源４から導光板１に入射する光の入射角をｘ０、その屈折角をｙ、空気の屈折率をｎ０、導光板１の屈折率をｎ１、導光板１の空気に対する相対屈折率をｎとする。光源４から導光板１に入射される光にスネルの法則を適用することで、下記数式６４が得られ、数式６４を変形することで、下記数式６５のように屈折角ｙが求められる。

上記数式６５に示す屈折角で導光板１内を進行してきた光が、導光板１の光出射面の垂直方向とのなす角がθ３である面（以下、θ３の面と記す。）で反射されるための条件を求めるため、まず反射せず透過する場合を考え、透過する場合の屈折角をα’とする。スネルの法則より、下記数式６６が得られる。

光が反射せず透過するときのα’の最大値はα’＝９０°であり、このとき数式６６は下記数式６７のようになる。

したがって、数式６５に示す屈折角で導光板１内を進行してきた光が、導光板１の光出射面の垂直方向とのなす角がθ３である面で反射するための条件は、数式６５及び６７より、下記数式６８のようになる。

上記数式６８を満たす条件のもと、θ３の面で反射された光が照明方向と逆方向に進行すると仮定し、その光が導光板１の光入射面となす角をα１とすると、図２２に示す光の進行方向の各角度についての幾何学的な関係から下記数式６９が得られ、数式６９をα１について解くことで下記数式７０が得られる。

照明方向と逆方向にθ３の面で反射された光が進行するためには下記数式７１を満たすことが必要である。

数式６５、７０及び７１より、照明方向と逆方向にθ３の面で反射された光が進行するためには下記数式７２を満たすことが必要である。

更に、前述したように、反射光がなるべく多く前記数式１９を満たすように、光分配部２の反射面の角度θ３を設定してやることが好ましく、数式１９、６５及び７０より求められる下記数式７３を満たすことが好ましい。

更にまた、前述したように、反射光がなるべく多く前記数式２０を満たすように、光分配部２の反射面の角度θ３を設定してやることがより好ましく、数式２０、６５及び７０より求められる下記数式７４を満たすことがより好ましい。

次に、光分配部２の２つの面で反射して、光源からの光を照明方向とは逆方向に反射する場合について考える。

図２３に示すように、光分配部２の２つの反射面は、反射面と導光板１の光出射面の垂直方向とがなす角がθ３である面（以下θ３の面と記す）と、反射面と導光板１の光出射面とがなす角がθ４である面（以下θ４の面と記す）とからなるものとする。また、光源から導光板に入射する光の入射角をｘ０、その透過光の屈折角をｙとする。θ３の面で反射されるためには数式６８を満たす必要があるので、θ３の面とθ４の面の両方の面で反射されるためには数式６８を満たすことが必要である。図２３に示すように、θ３の面で反射された光がθ４の面に入射する入射角は、２×θ３−θ４−ｙであるので、この光がθ４の面で反射されるためには、下記数式７５を満たす必要がある。

上記数式７５に数式６５を代入すると数式７６が求まり、この数式７６がθ３の面で反射された光がθ４の面でも反射されるための条件式となる。

θ４の面で反射された光が導光板１の光出射面となす角をα２とすると、図２３に示す光の進行方向の各角度についての幾何学的な関係から下記数式７７が得られ、数式７７をα２について解くことで下記数式７８が得られる。

なお、前述したように、光分配部２からの反射光の進行方向がなるべく多く前記数式１９を満たすように、光分配部２の反射面の角度を設定してやることが好ましく、数式１９、６５及び７８より求められる下記数式７９を満たすことが好ましい。

更にまた、前述したように、反射光がなるべく多く前記数式２０を満たすように、光分配部２の反射面の角度θ３及びθ４を設定してやることがより好ましく、数式２０、６５及び７８より求められる下記数式８０を満たすことがより好ましい。

図２４は本願第１発明を適用した照明装置の模式図であり、図２５はその断面図である。線状光源４ａから出射された光は、導光板１に入射するが、線状光源４ａからの出射光が強い光源直上付近には光分配部２が配置されており、図２６に示すように線状光源４ａから光分配部２に入射する光の一部は透過し、照明装置の照明方向に出射し、一部は照明方向とは逆側に反射される。光源からの光の一部を照明方向とは逆側に反射するようにするため、光分配部２は、条件１（数式３、数式４、数式６８及び数式７３）又は条件２（数式３、数式４、数式６８、数式７５及び数式７８）を満たす面を、その一部に持たなければならない。

このような光分配部２としては、図２６に示すような照明方向とは逆側に反射する面と透過する面（条件１及び２を満たさない面）が交互に形成されてものが好ましく、光分配部２からの反射光の反射光角度及び反射光量の制御が行いやすい。例えば、図２７で示すような階段状構造を組み合わせた光分配部２（図２８）では、θ３、θ４を調整することによって光分配部２からの反射光の反射光角度を制御でき、また、導光板１の光出射面に対して平坦に近い面と急角度を有する面の長さを調整することによって、反射光と透過光の割合を調整できる。更に、光源からの光は光源と光源の中間付近で最も弱くなるので、光分配部２からの反射光の反射角度αは、光分配部２からの反射光が光源と光源の中間付近に集中しやすいように、前記数式２０を満たすように設定することが好ましい。

導光板１のプリズム部３は、図２９に示すように、光分配部２からの反射光を照明方向に出射する役割と、光源４から導光板１の光源間に直接入射する光を照明方向に効率よく出射させる役割とを持つ。光分配部２からの反射光を照明方向に出射する機能を持つプリズム部３は、条件３（数式１９、数式２２、数式２５、数式２６、数式３２、数式４１及び数式４８）、条件４（数式１９、数式２２、数式２５、数式２６、数式３２、数式５２、数式５３及び数式５４）、条件５（数式１９、数式２２、数式２９、数式３０、数式５５、数式５７、数式５８、数式５９及び数式６０）、条件６（数式１９、数式２２、数式２９、数式３０、数式５５、数式５７、数式５８、数式６１、数式６２及び数式６３）のいずれかを満たす必要がある。光源４から導光板１の光源間に直接入射する光を照明方向に効率よく出射させる機能を持つプリズム部３は、条件７（数式７、数式１４、数式６（ｘ０≦θ２の場合）、数式１６（ｘ０＞θ２の場合）、数式１７）を満たす必要がある。

また、前述のように、光源からの光は光源と光源の中間付近で最も弱くなるので、光源からの光の入射角度ｘ０が数式１８を満たすような入射光に対して、前記条件３乃至６のいずれかの条件を満たすようにプリズム部の２つのプリズム面の角度を設定することが好ましい。また、プリズム部は、光源と光源の中間を中心として左右対称であることが、出射光の均一化の面から好ましい。

また、光分配部２からプリズム部３に入射する光の導光板面に対する角度、及び光源から直接プリズム部３に入射する光の導光板１の光入射面に対する角度は、プリズム部３が配置される位置によって変わる。したがって、プリズム部３が配置される位置に応じてプリズム部３の２つのプリズム面の角度θ１及びθ２、並びに光分配部２の反射面の角度θ３及びθ４を適切に設定すれば、さらに出射光の出射効率の向上及び出射光の均一化を図ることができる。

なお、導光板１の光入射面に対するプリズム面３ａ及びプリズム面３ｂの角度並びに光分配部２の反射面の角度について以上述べてきた計算による検討は、導光板１の光入射面及び光出射面に直交する任意の断面で行っているので、導光板１の光出射面に平行方向に延びる線状光源でなく、点光源でも成り立つ。

また、本発明の実施形態の照明装置に係る導光板１には、樹脂（アクリル樹脂等）及びガラス等を用いることができる。導光板１を樹脂製とする場合、射出成形により成形することができる。また、光分配部２を有する導光板とプリズム部３を有する導光板を熱プレス又は射出成形で成形し両者を接着剤で張り合わすこと等によって、作製することもできる。

光源としては冷陰極管及びＬＥＤ（発光ダイオード）等を用いることができる。また、砲弾型ＬＥＤ及び表面実装型ＬＥＤ等のような点光源を間隔を空けて線状に配置したものを、線状光源として用いることもできる。

次に、本願第２発明の実施形態に係る照明装置について説明する。図３０は本願第２発明の実施形態に係る照明装置の断面の模式図である。図３０に示すように、出射光が相対的に強い光源４の直上付近において導光板１の光入射面に光分配部２を設け、導光板１の光入射面にプリズム部３を設ける。光分配部２は、光源４からの出射光の一部をそのまま導光板１から出射させ、残りの光の少なくとも一部を屈折させて導光板１の光出射面で反射させる。プリズム部３は、導光板１の光出射面で反射して入射する光及び光源４から直接入射する光を屈折及び反射させて、その少なくとも一部を導光板１の光出射面に導く。

次に、本実施形態の動作について説明する。光源４から出射されて導光板１の光分配部２に入射した光は、そのうちの一部がそのまま導光板１から出射し、残りの光の大部分は光分配部２で屈折して導光板１内を進行する。そして、この光が導光板１の光出射面に入射する入射角が臨界角よりも大きければ導光板１の光出射面で反射する。導光板１の光出射面で反射してプリズム部３に入射した光及び光源４から直接プリズム部３に入射した光は、プリズム部３で屈折及び反射されて、主に光分配部２が配置されていない光源から離れた領域において、導光板１の光出射面側から光出射面に垂直な方向で、且つ光源４から遠ざかる方向を中心とした方向に出射される。

本実施形態の効果は前述した本願第１発明の実施形態の効果と同様であり、光分配部２により光源の直上付近の強い出射光を光源間等の光源から離れた部分に分配し、光分配部２が配置されていない光源から離れた領域においてプリズム部３により照明方向に出射させることで出射光分布の均一化を図ることができる。

このためには、導光板１のプリズム部３のプリズム面の角度を、光分配部２で屈折し導光板１の光出射面で反射してプリズム部３に入射する光が、導光板１の光出射面側から照明方向に効率良く出射するようにプリズム部３のプリズム面の角度を設定することが必要である。また、導光板１のプリズム部３のプリズム面の角度を、導光板１の光源４から離れた部分のプリズム部３に直接入射する光が、導光板１の光出射面側から照明方向に効率良く出射するようにプリズム部３のプリズム面の角度を設定することが必要である。これらのためのプリズム部３のプリズム面の角度の設定は、本願第１発明の実施形態のところで述べた設定と同様である。

導光板１の光入射面に光分配部２を設けた場合の光分配部２の光出射面に平行方向の幅として必要な幅Ｐは、光分配部２を導光板１の光出射面に設けた場合と同様に図２を参照して算出する。光分配部２を導光板１の光出射面に設ける場合は、導光板１の厚さｄを考慮しなくてよいので、光分配部２の幅として必要な幅Ｐは、下記数式８１のようになる。

光源４からの出射光量の多い領域は少なくとも光源の幅以上であるので、導光板１の光入射面に光分配部２を配置する場合、光分配部２の幅として必要な幅Ｐは下記数式８２のようになる。

光分配部２を導光板の光入射面に配置した構成の導光板においては、光分配部とプリズム部が同一面に存在するため、構造形成が導光板の一方の面だけで済み、製造が容易になるという利点がある。

（実施例１）
図３１は作成した光源ユニットの全体図であり、図３２は作成した光源ユニットの部分断面図である。内側に反射シート１２を貼り付けた筐体１１内に、直径３ｍｍの冷陰極管（ＣＣＦＬ）１０を２３.４ｍｍ間隔で３本配置して光源ユニット１３を作成した。導光板１４は幅：８０ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚さ２.５ｍｍとし、光分配部１５は図３３に示すようにθ３＝３５°又は４５°、θ４＝０°の階段状で、光分配部１５間の距離は図３４に示すように冷陰極管１０間と同様に２３.４ｍｍとした。また、図３５に示すように、導光板１４のプリズム部１６はθ１＝６０°、θ２＝９０°とし、冷陰極管１０間の中間で左右対称になるようプリズム面を構成した。この導光板１４はアクリル樹脂製であり、光分配部１５を有する導光板とプリズム部１６を有する導光板を別々に熱プレスにより作成し、両者を導光板と同じ屈折率（ｎ＝１.５）の接着剤で張り合わせることにより作成した。

光源ユニット１３上に導光板１４を積層し、図３６のように照明装置１７を構成し、その出射光分布、出射光角度分布を求めた。

本実施例の照明装置は、導光板の代わりに市販の拡散板（透過率：約５０％）を用いた場合に比べ、１.２６倍の出射光量が得られ、また、図３７に示すよう、良好な出射光分布（最小値／最大値＝８８％）が得られた。さらに、図３８に示すように、本実施例の出射光角度分布は、拡散板を用いた場合に比べ狭いことが確認された。出射光角度分布の測定位置は、図３９に示すように、ＣＣＦＬ直上を０ｍｍとしたとき、隣接するＣＣＦＬの方へ８ｍｍ離れた位置である。

（実施例２）
実施例１における導光板のプリズム部をθ１＝５０°、θ２＝９０°とし、その他は実施例１と同様とした。

本実施例の照明装置は、導光板の代わりに市販の拡散板（透過率：約５０％）を用いた場合に比べ、１.２４倍の出射光量が得られ、実施例１とほぼ同程度の出射光分布が得られた。また、出射光角度分布も実施例１とほぼ同程度のものが得られた。

（実施例３）
実施例１における導光板のプリズム部をθ１＝６０°、θ２＝８０°とし、その他は実施例１と同様とした。

本実施例の照明装置は、導光板の代わりに市販の拡散板（透過率：約５０％）を用いた場合に比べ、１.２６倍の出射光量が得られ、また、最小値／最大値＝８３％の出射光分布が得られた。さらに、本実施例の出射光角度分布は、図４０に示すように、拡散板を用いた場合に比べ狭いことが確認された。出射光角度分布の測定位置は、ＣＣＦＬ直上を０ｍｍとしたとき、隣接するＣＣＦＬの方へ１０ｍｍ離れた位置である。

（実施例４）
実施例１における導光板のプリズム部をθ１＝６０°、θ２＝９０°とした。さらに、図４１に示すように、導光板面に対する角度がθ２であるプリズム面と導光板面に対する角度がθ１であるプリズム面の間隔ＬをＬ＝０.０３ｍｍとし、その他は実施例１と同様とした。

本実施例の照明装置は、導光板の代わりに市販の拡散板（透過率：約５０％）を用いた場合に比べ、１.１９倍の出射光量が得られ、実施例１とほぼ同程度の出射光分布が得られた。また、出射光角度分布も実施例１とほぼ同程度のものが得られた。

（比較例）
実施例１における導光板のプリズム部をθ１＝６０°、θ２＝３０°とし、その他は実施例１と同様とした。

本実施例の照明装置は、導光板の代わりに市販の拡散板（透過率：約５０％）を用いた場合に比べ、１.２５倍の出射光量が得られたが、図４２に示すよう、大きな出射光分布を有していた（最小値／最大値＝６２％）。

本発明の構成を示す模式図である。 光分配部の必要な幅を示す模式図である。 光源から直接プリズム部に入射する光を示す模式図である。 光源から直接プリズム部のプリズム面３ｂに入射し、その面を透過する光の経路を示す模式図である。 光源から直接プリズム部のプリズム面３ｂに入射し、その面を透過し、隣のプリズムのプリズム面３ａで反射された後に導光板の光出射面から光出射面の法線方向よりも左側に出射される光の経路を示す模式図である。 光源から直接プリズム部のプリズム面３ｂに入射し、その面を透過し、隣のプリズムのプリズム面３ａで反射された後に導光板の光出射面から光出射面の法線方向よりも右側に出射される光の経路を示す模式図である。 光源から直接プリズム部のプリズム面３ｂに入射し、その面を透過する光の経路を示す模式図である。 光源から直接プリズム部に入射する光の模式図である。 光源から直接プリズム部に入射する光の模式図である。 光分配部で反射された光が、プリズム部を経て再度隣の光分配部に入射し、そこで反射されて導光板の光入射面から出射される光の経路を示す模式図である。 光分配部で反射されてプリズム部に入射する光の経路を示す模式図である。 光分配部で反射されプリズム部のプリズム面３ａに入射し、その面の法線方向よりも光源側の方向に屈折して透過する場合の光の経路を示す模式図である。 光分配部で反射されプリズム部のプリズム面３ａに入射し、その面の法線方向よりも照明側の方向に屈折して透過する場合の光の経路を示す模式図である。 １つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が照明方向に進行する場合を示す模式図である。 １つ目のプリズムのプリズム面３ａに入射した光の透過光が光源方向に進行する場合を示す模式図である。 プリズム面３ｂの法線方向よりも導光板の出射方向寄りに透過光が進行する場合を示す模式図である。 プリズム面３ｂの法線方向よりも導光板の出射方向に対して遠い方向に透過光が進行する場合を示す模式図である。 ２つ目のプリズムのプリズム面３ａを透過する光の経路を示す模式図である。 ２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射された光が導光板面から導光板面の法線方向よりも左側に出射される場合の光の経路を示す模式図である。 ２つ目のプリズムのプリズム面３ａで反射された光が導光板面から導光板面の法線方向よりも右側に出射される場合の光の経路を示す模式図である。 １つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２と、２つ目のプリズムのプリズム面３ａ及び２とを透過して進行する場合の光の経路を示す模式図である。 光分配部の１つの面で光を反射して照明方向とは逆方向に反射する場合の光の経路を示す模式図である。 光分配部の２つの面で光を反射して照明方向とは逆方向に反射する場合の光の経路を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る照明装置の模式図である。 本発明の実施形態に係る照明装置の断面の模式図である。 光分配部の一部の模式図である 光分配部の階段状構造の部分についての模式図である。 階段状構造を有する光分配部の全体について示す模式図である。 導光板のプリズム部の２つの役割を模式的に表した図である。 光分配部が光入射面に配置された場合の導光板の断面の模式図である。 作成した光源ユニットの全体図である。 作成した光源ユニットの部分断面図である。 作成した導光板の光分配部の全体についての断面図である 作成した照明装置についての冷陰極管、導光板の光分配部及び導光板のプリズム部の位置関係を模式的に表した図である。 作成した照明装置についての導光板のプリズム部の配置を模式的に表した図である。 作成した照明装置の全体を表す模式図である。 実施例１の出射光分布についての測定結果を示すグラフ図である。 実施例１の出射光角度分布についての測定結果を示すグラフ図である。 実施例１の出射光角度分布の測定位置を示す模式図である。 実施例３の出射光角度分布についての測定結果を示すグラフ図である。 実施例４のプリズムの配置を示す模式図である。 比較例の出射光分布についての測定結果を示すグラフ図である。 従来の液晶表示装置用バックライトの模式図である。

符号の説明

１：導光板
１ａ：導光板の光入射面
１ｂ：導光板の光出射面
２、１５：光分配部
２ａ：光分配部の反射面
２ｂ：光分配部の透過面
２ｃ：光分配部の透過面兼反射面
３、１６：プリズム部
３ａ：最も近傍にある光源に近い側のプリズム面
３ｂ：最も近傍にある光源に遠い側のプリズム面
４：光源
４ａ：線状光源
５、１２：反射シート
１０：冷陰極管
１１：筐体
１３：光源ユニット
１４：導光板
１７：照明装置
１０１：拡散板
１０２：冷陰極管
１０３：光学シート

Claims (16)

1. 光源と、この光源の光が光入射面から入射され光出射面から光を出射する導光板とを有し、
   前記導光板は、前記光出射面に設けられた光分配部と、前記光入射面に設けられたプリズム部とを有し、
   前記光分配部は、前記光源から入射する光のうち、一部の光をそのまま前記導光板から出射させ、残りの光の少なくとも一部を前記プリズム部に向けて反射すると共に、前記プリズム部は、前記光分配部から入射する光及び前記光源から直接入射する光を屈折及び反射させて、その少なくとも一部を前記光出射面に導くものであり、
   前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光源と前記光入射面との距離をｒ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板長さ）をｓ、前記光源から前記導光板に入射する光と前記光入射面の垂直方向とがなす角度をｘ０とするとき、下記数式を満たすことを特徴とする照明装置。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   
2. 前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記光分配部は、前記光出射面の垂直方向とのなす角がθ３である反射面を有し、前記光源から前記導光板に入射する光が前記光入射面の垂直方向となす角度をｘ０、前記光出射面に平行方向の前記光源の幅をＤ、前記光出射面に平行方向の前記光分配部の幅をＰとするとき、前記θ３が下記数式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
   

   

   
   

   

   
   

   
3. 前記θ３が下記数式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
   

   
4. 前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記光分配部は、前記光出射面の垂直方向とのなす角がθ３である反射面及び前記光出射面の平行方向とのなす角がθ４である反射面を有し、前記光源から前記導光板に入射する光が前記光入射面の垂直方向となす角度をｘ０、前記光出射面に平行方向の前記光源の幅をＤ、前記光出射面に平行方向の前記光分配部の幅をＰとするとき、前記θ３及びθ４が下記数式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   
5. 前記θ３及びθ４が下記数式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
   

   
6. 光源と、この光源の光が光入射面から入射され光出射面から光を出射する導光板とを有し、
   前記導光板は、前記光入射面に設けられた光分配部と、前記光入射面であって前記光分配部が配置されていない領域に設けられたプリズム部とを有し、
   前記光分配部は、前記光源から入射する光のうち、一部の光をそのまま前記導光板から出射させ、残りの光の少なくとも一部を屈折させて前記光出射面で反射させ、前記プリズム部は、前記光出射面で反射して入射する光及び前記光源から直接入射する光を屈折及び反射させて、その少なくとも一部を前記光出射面に導くものであり、
   前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光源と前記光入射面との距離をｒ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板長さ）をｓ、前記光源から前記導光板に入射する光と前記光入射面の垂直方向とがなす角度をｘ０とするとき、下記数式を満たすことを特徴とする照明装置。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   
7. 前記ｘ０は下記数式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
   

   
8. 前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   
9. 前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   
10. 前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    
11. 前記導光板は、前記光入射面と前記光出射面が平行であり、前記プリズム部は、２つのプリズム面を有し、最も近傍にある前記光源に近い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ１、遠い側のプリズム面の前記光入射面に対する角度をθ２、前記導光板の空気に対する相対屈折率をｎ、前記光分配部による反射光と前記光出射面とがなす角度をα、前記導光板の厚さをｄ、前記光源間の距離（光源が１つの場合は前記導光板の長さ）をｓとするとき、下記数式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    
12. 前記αは下記数式を満たすことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の照明装置。
    

    
13. 前記光源は、前記光出射面に平行方向に延びる線状光源であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明装置。
14. 前記プリズム部は、前記光源同士の中間を中心として左右対称（前記光源が１つの場合は前記光源を中心として左右対称）であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明装置。
15. 前記光分配部が、前記光源からの光を透過する面と反射する面との繰り返しにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明装置を備えた液晶表示装置。

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