JP4607986B2 - 導光板および平面照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、以下に示すような構成および作用効果を奏する導光板および平面照明装置に関する。すなわち、入射端面部から導光板内に進入した光線を入射端面部から反射端面部方向に向かう時には表面部から出射される光が少なく、反射端面部で反射された光線を反射端面部から入射端面部方向に向かう時には表面部から出射される光が多く成るように鏡面から成る導光板であって、裏面部に複数の傾斜面部を設けて、この傾斜面部で全反射した光が傾斜面部によって偏向され表面部に向かう表面部への入射角が臨界角を破り表面部より出射するように傾斜面部を表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部と表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部とが１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在したもので、第１傾斜面部を第２傾斜面部よりも入射端面部寄りにした１対の場合には凹形状となり、第２傾斜面部を第１傾斜面部よりも入射端面部寄りにした１対の場合には凸形状となる。
これら第１傾斜面部の傾斜度と第２傾斜面部の傾斜度との角度分布が入射端面部と反射端面部との間で変化させることによって、入射端面部から反射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量と、反射端面部から入射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量とが互いに加わり表面部からの出射光が一定にすることができる。
また、光源をＲＧＢ（赤色発光、緑色発光、青色発光）の三色の光源を用いた時にＲＧＢの三色光が分離して目立たずに、輝度を低下させずに混合光を出射でき、導光板の有効面積を大きく利用することができる。
さらに、入射端面部近傍に光源からの強い光の映り込みを回避するとともに導光板の側面近傍に光源を備える場合において光源が少ない時による導光板の入射端面部付近の両端部での暗部発生を回避することができるとともに出射面を大きく有効に取ることができる。

従来の導光板および平面照明装置としては、光源からの光を最大限に利用する目的で導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くさせる、所謂楔形状に成形して、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法が知られている。

また、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くするとともに、裏面部が入射端面部方向に向く緩やかな第１の傾斜面部と鋭い第２の傾斜面部とが交互に連続的に接続した階段形状をし、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを積極的に利用する方法も知られている。

さらに、従来の導光板の出射面と反対側に白色の光散乱剤を印刷する場合には、入射端面部から遠ざかるほど印刷部を増加させたり、導光板に凸凹等のドットを設ける場合でも入射端面部から遠ざかるほどドットを増加させていた。

また、従来の光源がＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置としては、導光板の側面にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の両端隅部分的まで光線が達するようにする方法が知られている。
特開平１０−２９３２０２号公報 特開２００１−２８１４５６号公報 特開平０７−１５９６２２号公報

従来の導光板および平面照明装置として、楔形状の導光板２１を用いた場合の光線の軌跡を例にとって図４および図５を参照しながら説明する。

図４において、導光板２１が楔形状（導光板２１は導光板２１の厚さが入射端面部３１から入射端面部３１の反対側に位置する反入射端面部４１に向かう程に導光板２１の厚さが薄くなる）であるため、入射光Ｌ０１は、入射端面部３１の反対側に位置する反入射端面部４１に進む間に、表面部６１に向かう表面部６１に対しての入射角が４２°以内ならば、表面部６１で全反射をし、光線Ｌ０２として裏面部７１方向に進む。しかし、導光板２１は、光線が進む方向に対して薄くなる楔形状のため、裏面部７１に対する入射角が臨界角よりの小さいために臨界角を破り、光線Ｌ０３や光線Ｌ０４として裏面部７１より臨界角を破り出射してしまう。
尚、図４を用いた上記説明では裏面部７１のみに臨界角を破る出射光を示したが、表面部６１にも同様に臨界角を破る出射光が存在する。

したがって、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、光源９からの光を最大限に利用する目的で導光板２１の厚さを入射端面部３１から離れるほど厚さを薄くさせる、所謂楔形状に成形して、入射端面部３１から入射端面部３１の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法では、光源９が指向性のある場合に入射端面部３１の近傍で直ちに臨界角を破り、即ちテーパーリークによって高輝度な出射がされ、況して高輝度で指向性の強い出射光のために光源９全体が、例えば半導体発光素子（ＬＥＤ）の光源９の場合には半導体発光素子９自身の形状が出射面６１から観測（映り込み）されてしまう課題がある。

さらに、上記のように導光板２１の厚さを入射端面部３１から離れるほど厚さを薄くした導光板２１では、半導体発光素子自身の形状が出射面６１から観測されてしまうのを回避するために入射端面部３１近傍を実際には利用しないで用いるため、平面照明装置の必要面積以上に大きな導光板を使用しなければならない課題がある。

さらに、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くするとともに、裏面部が入射端面部方向に向く緩やかな第１の傾斜面部と鋭い第２の傾斜面部とが交互に連続的に接続した階段形状をし、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを積極的に利用する方法では、輝度やエネルギの強い光が入射端面部に近い第２の傾斜面部で裏面側から出射し、これを反射体で再度導光板内に戻すため、入射端面部近くの出射光が輝度やエネルギが強い光となってしまう。しかも、入射端面部の反対方向に向かう間にテーパーリークを起こしてしまうため、入射端面部の反対方向部分では光の輝度やエネルギが弱い光となってしまい、全体として均一な出射光を得ることができない。

また、光源をＲＧＢ（赤色発光、緑色発光、青色発光）の三色の光源を用いて白色光を得るためにＲＧＢの各光源を順次並べてアレー状にした場合には、各発光色が入射端面部近傍では混ざりにくいために、入射端面部近傍では白色にならず各発光色が斑状に出射面から出射してしまう課題がある。

さらに、従来の光源にＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置は、導光板の入射端面部にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設けた方法では、光源が点光源であるために光ビーム強度分布が円状や楕円状であるために光源に対向する導光板の入射端面部にプリズム加工を施して、光源の左右方向に分散させて導光板全体から均一に出射させる目的であるが、隣り合っているＬＥＤ等の光源の光が重なり合い輝度の斑が発生してしまう課題がある。

また、従来の導光板と、１つのＬＥＤ等の点光源を入射端面部の中心に用いた平面照明装置では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤ等の半導体発光素子の光源９が指向性を有するため、光束が狭い範囲で反入射端面部４１方向に進むとともに入射端面部３１から反入射端面部４１方向に進む間に臨界角を破り出射してしまう。このために、入射端面部３１の両端部分（入射端面部３１と入射光線Ｌｏとの間）が暗部となってしまう課題がある。

さらに、従来の導光板や平面照明装置では、導光板内に閉じ込めた光を単にテーパリークや導光板の表面部や裏面部に設けた溝や凸凹形状で出射させており、光源からの光をそのまま出射したり拡散したりしているため、光の輝度やエネルギが低い状態での光しか出射することができず、例えば液晶表示装置のＲＧＢの各ピクセルに対して弱い光のため、開口面積を広くしなければならず、そのためにピクセルを微細化するための障害となっていた。

（発明の目的）
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、以下のような導光板および平面照明装置を提供することにある。すなわち、指向性の有する半導体発光素子からなり、単色光または赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の三原色光あるいは波長変換材利用の白色光であるとともにＲＧＢ一体化または指向性の有する単体の半導体発光素子からなる光源と、当該光源からの光を導く入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置して光を反射する反射端面部と、該光を出射する表面部と、この表面部の反対側に位置する裏面部と、入射端面部と反射端面部とを接続する側面部とが鏡面から成り、裏面部には表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなる様にし、第１傾斜面部の傾斜度と第２傾斜面部の傾斜度との角度分布が入射端面部と反射端面部との間で変化させることによって、入射端面部から反射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量と、反射端面部から入射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量とが互いに加わり表面部からの出射光が一定にすることができるとともに入射端面部近傍に於いて第１傾斜面部の傾斜度が小さいために光源からの高輝度の光を出射せず、一度導光板の入射端面部の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するために光源の映り込みや輝度斑を無くすことができるとともにＲＧＢ等の単色光源の場合でも入射端面部近傍ですぐに出射せず一度導光板の入射端面部の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するためにＲＧＢの単色光が混合され完全な白色光を得ることができ、輝度とともに輝度斑や発光色斑をコントロールすることができ、ならびに導光板の利用出射面を大きく取れる。

本発明の請求項１に係る導光板は、裏面部に対し、表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなることを特徴とする。

請求項１に係る導光板は、裏面部に対し、表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなるので、入射端面部の近傍では臨界角を破る光線は無く、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、反射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第１傾斜面部の傾斜度が一定であっても、例えば楔形状の導光板の場合、第１傾斜面部と導光板全体の傾斜度によって臨界角を破る光線は、反射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。
また、反射端面部に達した光は、再度入射端面部方向に進む時に表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角ギリギリの光などは傾斜度が小さい第２の傾斜面部によって入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、表面部と第２傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従って第２傾斜面部の大きな傾斜度となって臨界角を破る光線は、入射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。

さらに、請求項２に係る導光板は、互いに隣合う第１傾斜面部と第２傾斜面部とが連続に接続されたことを特徴とする。

請求項２に係る導光板は、互いに隣合う第１傾斜面部と第２傾斜面部とが連続に接続されたので、表面部から臨界角を破る光が連続的に出射させることができる。

さらに、請求項３に係る導光板は、入射端面部の裏面部側端と反射端面部の裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と第１傾斜面部との成す傾斜度が一定で、入射端面部と反射端面部とを結んだ水平な仮想線と第２傾斜面部との成す傾斜度が増加し、第１傾斜面部の傾斜度よりも第２傾斜面部の傾斜度の方が常に大きいことを特徴とする。

請求項３に係る導光板は、入射端面部の裏面部側端と反射端面部の裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と第１傾斜面部との成す傾斜度が一定で、入射端面部と反射端面部とを結んだ水平な仮想線と第２傾斜面部との成す傾斜度が増加し、第１傾斜面部の傾斜度よりも第２傾斜面部の傾斜度の方が常に大きいので、例えば、導光板の厚さが入射端面部から反射端面部方向に進むに従い薄くなる様な楔形状の場合に、第１傾斜面部の傾斜と導光板の傾斜とによって、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部から反射端面部方向に進むに従い臨界角を破って出射する出射角が徐々に小さくおよび出射光量が多くなる。
これら第１傾斜面部との成す傾斜度の分布と第２傾斜面部との成す傾斜度の増加分布とによって、導光板の表面全体で均一な出射光量を得ることができる。

さらに、請求項４に係る導光板は、入射端面部の裏面部側端と反射端面部の裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と第１傾斜面部との成す傾斜度および仮想線と第２傾斜面部との成す傾斜度は、１．５°〜６°の範囲であることを特徴とする。

請求項４に係る導光板は、入射端面部の裏面部側端と反射端面部の裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と第１傾斜面部との成す傾斜度および仮想線と第２傾斜面部との成す傾斜度は、１．５°〜６°の範囲であるので、入射端面部の近傍では、入射端面部から入射して第１傾斜面部で全反射した光が表面部で臨界角を破ることがない。
また、表面部と第１傾斜面部や第２傾斜面部との間で全反射の繰り返しによる累積によって表面部から臨界角を破り出射することができる。

さらに、請求項５に係る平面照明装置は、指向性の有する光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置して光を反射する反射端面部と、該光を出射する表面部と、表面部の反対側に位置する裏面部と、入射端面部と反射端面部とを接続する側面部と、これらが鏡面から成り、裏面部には表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなる導光板と、
導光板の表面部を開放し、光源と導光板を収納する反射性を有したケースとを具備することを特徴とする。

請求項５に係る平面照明装置は、指向性の有する光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置して光を反射する反射端面部と、該光を出射する表面部と、表面部の反対側に位置する裏面部と、入射端面部と反射端面部とを接続する側面部と、これらが鏡面から成り、裏面部には表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなる導光板と、
導光板の表面部を開放し、光源と導光板を収納する反射性を有したケースとを具備するので、入射端面部の近傍では臨界角を破る光線は無く、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、反射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第１傾斜面部の傾斜度が一定であっても、例えば楔形状の導光板の場合には第１傾斜面部と導光板全体の傾斜度によって臨界角を破る光線は、反射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。
また、反射端面部に達した光は、再度入射端面部方向に進む時に表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角ギリギリの光などは傾斜度が小さい第２の傾斜面部によって入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、表面部と第２傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従って第２傾斜面部の大きな傾斜度となって臨界角を破る光線は、入射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。

また、請求項６に係る平面照明装置は、光源が指向性の有する半導体発光素子からなり、単色光または赤色光、緑色光、青色光の三原色光あるいは波長変換材利用の白色光であるとともにこれらを単体またはＲＧＢ一体化に構成したことを特徴とする。

請求項６に係る平面照明装置は、光源が指向性の有する半導体発光素子からなり、単色光または赤色光、緑色光、青色光の三原色光あるいは波長変換材利用の白色光であるとともにこれらを単体またはＲＧＢ一体化に構成したので、高輝度の出射光を得ることができるとともに目的に応じて高輝度の白色光を出射することができる。

以上のように、請求項１に係る導光板は、裏面部に対し、表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなるので、入射端面部の近傍では臨界角を破る光線は無く、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、反射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第１傾斜面部の傾斜度が一定であっても、例えば楔形状の導光板の場合、第１傾斜面部と導光板全体の傾斜度によって臨界角を破る光線は、反射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。
また、反射端面部に達した光は、再度入射端面部方向に進む時に表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角ギリギリの光などは傾斜度が小さい第２の傾斜面部によって入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、表面部と第２傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従って第２傾斜面部の大きな傾斜度となって臨界角を破る光線は、入射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。
そのために、入射端面部から反射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量と、反射端面部から入射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量とが互いに加わり、表面部からの出射光を一定にすることができるとともに入射端面部近傍に於いて第１傾斜面部の傾斜度が小さいために光源からの高輝度の光を出射せず、一度導光板の入射端面部の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するために光源の映り込みや輝度斑を無くすことができる。
また、光源の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れる。

請求項２に係る導光板は、互いに隣合う第１傾斜面部と第２傾斜面部とが連続に接続されているので、表面部から臨界角を破る光が連続的に出射させることができる。表面部から臨界角を破る光が連続的に出射させることができる。
そのために、均一な出射光を得ることができる。

請求項３に係る導光板は、入射端面部の裏面部側端と反射端面部の裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と第１傾斜面部との成す傾斜度が一定で、入射端面部と反射端面部とを結んだ水平な仮想線と第２傾斜面部との成す傾斜度が増加し、第１傾斜面部の傾斜度よりも第２傾斜面部の傾斜度の方が常に大きいので、例えば、導光板の厚さが入射端面部から反射端面部方向に進むに従い薄くなる様な楔形状の場合に、第１傾斜面部の傾斜と導光板の傾斜とによって、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部から反射端面部方向に進むに従い臨界角を破って出射する出射角が徐々に小さくおよび出射光量が多くなる。
これら第１傾斜面部との成す傾斜度の分布と第２傾斜面部との成す傾斜度の増加分布とによって、導光板の表面全体で均一な出射光量を得ることができる。
そのために、斑が無い均一な出射光を得ることができる。

請求項４に係る導光板は、入射端面部の裏面部側端と反射端面部の裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と第１傾斜面部との成す傾斜度および仮想線と第２傾斜面部との成す傾斜度は、１．５°〜６°の範囲であるので、入射端面部の近傍では、入射端面部から入射して第１傾斜面部で全反射した光が表面部で臨界角を破ることがない。
また、表面部と第１傾斜面部や第２傾斜面部との間で全反射の繰り返しによる累積によって表面部から臨界角を破り出射することができる。
そのために、光源の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取ることができる。

請求項５に係る平面照明装置は、指向性の有する光源と、
光源からの光を導く入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置して光を反射する反射端面部と、該光を出射する表面部と、表面部の反対側に位置する裏面部と、入射端面部と反射端面部とを接続する側面部と、これらが鏡面から成り、裏面部には表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなる導光板と、
導光板の表面部を開放し、光源と導光板を収納する反射性を有したケースとを具備するので、入射端面部の近傍では臨界角を破る光線は無く、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、反射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第１傾斜面部の傾斜度が一定であっても、例えば楔形状の導光板の場合には第１傾斜面部と導光板全体の傾斜度によって臨界角を破る光線は、反射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。
また、反射端面部に達した光は、再度入射端面部方向に進む時に表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角ギリギリの光などは傾斜度が小さい第２の傾斜面部によって入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、表面部と第２傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従って第２傾斜面部の大きな傾斜度となって臨界角を破る光線は、入射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。
そのために、指向性の強い光源でも入射端面部近傍での光輝度の出射光や半導体発光素子自身等の光源の形状が出射面から観測（映り込み）や輝度斑が無い。
さらに、表面部と第１傾斜面部との間で幾度か全反射を繰り返しながら進行するためにＲＧＢの単色光が混合され完全な白色光を得ることができる。
また、入射端面部近傍の入射端面部の両端をも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができ、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れ、さらに光源が並列（アレー状）に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができる。

請求項６に係る平面照明装置は、光源が指向性の有する半導体発光素子からなり、単色光または赤色光、緑色光、青色光の三原色光あるいは波長変換材利用の白色光であるとともにこれらを単体またはＲＧＢ一体化に構成したので、高輝度の出射光を得ることができるとともに目的に応じて高輝度の白色光を出射することができる。
そのために、フルカラーの液晶表示装置等に対して最適な光源とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る導光板を含む平面照明装置の略斜視構成図、図２は本発明に係る導光板の概略断面図、図３は本発明に係る導光板の略断面図および軌跡を示す図である。

なお、本発明は、以下のような導光板および平面照明装置を提供するものである。すなわち、導光板の裏面部に表面部方向に傾きを持って入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および表面部方向に傾きを持って反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって入射端面部および反射端面部に平行に複数延在し、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従い大きくなるようにしたので、入射端面部の近傍では臨界角を破る光線は無く、表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返し、反射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第１傾斜面部の傾斜度が入射端面部から反射端面部に向かうのに従って第１傾斜面部の大きな傾斜度となって臨界角を破る光線は、反射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射し、第１傾斜面部の傾斜度が一定であっても、例えば楔形状の導光板の場合、第１傾斜面部と導光板全体の傾斜度によって臨界角を破る光線は、反射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。

また、反射端面部に達した光は、再度入射端面部方向に進む時に表面部と第１傾斜面部との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角ギリギリの光などは傾斜度が小さい第２傾斜面部によって入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、表面部と第２傾斜面部との間で全反射を繰り返し、入射端面部方向に大きな出射角で出射したり、第２傾斜面部の傾斜度が反射端面部から入射端面部に向かうのに従って第２傾斜面部の大きな傾斜度となって臨界角を破る光線は、入射端面部に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。

そのために、入射端面部から反射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量と、反射端面部から入射端面部に向かう光が表面部よりテーパーリークする光量とが高いに加わり、表面部からの出射光を一定にすることができるとともに入射端面部近傍に於いて第１傾斜面部の傾斜度が小さいために光源からの高輝度の光を出射せず、一度導光板の入射端面部の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するために光源の映り込みや輝度斑を無くすことができる。また、光源の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れる。

平面照明装置１は、導光板２と光源１０と反射性ケース１１とから成る構成である。
尚、導光板２の裏面部５の下方には反射性ケース１１を備えるが、直接裏面部５で反射するように裏面部５に反射膜等のコーティングを施しても良い。

導光板２は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等で形成され、光を導く入射端面部３と、入射端面部３の反対側に位置して光を反射する反射端面部７と、導いた光を出射する表面部４と、この表面部４の反対側に位置する裏面部５と、入射端面部３と反射端面部７とを接続する側面部６とから成る。

導光板２に入射した光は、屈折角γが０≦｜γ｜≦Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）の式を満たす範囲で導光板２内を進む。例えば一般の導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率はｎ＝１．４９程度であるので、入射端面部３で屈折する屈折角γはγ＝０〜±４２°程度の範囲内になる。

さらに、屈折角γ＝０〜±４２°の範囲内で導光板２内に入射した光は、導光板２と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面において、Ｓｉｎθ＝（１／ｎ）の式により臨界角θを表わすことができる。例えば一般の導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率ｎはｎ＝１．４９程度であるので、臨界角θはθ＝４２°程度になる。したがって、導光板２の表面部４や裏面部５に光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角θを越えなければ、導光板２内の光は表面部４や裏面部５で全て全反射しながら入射端面部３から反対方向の反射端面部７方向へ進むことになる。

図２に示すように、導光板２の裏面部５には、表面部４方向に傾きを持って入射端面部３方向に向いた第１傾斜面部８と、表面部４方向に傾きを持って反射端面部７方向に向いた第２傾斜面部９とが１対となっている。
また、これらの１対となっている第１傾斜面部８と第２傾斜面部９とは入射端面部３や反射端面部７に対して平行に複数延在している。
さらに、入射端面部３の裏面部５側端と反射端面部７の裏面部５側端とを結んだ水平な仮想水平線２１や表面部４に対して第１傾斜面部８の傾斜度βが入射端面部３から反射端面部７に向かう間一定であるとともに仮想水平線２１や表面部４に対して第２傾斜面部９の傾斜度αが反射端面部７から入射端面部３に向かうのに従い大きくなる。

ここで図２に示した導光板２での光の軌跡を図３に示す。
入射端面部３から導光板２内に進入した光線Ｌ１ｓは、反射端面部７に進みながら第１傾斜面部８で全反射して、表面部４方向に偏向され、反射光線Ｌ２ｓとして表面部４に進む。さらに反射光線Ｌ２ｓは、表面部４で全反射して裏面部５方向に偏向され、反射光線Ｌ３ｓとして裏面部５方向に進む。
反射光線Ｌ３ｓは、反射端面部７に達し、反射端面部７で反射して裏面部５方向に偏向され、反射光線Ｌ４ｓとして裏面部５方向に進む。この反射光線Ｌ４ｓは、第２傾斜面部９で全反射し、反射光Ｌ５ｓとして表面部４方向に偏向し表面部４方向に進む。
表面部４方向に進んだ反射光Ｌ５ｓは、表面部４に対して臨界角θを破り表面部４の外部に出射光Ｌ０ｓを出射する。

このように、導光板２の裏面部５には、表面部４方向に傾きを持って入射端面部３方向に向いた第１傾斜面部８と表面部４方向に傾きを持って反射端面部７方向に向いた第２傾斜面部９とが１対となって入射端面部３や反射端面部７に対して平行に複数延在し、水平な仮想水平線２１と第１傾斜面部８との成す傾斜度βが入射端面部３から反射端面部７に向かう間一定であるとともに仮想水平線２１と第２傾斜面部９との成す傾斜度αが反射端面部７から入射端面部３に向かうのに従い大きくなるので、入射端面部３の近傍では臨界角θを破る光線は無く、表面部４と第１傾斜面部８との間で全反射を繰り返し、反射端面部７方向に大きな出射角で出射する。

尚、このことは第１傾斜面部８の傾斜度βが入射端面部３から反射端面部７に向かう間一定の傾斜度βであるので、第１傾斜面部８と表面部４との間を繰り返し全反射して反射端面部７に向かって進むときに傾斜度βの累計することによって臨界角θを破る光線を反射端面部７に近くなるほど得ることができる。

さらに、導光板２が楔形状の場合には、第１傾斜面部８の傾斜度が一定であっても、第１傾斜面部８と導光板２全体の傾斜度によって臨界角θを破る光線は反射端面部７に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。

また、反射端面部７に達した光は、再度入射端面部３方向に進む時に表面部４と第１傾斜面部８との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角θギリギリの光などは傾斜度αが小さい第２傾斜面部９によって入射端面部３方向に大きな出射角で出射したり、表面部４と第２傾斜面部９との間で全反射を繰り返し、入射端面部３方向に大きな出射角で出射する。
さらに、第２傾斜面部９の傾斜度αが反射端面部７から入射端面部３に向かうのに従って第２傾斜面部９の大きな傾斜角αとなって臨界角θを破る光線は、入射端面部３に向かうのに従って出射角が小さくなって出射する。

そのために、入射端面部３から反射端面部７に向かう光が表面部４よりテーパーリークする光量と、反射端面部７から入射端面部３に向かう光が表面部４よりテーパーリークする光量とが互いに加わり表面部４からの出射光が一定にすることができるとともに入射端面部３近傍に於いて第１傾斜面部８の傾斜度βが小さいために光源からの高輝度の光を出射せず、一度導光板２の入射端面部３の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板２内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するために光源の映り込みや輝度斑を無くすことができる。
また、光源の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板２の面積が大きく取れる。

さらに、図示しないが第１傾斜面部８との成す傾斜度βの増加度と第２傾斜面部９との成す傾斜度αの増加度とが入射端面部３と反射端面部７との中間位置で反転する時には、入射端面部３から入射した光は、入射端面部３から中間位置（入射端面部３と反射端面部７との中間）までの間で入射端面部３から反射端面部７方向に進むに従い表面部４と裏面部５との間で全反射を繰り返し、全反射の偏向角が累積され表面部４に向かう光が臨界角θを破って出射する。
この時、入射端面部３より反射端面部７方向に進むに従って出射光の出射角が徐々に小さく成って行くとともに出射光量も徐々に多く成って行く。

また、同様に中間位置から反射端面部７までの間で反射端面部７から入射端面部３方向に進むに従い表面部４と裏面部５との間で全反射を繰り返し、全反射の偏向角が累積され表面部４に向かう光が臨界角θを破って出射する。
この時、反射端面部７より入射端面部３方向に進むに従って出射角が徐々に小さく成って行くとともに出射光量も徐々に大きく成って行く。

このように、これら第１傾斜面部８との成す傾斜度βの増加分布と第２傾斜面部９との成す傾斜度αの増加分布とが中間位置で反転することによって、導光板２の表面部４全体で均一な出射光量となるとともに中間位置での出射角が広い範囲を得ることができる。
そのために、斑が無く導光板２の中心位置での視野角が大きく人間の目に見やすい出射光を得ることができる。

さらに、図示しないが導光板２の厚さが入射端面部３から反射端面部７方向に進むに従い薄くなる様な楔形状の場合には、入射端面部３の裏面部５側端と反射端面部７の裏面部５側端とを結んだ仮想線２１と第１傾斜面部８との成す傾斜度βが一定で、入射端面部３と反射端面部７とを結んだ仮想線２１と第２傾斜面部９との成す傾斜度αが増加し、第１傾斜面部８の傾斜度βよりも第２傾斜面部９の傾斜度αの方が常に大きくする。

この時、第１傾斜面部８の傾斜と導光板２の傾斜とによって、表面部４と第１傾斜面部８との間で全反射を繰り返し、入射端面部３から反射端面部７方向に進むに従い臨界角θを破って出射する出射角が徐々に小さく成って行くとともに出射光量も徐々に大きく成って行く。

これら第１傾斜面部８との成す傾斜度βの分布と第２傾斜面部９との成す傾斜度αの増加分布とによって、導光板２の表面部４全体で均一な出射光量を得ることができる。
そのために、斑が無い均一な出射光を得ることができる。

また同様に、図示しないが導光板２は、入射端面部３の裏面部５側端と反射端面部７の裏面部５側端とを結んだ水平な仮想線２１と第１傾斜面部８との成す傾斜度βおよび入射端面部３の裏面部５側端と反射端面部７の裏面部５側端とを結んだ水平な仮想線２１と第２傾斜面部９との成す傾斜度αを１．５°〜６°の範囲とする。

以上のように傾斜度αおよび傾斜度βを１．５°〜６°の範囲にすることによって、入射端面部３からの光を入射端面部３の近傍では第１傾斜面部８からの全反射光では表面部４では臨界角θを破ることが無く、表面部４と第１傾斜面部８や第２傾斜面部９との間で全反射の繰り返しによる累積によって表面部４から臨界角θを破り出射することができ、光源の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板２の面積が大きく取ることができる。

尚、導光板２の表面部４には図示しないが、裏面部５から表面部４に進んだ光線の中で臨界角θを破る寸前の光線の場合には説明した様に光線を偏向する凸や凹等が無ければ導光板２の内部から出射できないので、表面部４に光を全反射や屈折する微細な凸状や凹状の形状をした光偏向素子が施してある。

上記の光偏向素子は、導光板２の大きさや第１傾斜面部８の傾斜度βや第２傾斜面部９の傾斜度α等の角度選択などによって、入射端面部３の近傍での出射光の調整等に対して設けたりすることによって一層均一な出射光を得ることができる。

このように、本願の導光板２は、光源１０の映り込みや輝度斑を無くすことができ、斑が無く導光板２の中心位置での視野角が大きく人間の目に見やすい出射光を得ることができる。
さらに、表面部４全体で均一な出射光量を得ることができる。
また、光源１０の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板２の面積が大きく取ることができる。
さらに、導光板２内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するためにＲＧＢの単色光が混合され完全な白色光を得ることができる。

光源１０は、半導体発光素子であって、ＬＥＤやレーザ等からなり、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の各単色光を各入射端面部３の近傍に設けたり、ＲＧＢ（赤色発光、緑色発光、青色発光）からなる複数の半導体発光素子を組み合わせたアレー状に構成したユニットを各入射端面部３に設けても良い。
さらに、波長変換材を用いての白色光（例えば、青色発光素子に黄色系の蛍光剤等を組み合わせた物）光源でも良い。

また、光源１０は、入射端面部３が大きい場合や導光板２自体が大きい場合にＣＣＦＬ（冷陰極管）を用いても良く、これらは線状をなし、直接光は導光板２の入射端面部３から導光板２内に入射し、他の光は図示しないリフレクタで反射されながら光源１０とリフレクタとの空間を通って導光板２内に入射する。
尚、この線状の光源１０の場合には、従来の導光板２では、入射端面部３の近傍に高輝度な輝線が現れてしまうが、本発明の導光板２を用いることによって輝線の発生を防ぐことができる。

反射性ケース１１は、導光板２等を収納し、導光板２の裏面部５と対向する面を反射する反射面が凹凸形状またはプリズム形状を成し、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したり、熱可塑性樹脂にアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物や金属等からなり、入射端面部３と表面部４以外の部分を覆い、光源１０からの光が導光板２によって表面部４に出射した以外の光を反射または乱反射し、再び導光板２に入射させて光源１０からの光を全て表面部４から出射するようにする。
また、反射端面部７や裏面部５に設ける凹凸形状やプリズム形状を制御することにより、再度導光板２内に戻す位置をコントロールし、最終の出射光の輝度、光量分布および出射角度等を調整することができる。

さらに、反射性ケース１１は、反射面が凹凸形状またはプリズム形状であるので、光源１０がＲＧＢ等の三原色光の光をプリズム面による反射によって導光板２内で混ざり合うことができ、光源１０からの光を無駄にせず光源１０から導光板２の出射光に変換する効率を良くすることができる。

また、ここでは図示しないが、例えば光源１０がＣＣＦＬ（冷陰極管）のような指向性がラジアル方向を示すような場合には、光源１０（ＣＣＦＬ）の周囲にリフレクタを設け、導光板２の入射端面部３と光源１０とを包囲するようにし、光源１０からの光を反射し、反射光を導光板２の入射端面部３に再び入射させる。
また、リフレクタは、白色の絶縁性材料やアルミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等からなる。

このように、本発明の導光板２および平面照明装置１は、導光板２の裏面部５に対し、表面部４方向に傾きを持って入射端面部３方向に向いた第１傾斜面部８および表面部４方向に傾きを持って反射端面部７方向に向いた第２傾斜面部９が１対となって入射端面部３および反射端面部７に平行に複数延在し、第１傾斜面部８の傾斜度βが入射端面部３から反射端面部７に向かう間一定であるとともに第２傾斜面部９の傾斜度αが反射端面部７から入射端面部３に向かうのに従い大きくなるように構成した。これにより、入射端面部３の近傍では臨界角θを破る光線は無く、表面部４と第１傾斜面部８との間で全反射を繰り返し、反射端面部７方向に大きな出射角で出射したり、第１傾斜面部８の傾斜度βが入射端面部３から反射端面部７に向かうのに従って第１傾斜面部８の大きな傾斜度βとなって臨界角θを破る光線は反射端面部７に向かうのに従って出射角が小さくなって出射し、第１傾斜面部８の傾斜度βが一定であっても、例えば楔形状の導光板２の場合には第１傾斜面部８と導光板２全体の傾斜度によって臨界角θを破る光線は反射端面部７に向かいのに従って出射角が小さくなって出射する。

また、反射端面部７に達した光は、再度入射端面部３方向に進む時に表面部４と第１傾斜面部８との間で全反射を繰り返されて全反射の偏向角が累積され、臨界角θギリギリの光などは傾斜度αが小さい第２傾斜面部９によって入射端面部３方向に大きな出射角で出射したり、表面部４と第２傾斜面部９との間で全反射を繰り返し、入射端面部３方向に大きな出射角で出射したり、第２傾斜面部９の傾斜度αが反射端面部７から入射端面部３方向に向かうのに従って第２傾斜面部９の大きな傾斜度αとなって臨界角θを破る光線は、入射端面部３に向うのに従って出射角が小さくなって出射する。

そのために、入射端面部３から反射端面部７に向かう光が表面部４よりテーパーリークする光量と、反射端面部７から入射端面部３に向かう光が表面部４よりテーパーリークする光量とが互いに加わり、表面部４からの出射光が一定にすることができる。また、入射端面部３近傍に於いて第１傾斜面部８の傾斜度βが小さいために光源１０からの高輝度の光を出射せず、一度導光板２の入射端面部３の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板２内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するために光源１０の映り込みや輝度斑を無くすことができる。また、光源１０の映り込みが無いために、その分実際に使用でき得る導光板２の面積が大きく取れる導光板２および平面照明装置１である。

本発明に係る導光板を含む平面照明装置の略斜視構成図である。 本発明に係る導光板の略断面図である。 本発明に係る導光板の光の軌跡図である。 従来の導光板の略断面図である。 （ａ），（ｂ） 従来の導光板の略側面図および略平面図である。

１ 平面照明装置
２ 導光板
３ 入射端面部
４ 表面部
５ 裏面部
６ 側面部
７ 反射端面部
８ 第１傾斜面部
９ 第２傾斜面部
１０ 光源
１１ 反射性ケース
２１ 仮想水平線
γ 屈折角
ｎ 屈折率
θ 臨界角
α 第２傾斜面部の傾斜度
β 第１傾斜面部の傾斜度
Ｌ１ｄ，Ｌ２ｄ，Ｌ３ｄ，Ｌ４ｄ，Ｌ５ｄ，Ｌ０ｄ 光線
Ｌ１ｂｄ，Ｌ２ｂｄ，Ｌ０ｂｄ 光線
Ｌ１ｓ，Ｌ２ｓ，Ｌ３ｓ，Ｌ４ｓ，Ｌ５ｓ，Ｌ０ｓ 光線

Claims (6)

1. 指向性の有する光を導く入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置して光を反射する反射端面部と、該光を出射する表面部と、前記表面部の反対側に位置する裏面部と、前記入射端面部と前記反射端面部とを接続する側面部と、これらが鏡面から成る導光板において、
   前記裏面部には前記表面部方向に傾きを持って前記入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および前記表面部方向に傾きを持って前記反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって前記入射端面部および前記反射端面部に平行に複数延在し、前記第１傾斜面部の傾斜度が前記入射端面部から前記反射端面部に向かう間一定であるとともに前記第２傾斜面部の傾斜度が前記反射端面部から前記入射端面部に向かうのに従い大きくなることを特徴とする導光板。
2. 互いに隣合う前記第１傾斜面部と前記第２傾斜面部とが連続に接続されたことを特徴とする請求項１記載の導光板。
3. 前記入射端面部の前記裏面部側端と前記反射端面部の前記裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と前記第１傾斜面部との成す傾斜度が一定で、前記入射端面部と前記反射端面部とを結んだ水平な仮想線と前記第２傾斜面部との成す傾斜度が増加し、前記第１傾斜面部の傾斜度よりも前記第２傾斜面部の傾斜度の方が常に大きいことを特徴とする請求項１記載の導光板。
4. 前記入射端面部の前記裏面部側端と前記反射端面部の前記裏面部側端とを結んだ水平な仮想線と前記第１傾斜面部との成す傾斜度および前記仮想線と前記第２傾斜面部との成す傾斜度は、１．５°〜６°の範囲であることを特徴とする請求項１記載の導光板。
5. 指向性の有する光源と、
   前記光源からの光を導く入射端面部と、この入射端面部の反対側に位置して光を反射する反射端面部と、該光を出射する表面部と、前記表面部の反対側に位置する裏面部と、前記入射端面部と前記反射端面部とを接続する側面部と、これらが鏡面から成り、前記裏面部には前記表面部方向に傾きを持って前記入射端面部方向に向いた第１傾斜面部および前記表面部方向に傾きを持って前記反射端面部方向に向いた第２傾斜面部が１対となって前記入射端面部および前記反射端面部に平行に複数延在し、前記第１傾斜面部の傾斜度が前記入射端面部から前記反射端面部に向かう間一定であるとともに前記第２傾斜面部の傾斜度が前記反射端面部から前記入射端面部に向かうのに従い大きくなる導光板と、
   前記導光板の前記表面部を開放し、前記光源と前記導光板を収納する反射性を有したケースとを具備することを特徴とする平面照明装置。
6. 前記光源は、指向性の有する半導体発光素子からなり、単色光または赤色光、緑色光、青色光の三原色光あるいは波長変換材利用の白色光であるとともにこれらを単体またはＲＧＢ一体化に構成したことを特徴とする請求項５記載の平面照明装置。

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