JP4791263B2 - 導光板、およびそれを用いる面状照明装置、ならびに液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、点状光源または線状光源の光を面状の光に変換するための導光板、およびそれを用いる面状照明装置、ならびに液晶表示装置に関し、均一で照明面積の大きな面状照明光を出射させるための導光板、およびそれを用いる大きな照明面積を持ち面内均一性の高く、屋内外を照明する面状照明装置、もしくは液晶表示装置の液晶表示パネルや広告パネルや広告塔や看板などのバックライトとして用いられる面状照明装置、ならびに大画面の液晶表示装置に関する。

液晶テレビや液晶モニタなどの液晶表示装置には、液晶表示パネルの裏面側から光を照射し、液晶表示パネルを照明するための面状照明装置（以下、バックライトユニットという）が用いられている。バックライトユニットでは、照明用の光源の直上に光拡散板を配置した直下型と呼ばれる方式が主流となっている。バックライトユニットの光源には、通常、冷陰極管や熱陰極間などの蛍光管が用いられている。直下型方式のバックライトユニットでは、蛍光管からの直接光を光拡散板などで均一な面状の照明光に変換するため、輝度の不均一性（輝度むら）を抑えるために、ある程度の厚さを確保しなければならなかった。

このような直下型方式のバックライトユニットよりも更に薄型のバックライトユニットを実現するための方式として、導光板と呼ばれる透明な樹脂製の平板を用いて光源の光を面状光に変換する導光板方式（サイドライト方式ともいう）が知られている。導光板方式では、導光板の側面（端面）から光を入射させて、導光板の内部で導光しながら側面よりも面積の大きな上面または下面から面状の照明光を出射する。このように、導光板方式のバックライトユニットは、導光板の側面から光を入射させるので、直下型方式のバックライトユニットに比べて薄型化することができる。しかしながら、導光板方式では、導光板の側面から光を入射させるため、入射光量に限界があり、高い輝度の照明光を得ることが困難であった。また、現時点において入手可能な蛍光管は、その外径が最小でも２ｍｍ程度であるため、導光板の厚みを蛍光管の外径よりも薄くすることが困難である。

近年、蛍光管に代わって発光ダイオード（ＬＥＤ）が光源として利用されつつある。これは、ＬＥＤは、蛍光管に必須な水銀を用いないこと、発光効率が蛍光管よりも優れる可能性があるという利点を有しているからである。そして、ＬＥＤを光源として用いたバックライトユニットも提案されている（特許文献１〜３参照）。

特許文献１には、点光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用い、平板状の導光板の端面に発光ダイオードを配置した照明装置が開示されている。また、特許文献２には、液晶パネルを形成する対向一対の透明質の基板のいずれか一方に、バックライト用光源のＬＥＤ等による発光素子を配置した液晶表示装置が開示されている。また、特許文献３には、複数のブロックから構成されるそれぞれの導光板の端に白色ＬＥＤが配置されたバックライトが開示されている。

特開平１１−７０１４号公報 特開平８−２４８４２０号公報 特開２００１−９２３７０号公報

近年、薄くて大画面の液晶表示装置の開発が活発化している。薄くて大画面の液晶表示装置を製造するためには、バックライトユニットも薄くて大型にする必要がある。しかし、光源としてＬＥＤを用いた導光板方式のバックライトユニットでは、上述の蛍光管を用いた場合の問題に加えて、更に次のような問題があるため、薄型化および大型化は困難であった。第１の問題は、平板形状またはくさび型形状のサイドライト型の導光板には、導光長に限界があるため、発光面輝度の面内均一性が十分に達成できないという問題である。また、第２の問題は、サイドライト型の導光板では、ＬＥＤの配置ピッチ、発光密度［ｌｍ／ｍ^２］に限界があるため、入射光量に限界があるという問題である。

本発明は、上記問題を解消するためになされたものであり、本発明の目的は、高い出射効率で輝度むらの殆どない面状の光を出射することのできる軽量で薄型、かつ大型の導光板を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、輝度むらが殆どない大面積の面状の照明光を出射することができる軽量で薄型且つ大型の面状照明装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、軽量かつ薄型で表示面積の大きな液晶表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、光源の光を面状の光に変換するための透明な樹脂製の導光板であって、外形形状が矩形状の光射出面と、前記光射出面の四辺にそれぞれ接続され、前記光射出面と略直交する４つの光入射面と、前記光射出面の反対側の面であって、前記４つの光入射面から中央に向かうに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する４つの傾斜面から構成される背面とを有し、前記４つの光入射面において最小厚みとなり、前記４つの光入射面の中央において最大厚みとなり、さらに、内部に多数の散乱粒子を含み、前記光射出面の一辺の長さをＬ _ａ 、当該一辺に直交する方向の辺の長さをＬ _ｂ とし、前記散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記散乱粒子の密度をＮ _ｐ 、補正係数をＫ _Ｃ 、対向する２つの前記光入射面間の光の入射方向の距離の長い方の半分の長さをＬ _Ｇ としたときに、下記式
１．１≦ΦＮ _Ｐ Ｌ _Ｇ Ｋ _Ｃ ≦８．２
０．００５≦Ｋ _Ｃ ≦０．１
１≦Ｌ _ａ ／Ｌ _ｂ ≦２
を共に満足することを特徴とする導光板を提供するものである。

ここで、前記４つの傾斜面が、それぞれ平坦に形成されているのが好ましい。
また、前記背面の略中央が、曲面状に形成されているのが好ましい。
また、前記背面を構成する前記４つの傾斜面の接続部分が、曲面で形成されているのが好ましい。
また、前記最大厚みD_maxと前記最小厚みD_minの比が、下記式
１＜（Dmax／Dmin）≦４
を満足するのが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、面状の照明光を発生させるための面状照明装置であって、上記第１の態様の導光板と、前記導光板の前記４つの光入射面に対向して配置される４つの光源とを備える面状照明装置を提供するものである。

ここで、前記４つの光源は、それぞれ、複数の白色の発光ダイオードを備えるのが好ましい。
また、前記発光ダイオードの発光密度は、２．０［ｌｍ／ｍｍ^２］以上であるのが好ましい。
また、本発明の第２の態様の面状照明装置は、さらに、透明な樹脂製のシートの表面上に複数の角錐形状のプリズムが規則的に配置されたプリズムシートを前記導光板の光射出面側に備えるのが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、上記第２態様の面状照明装置と、前記面状照明装置の光射出面側に配置される液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを駆動するための駆動ユニットとを有する液晶表示装置を提供するものである。

本発明の導光板は、外形形状が矩形状の光射出面と、この光射出面の四辺にそれぞれ接続され、光射出面と略直交する４つの光入射面と、光射出面の反対側の面であって、４つの光入射面から中央に向かうに従って光射出面から遠ざかるように傾斜する４つの傾斜面から構成される背面とを有することにより、軽量で薄型且つ大型で形成されることができ、４つの側面から光を入射させることにより、高い出射効率で輝度むらの殆どない面状の光を出射することができる。

また、本発明の面状照明装置は、上記効果を奏する上記構成の導光板を用い、その導光板の４つの光入射面から光を入射させるので、輝度むらが殆どない面内均一性の高い大面積の面状の照明光を出射することができ、軽量で薄型且つ大型の面状照明装置を実現することができ、屋内外を照明する面状照明装置、もしくは液晶表示装置の液晶表示パネルや広告パネルや広告塔や看板などのバックライトとして用いられる面状照明装置として適用できる。

さらに、本発明の液晶表示装置は、輝度むらが殆どない大面積の面状の照明光を出射することができるという効果を奏する上記構成の面状照明装置を備えるので、軽量かつ薄型で画像表示面積の大きな液晶表示装置を実現することができる。

本発明に係る導光板、および、それを用いる本発明に係る面状照明装置、並びにその面状照明装置を備える液晶表示装置について、添付の図面に示す実施形態を基に詳細に説明する。
図１は、本発明に係る面状照明装置を備える液晶表示装置の概略を示す分解側面図である。また、図２は、本発明に係る面状照明装置（以下、バックライトユニットという）の概略構造の分解斜視図である。図１に示されるように、液晶表示装置１０は、基本的に、バックライトユニット２と、バックライトユニット２の光出射面側に配置される液晶表示パネル４と、それらを駆動するための駆動ユニット６（バックライトユニット２との接続部は図示せず）とを有する。

液晶表示パネル４は、予め特定の方向に配列してある液晶分子に、部分的に電界を印加してこの分子の配列を変え、液晶セル内に生じた屈折率の変化を利用して、液晶表示パネル４の表面上に文字、図形、画像などを表示することができる。
液晶表示パネル４には、例えば、ＧＨ，ＰＣ，ＴＮ，ＳＴＮ，ＥＣＢ，ＰＤＬＣ，ＩＰＳ（In-Plane Switching），ＶＡ（Vertical Aligned）方式の各種（ＭＶＡ，ＰＶＡ，ＥＶＡ）、ＯＣＢ、強誘電性液晶、反強誘電性液晶などの液晶表示モードに従う液晶表示パネルを利用することができる。また、液晶表示パネル４の駆動方式も特に限定されず、単純マトリクス方式、アクティブマトリクス方式など既に知られた駆動方式を利用することができる。
また、駆動ユニット６は、液晶表示パネル４内の透明電極（図示しない）に電圧をかけ、液晶分子の向きを変えて液晶表示パネル４を透過する光の透過率を制御したりすることができる。

本発明に従うバックライトユニット２は、図１および図２に示すように、光源１２と、偏光分離フィルム１４、拡散フィルム１５と、２枚のプリズムシート１６および１７と、導光板１８と、反射板２２とを有する。以下、バックライトユニット２を構成するこれらの光学部品について説明する。

まず、光源１２について説明する。
図に示されるように、導光板の４つの側面にそれぞれ対向して４つの光源１２が配置されている。各光源１２は、複数の白色ＬＥＤ２０から構成されており、それぞれのＬＥＤ２０が、導光板１８の４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆに対向するように配置されている。複数のＬＥＤ２０は一定の間隔で配置されており、導光板１８の４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆを取り囲んでいる。光源１２から出射した光は、４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆから導光板１８の内部に入射する。
導光板１８の側面に対向して配置されるそれぞれのＬＥＤは、その側面の反対側の側面に対向して配置されるそれぞれのＬＥＤと、導光板１８を介して同軸上に配置されていてもよいし、互いにずれて配置されていても良い。

本発明では、光源１２を構成する複数のＬＥＤ（ＬＤ）をある程度高密度に配置することによって光源１２が擬似的に薄型の面光源（線状光源）として機能するように構成することが好ましい。ここで重要なのは、導光板の４つの側面に入射させる光の発光密度Ｓ_Ｌ［ｌｍ／ｍｍ^２］であり、本発明では、この発光密度Ｓ_Ｌを２．０［ｌｍ／ｍｍ^２］以上に設定することが好ましい。４つの側面に必要となる発光密度Ｓ_Ｌは、導光板の光射出面から射出する必要照度をＥ［ｌｘ］とし、導光板の長手方向の長さをＬ_ａ［ｍ］、それに垂直な方向の長さをＬ_ｂ［ｍ］、導光板の厚さをｔ［ｍ］、導光板の光利用効率をｐとすると、以下の式で表すことができる。

発光密度Ｓ_Ｌが上記式を満たし、発光面積の実サイズが導光板の厚さ未満となるような光源を用いることによって、従来よりも高輝度で、薄型で、大型の面状照明装置を実現することができる。

図示例では、光源１２として複数の白色ＬＥＤを一定間隔で配置した構成としたが、本発明はこれに限定されず、光源１２をＬＥＤアレイ２４とカップリングレンズ４０から構成することもできる。図３に、ＬＥＤアレイ２４とカップリングレンズ４０から構成される光源の一部を模式的に示す。ＬＥＤアレイ２４は、赤色、緑色および青色の３種類の発光ダイオード（以下、それぞれＲ−ＬＥＤ３２、Ｇ−ＬＥＤ３４およびＢ−ＬＥＤ３６という）を用いて形成される複数のＲＧＢ−ＬＥＤ３０が一列に配置されて構成されている。図３に示すように、Ｒ−ＬＥＤ３２、Ｇ−ＬＥＤ３４およびＢ−ＬＥＤ３６が規則的に配置されることによって光源１２が構成されており、このような構造のＬＥＤアレイ２４が導光板１８の各側面に対向して配置されている。
また、図４に示すように、ＲＧＢ−ＬＥＤ３０は、Ｒ−ＬＥＤ３２、Ｇ−ＬＥＤ３４およびＢ−ＬＥＤ３６からそれぞれ出射する光が所定の位置において交差するように、３種類のＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ３２、Ｇ−ＬＥＤ３４およびＢ−ＬＥＤ３６）の光軸の向きが調整されている。このように３種類のＬＥＤを調整することによって、それらＬＥＤの光が混色されて白色光とされる。

また、図３および図４に示すように、ＲＧＢ−ＬＥＤ３０の各ＬＥＤの光射出側にカップリングレンズとして３つのボールレンズ４２、４４および４６が配置されている。ボールレンズ４２、４４および４６は、各ＬＥＤに対応して配置されている。すなわち、１つのＲＧＢ−ＬＥＤ３０について３つのボールレンズ４２、４４および４６が組み合わされて用いられている。各ＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ３２、Ｇ−ＬＥＤ３４およびＢ−ＬＥＤ３６）から出射した光は、ボールレンズ４２、４４および４６によって平行光にされる。そして、所定の位置で交わって白色光にされた後、導光板１８の光混合部に入射する。３つのボールレンズ４２、４４および４６を組み合わせて用いたカップリングレンズは、３軸を持ったレンズであり、ＲＧＢ−ＬＥＤの各ＬＥＤの光を１点に絞り込んでミキシングすることができる。
ここでは、カップリングレンズとしてボールレンズを用いたが、これに限らず、ＬＥＤが発する光を平行光にすることができれば特に限定されない。カップリングレンズには、例えば、シリンドリカルレンズ、レンチキュラ、かまぼこ型のレンズ、フレネルレンズなどを用いることもできる。

３原色のＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ３２、Ｇ−ＬＥＤ３４およびＢ−ＬＥＤ３６）を用いて構成されたＲＧＢ−ＬＥＤ３０や白色ＬＥＤ２０は、従来のバックライト用の光源として使用される冷陰極管（ＣＣＦＬ）と比較して色再現領域が広く色純度が高いため、このＲＧＢ−ＬＥＤ３０または白色ＬＥＤ２０をバックライト用光源として使用した場合には、従来よりも色再現性が高くなり、鮮やかな色彩の画像を表示することが可能になる。
また、本実施形態では光源としてＬＥＤを用いたが、本発明はこれに限定されず、個繧繝として、冷陰極管、熱陰極管、または、外部電極蛍光管などを用いることもできる。

つぎに、バックライトユニット２の導光板１８について、図２および図５を参照して説明する。図５（Ａ）は、本発明に従う導光板１８の概略背面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示される導光板のＢ−Ｂ線矢視図であり、図５（Ｃ）は、Ｃ−Ｃ線矢視図である。
導光板１８は、図２、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、略矩形形状の平坦な光射出面１８ａと、四角錐形状の背面１８ｂと、光射出面１８ａに垂直な４つの矩形状の側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆとを有している。本発明に従う導光板１８では、４つのそれぞれの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆから光源の光が入射され、これら４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆが光の入射面である。導光板１８の側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆは平坦に形成されており、上述したように、それぞれの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆに対向して光源１２が配置されている。

図示例では、導光板１８の側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆは、それぞれ平坦に形成されているが、凸形状に形成されていても凹形状に形成されていてもよい。また、導光板１８の側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆは、光射出面１８ａに対して傾斜するように形成されていても良い。この場合は、光源からの光が側面に対して垂直に入射するように光源の配置を調整することができる。

導光板１８は、中央が最も厚くなっており、中央から４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆに向かって厚さが漸減し、導光板１８の端部で厚さが最も薄くなっている。
導光板１８の厚さは特に限定されないが、中央部が最も厚くなりすぎると、導光板全体が厚くなってしまうという理由から、最大厚みと最小厚みの比は、４未満であることが好ましい。
また、特に、最大厚みと最小厚みの比が、１．５〜２．５であるのが好ましく、最も好ましくは、２程度であることが良い。その理由は、現在使用されているＬＥＤを用いたライン光源の厚さは、最小のものでも、約１〜２ｍｍ程度であり、これに対して従来技術で用いられる平板の導光板は、約５〜８mmである。本発明は、従来に比べて、光利用効率を最大化しながら薄型化を実現することが好ましい条件であることから、導光板の最大厚みを約2〜４ｍｍとすることが可能な条件が好ましいからである。

導光板１８の背面１８ｂは、中央を頂点とする四角錐の形状を有し、４つの三角形状の平坦な傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊから形成されている。それぞれの傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊは、光射出面１８ａに対して所定の角度で傾斜している。図示例では、それぞれの傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊを平坦に形成したが、本発明はこれに限定されず、凸状または凹状の曲面でそれぞれの傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊを形成してもよい。
また、導光板１８の背面１８ｂの中央部分を、光射出面１８ａに平行となるような平坦面で形成しても良いし、曲面に形成しても良い。このように導光板１８の背面１８ｂの中央部分を、光射出面１８ａに平行な平坦面または曲面で形成することによって、光射出面１８ａの中央部分において暗部が発生することを低減することができ、輝度むらが一層低減された照明光を得ることができる。
また、導光板１８の背面１８ｂにおいて、隣接する傾斜面の接続部分の全部または一部を曲面で構成してもよい。このように、導光板１８の背面１８ｂの隣接する傾斜面の接続部分を曲面で構成することによって、光射出面１８ａの、傾斜面の接続部分に対応する部分において暗線が発生することを低減することができ、輝度むらがより一層低減された照明光を得ることができる。

また、本発明では、導光板１８の背面１８ｂを構成するそれぞれの傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊに複数のプリズム列を形成してもよい。また、このようなプリズム列の代わりに、プリズムに類する光学素子を規則的に形成することもできる。例えば、レンチキュラーレンズ、凹レンズ、凸レンズ、ピラミッド型など、レンズ効果を有する光学素子を導光板の背面のそれぞれの傾斜面に形成することもできる。

図２および図５（Ａ）〜（Ｃ）に示される導光板１８では、４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆから入射した光は、散乱粒子（詳細は後述する）によって散乱されつつ光射出面１８ａから出射する。このとき、導光板１８の内部を通過している光の一部は、背面１８ｂから漏出する場合もあるが、漏出した光は導光板１８の背面を覆うようにして配置されている反射板２２によって反射されて再び導光板１８の内部に入射する。反射板２２については後に詳しく説明する。

導光板１８は、透明樹脂に、光を散乱させるための散乱粒子が混錬分散されて形成されている。導光板18は、例えば、射出成形法、プレス成形法によって製造されるが、プレス成形法は、押出成形断面が均一でないため、射出成形法によって製造されるのが良い。
導光板１８に用いられる透明樹脂の材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ベンジルメタクリレート、アクリル樹脂、ＭＳ樹脂、あるいはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）のような光学的に透明な樹脂が挙げられる。導光板１８に混錬分散させる散乱粒子としては、アトシパール、シンコーン、シリカ、ジルコニア、誘電体ポリマなどを用いることができる。このような散乱粒子を導光板１８の内部に含有させることによって、均一で輝度むらが少ない照明光を光出射面から出射することができる。

また、本実施形態では、導光板１８の長手方向の長さをＬ_ａ、それに垂直な方向（短手方向）の長さをＬ_ｂとし、導光板１８に含まれる散乱粒子の散乱断面積をΦ、対向する２つの光入射面間の光の入射方向の距離の長い方の半分の長さ（すなわち、本実施形態では、Ｌ_ａ／２）をＬ_Ｇ、導光板１８に含まれる散乱粒子の密度（単位体積あたりの粒子数）をＮ_ｐ、補正係数をＫ_Ｃとしたときに、下記式（１）、（２）および（３）を共に満たすように、導光板の寸法、ならびに内部に含まれる散乱粒子の粒子数および粒子サイズの少なくとも一つが調整される。
１．１≦ΦＮ_ＰＬ_ＧＫ_Ｃ≦８．２ ・・・（１）
０．００５≦Ｋ_Ｃ≦０．１ ・・・（２）
１≦Ｌ_ａ／Ｌ_ｂ≦２ ・・・（３）
上記式（１）、（２）および（３）を共に満たすように、導光板を構成することによって、光利用効率を高め、輝度の面内均一性を同時に実現することができる。以下、その理由を説明する。

一般的に、平行光束を等方媒質に入射させた場合の透過率Ｔは、Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒ則により下記式（４）で表される。
Ｔ＝Ｉ／Ｉ_０＝ｅｘｐ（−ρ・ｘ）（４）
ここで、ｘは光の伝搬距離、Ｉ_０は入射光強度、Ｉは出射光強度、ρは減衰定数である。
上記減衰定数ρは、散乱粒子の散乱断面積Φと媒質に含まれる単位体積当たりの散乱粒子数Ｎ_pとを用いて下記式（５）で表される。
ρ＝Φ・Ｎ_ｐ・・・（５）
したがって、導光板における光軸方向の長さをＬ_Ｇとすると、光の取出効率Ｅ_ｏｕｔは、下記式（６）で与えられる。ここで、導光板の光軸方向の半分の長さＬ_Ｇは、導光板１８の光入射面に垂直な方向における導光板１８の一方の光入射面から導光板１８の中心までの長さとなる（すなわち、１つの光入射面に入射された光が光出射面から射出されるべき最も遠い距離ということもできる）。したがって、例えば、図１および図２に示す導光板１８の場合には、端導光板における光軸方向の長さＬ_Ｇは、光の入射方向（光軸方向）における導光板の長手方向の半分の長さＬ_ａ／２となる。
また、光の取出効率とは、入射光に対する、導光板の光入射面から光軸方向に長さＬ_Ｇ離間した位置に到達する光の割合であり、例えば、図１および図２に示す導光板１８の場合は、端面（光入射面）に入射する光に対する導光板１８の中心（導光板の光軸方向（特に、長手方向）の半分の長さとなる中央点の位置）に到達する光の割合である。
Ｅ_ｏｕｔ∝ｅｘｐ（−Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ）・・・（６）

ここで、上記式（６）は、有限の大きさの空間におけるものであり、上記式（４）との関係を補正するための補正係数Ｋ_Ｃを導入する。補正係数Ｋ_Ｃは、有限の空間の光学媒質中で光が伝搬する場合に経験的に求められる無次元の補正係数である。そうすると、光の取出効率Ｅ_ｏｕｔは、下記式（７）で表される。
Ｅ_ｏｕｔ＝ｅｘｐ（−Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）・・・（７）

上記式（７）に従えば、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が３．５のときに、光の取出効率Ｅ_ｏｕｔが３％であり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が４．７のときに、光の取出効率Ｅ_ｏｕｔが１％である。
この結果より、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が大きくなると、光の取出効率Ｅ_ｏｕｔが低くなることが分かる。光は導光板の光軸方向へ進むにつれて散乱するため、光の取出効率Ｅ_ｏｕｔが低くなると考えられる。

したがって、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は大きいほど導光板として好ましい性質であることが分かる。つまり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を大きくすることで、光の入射面と対向する面から射出される光を少なくし、光射出面から射出される光を多くすることができる。すなわち、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を大きくすることで、入射面に入射する光に対する光射出面から射出される光の割合（以下「光利用効率」ともいう。）を高くすることができる。具体的には、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を１．１以上とすることで、光利用効率を５０％以上にすることができる。
ここで、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を大きくすると、導光板１８の光射出面１８ａから出射する光の照度むらが顕著になるが、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値を８．２以下とすることにより、照度むらを一定以下（許容範囲内）に抑えることができる。なお、照度と輝度は略同様に扱うことができる。従って、本発明においては、輝度と照度とは、同様の傾向があると推測される。

以上より、本発明の導光板のΦ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は、上記式（１）のように、１．１以上かつ８．２以下であるという関係を満たすことが好ましく、２．０以上かつ７．０以下であることがより好ましい。また、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値は、３．０以上であればさらに好ましく、４．７以上であれば最も好ましい。
また、補正係数Ｋ_Ｃは、上記式（２）のように、０．００５以上０．１以下であることが好ましい。

まず、本発明者は、図１および図２に示す散乱粒子分散導光板１８を用い、散乱粒子の散乱断面積Φ、粒子密度Ｎ_ｐ、導光板の光軸方向の半分の長さＬ_Ｇ、補正係数Ｋ_Ｃを種々の値とし、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が異なる各導光板について、計算機シミュレーションにより光利用効率を求め、さらに照度むらの評価を行った。ここで、照度むら［％］は、導光板の光射出面から射出される光の最大照度をＩ_Maxとし、最小照度をＩ_Minとし、平均照度をＩ_Aveとしたときの［（Ｉ_Max−Ｉ_Min）／Ｉ_Ave］×１００とした。
また、図１０に、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値と光利用効率（光入射面に入射する光に対して光射出面から射出される光の割合）との関係を測定した結果を示す。

図１０に示すように、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを１．１以上とすることで、光利用効率を大きくすること、具体的には光利用効率を５０％以上とすることができ、８．２以下とすることで、照度ムラを１５０％以下にすることができることがわかる。
また、Ｋｃを０．００５以上とすることで、光利用効率を高くすることができ、０．１以下とすることで、導光板からの射出される光の照度むらを小さくすることができることがわかる。

次に、導光板に混錬分散または混合分散させる散乱微粒子の粒子密度Ｎ_ｐが種々の値の導光板を作成し、それぞれの導光板の光射出面の各位置から射出される光の照度分布を測定した。ここで、本実施形態では、粒子密度Ｎ_ｐを除いて他の条件、具体的には、散乱断面積Φ、導光板の光軸方向の半分の長さＬ_Ｇ、補正係数Ｋ_Ｃ、導光板の形状等は、同じ値とした。従って、本実施形態では、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃは、粒子密度Ｎ_ｐに比例して変化する。
このようにして種々の粒子密度の導光板について、それぞれ光射出面から射出される光の照度分布を測定した結果を図１１に示す。図１１は、縦軸を照度［ｌｘ］とし、横軸を導光板の一方の光入射面からの距離（導光長）［ｍｍ］とした。

さらに、測定した照度分布の導光板の側壁から射出される光の最大照度をＩ_Maxとし、最小照度をＩ_Minとし、平均照度をＩ_Aveとしたときの照度むら［（Ｉ_Max−Ｉ_Min）／Ｉ_Ave］×１００［％］を算出した。
図１２に、算出した照度むらと粒子密度との関係を示す。図１２では、縦軸を照度むら［％］とし、横軸を粒子密度［個／ｍ³］とした。また、図１２には、横軸を同様に粒子密度とし、縦軸を光利用効率［％］とした、光利用効率と粒子密度との関係も併せて示す。

図１１および図１２に示すように、粒子密度を高くする、つまり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを大きくすると、光利用効率は高くなるが、照度むらも大きくなる。また、粒子密度を低くする、つまり、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを小さくすると、光利用効率は低くなるが、照度むらを小さくなることがわかる。
ここで、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを１．１以上８．２以下とすることで、光利用効率を５０％以上とし、かつ、照度むらを１５０％以下とすることができる。照度むらを１５０％以下とすることで、照度むらを目立たなくすることができる。
以上から、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃを１．１以上８．２以下とすることで、光利用効率を一定以上とし、かつ照度むらも低減することができ、Ｋｃを０．００５以上とすることで、光利用効率を高くすることができ、０．１以下とすることで、導光板からの射出される光の照度むらを小さくすることができる。

ところで、導光板１８の利用効率を高めるためには、側面から入射した光が反対側の側面を抜けることによる光損失を最低限に抑え、入射光のほとんどを光出射面から出射させるようにすればよい。導光板１８の内部の散乱効果は、上記のように、導光板の内部に含ませる散乱粒子の粒径、散乱粒子の屈折率、散乱粒子の粒度分布、および、導光板の母材となる材料の屈折率からＭｉｅ理論によって決定される散乱断面積（単位時間当たりに散乱するエネルギー）と、散乱粒子の粒子密度と、入射してから導光する距離とによって関連付けられる。
本発明に従うバックライトユニットでは、図２および図５（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、導光板１８の４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆから光を入射させる。ここで、導光板１８の光射出面１８が正方形ではなく長方形である場合は、導光板１８の４つの側面１８ｃ、１８ｄ、１８ｅおよび１８ｆから光を入射させたときに、長手方向に平行な側面１８ｄおよび１８ｇから入射する光が光射出面１８ａの略中央から出射されるまでの導光長（光路長）と、長手方向に垂直な側面１８ｃおよび１８ｅから入射する光が光射出面１８ａの略中央から出射されるまでの導光長が異なってしまう。そのため、導光板１８の長手方向の長さをＬ_ａ［ｍ］、長手方向に垂直な方向（短手方向）の長さをＬ_ｂ［ｍ］としたときに、これらの比（Ｌ_ａ／Ｌ_ｂ）が大きすぎると、以下のような問題が起こる。

まず、導光板１８の長手方向に平行な２つの側面１８ｄおよび１８ｇから入射した入射光のほとんどを光出射面１８ａから出射させるために、上記式におけるＬ_ＧにＬ_ｂを代入して上記式（１）に基づいて導光板１８に含ませる散乱粒子の粒子密度および散乱断面積を調整すると、長手方向に垂直な２つの側面１８ｃおよび１８ｅから入射した光の殆どが導光板１８の略中央に到達するまでに散乱してしまい、導光板１８の中央部まで到達する光が減少して輝度むらが発生する恐れがある。
これに対し、導光板１８の長手方向に垂直な２つの側面１８ｃおよび１８ｅから入射した入射光のほとんどを光出射面１８ａから出射させるために、上記式におけるＬ_ＧにＬ_ａを代入して上記式（１）および（２）に基づいて導光板１８に含ませる散乱粒子の粒子密度および散乱断面積を調整すると、長手方向に平行な２つの側面１８ｄおよび１８ｇからそれぞれ入射した光に対して、導光板１８の中央部を通過して反対側の側面から出射する光の割合が増加して、光利用効率が低下してしまう恐れがある。
そこで、本発明では、上記式（１）、（２）および（３）を共に満たすように、すなわち、Φ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が１．１以上８．２以下となり、かつ、導光板の長手方向の長さＬ_ａとそれに垂直な方向の長さＬｂとの比Ｌ_ａ／Ｌ_ｂが１以上２以下となるように、導光板を構成する。これにより、導光板の光利用効率が高められ、輝度の面内均一性の高い照明光が得られる。
以上が、本発明に用いられる散乱粒子分散導光板が、上記関係式（１）、（２）および（３）を満足するようにする理由である。

また、従来の平板状の導光板においては、光利用効率が最大になるように上記式に基づいて散乱粒子を混入させると、光射出面で輝度ムラが現れる。これは散乱粒子の存在により、入光面である側面の近傍の光射出面から多くの入射光が出射してしまうためである。そこで、本発明の導光板は、光射出面と反対側の面を四角錐形状に形成して、導光板の中央が厚くなるように、光射出面に対して背面を傾斜させている。これにより、導光板の側面から入射した光線のうち、傾斜した背面で全反射する光線の量が増加し、導光板の中央に向かう光線が増加する。また、導光板の背面を傾斜させることにより、光を入射させる側面の近傍の光射出面や背面から、導光板の内部に入射した光が導光板の外部に漏れることが抑えられるので、入射光を導光板の中央付近まで導くことが可能となる。また、導光板の側面から入射して中央部を通過した光線は、傾斜した背面によって反射して光出射面から出射しやすくなるので、出射効率も向上する。

従来のサイドライト型の導光板は、平板状、または楔形（導光する距離が増加するほど導光板の厚さが漸減する）の形状で形成されており、かかる導光板の一方の側面または互いに対向する両方の側面に光源が配置され、一方の側面または両方の側面から光が入射される。これに対して、本発明に従う導光板は、中心に対して点対称な形状（四角錐形）を有しているので、４つの側面のすべてから光を入射させることができる。したがって、使用する光源（ＬＥＤ）の発光密度が従来と同一な場合は、本発明の導光板の内部には、従来よりも４倍または２倍の光を入射させることができる。それゆえ、本発明の導光板は、従来のサイドライト型の導光板に比べて高輝度を達成できる。
また、皿に、同一の発光密度で光源を配置させる場合、従来と同一の出射輝度を維持しながら導光板の厚さを１／４倍または１／２倍にすることができるので、従来に比べて薄型化を達成できる。
さらには、従来の導光板と同一の厚さで本発明の導光板を構成し、従来と同一の発光密度の光源を用いてバックライトユニットを構成した場合には、光源に投入する電力を従来よりも低減させても従来と同一の出射輝度を維持することができる。そのため、本発明の導光板を用いれば、光源（ＬＥＤ）の数を増加させた場合、同一の駆動電力で駆動した場合は導光板の光利用効率が従来に比べて高い観点で省電力化は可能であるので、ＬＥＤ一個の駆動電力を低減しすることで、より低消費電力にすることが可能になり、その結果、全体として、光源に投入する電力をに削減でき、低消費電力化を達成できる。

また、上記の透明樹脂に可塑剤を混入して導光板を作製してもよい。
このように、透明材料と可塑剤とを混合した材料で導光板を作製することで、導光板をフレキシブルにすること、つまり、柔軟性のある導光板とすることができ、導光板を種々の形状に変形させることが可能となる。従って、導光板の表面を種々の曲面に形成することができる。
これにより、例えば、導光板、または、この導光板を用いた面状照明装置を電飾（イルミネーション）関係の表示板として用いる場合に、曲率を持つ壁にも装着することが可能となり、導光板をより多くの種類、より広い使用範囲の電飾やＰＯＰ（ＰＯＰ広告）等に利用することができる。

ここで、可塑剤としては、フタル酸エステル、具体的には、フタル酸ジメチル（ＤＭＰ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＯＰ（ＤＥＨＰ））、フタル酸ジノルマルオクチル（ＤｎＯＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、フタル酸ジノニル（ＤＮＰ）、フタル酸ジイソデジル（ＤＩＤＰ）、フタル酸混基エステル（Ｃ_６〜Ｃ_１１）（６１０Ｐ、７１１Ｐ等）、フタル酸ブチルベンジル（ＢＢＰ）が例示される。また、フタル酸エステル以外にも、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、アジピン酸ジイソノニル（ＤＩＮＡ）、アジピン酸ジノルマルアルキル（Ｃ_{６、８、１０}）（６１０Ａ）、アジピン酸ジアルキル（Ｃ_７、９）（７９Ａ）、アゼライン酸ジオクチル（ＤＯＺ）、セバシン酸ジブチル（ＤＢＳ）、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）、リン酸トリクレシル（ＴＣＰ）、アセチルクエン酸トリブチル（ＡＴＢＣ）、エポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、トリメリット酸トリオクチル（ＴＯＴＭ）、ポリエステル系、塩素化パラフィン等が例示される。

本実施形態のバックライトユニット２では、入射される光をミキシングするための光混合部を導光板１８の４つの側面に密着するように設けることもできる。光混合部は、透明な樹脂に、光を散乱する粒子が混入された柱状の光学部品として構成することができ、各ＬＥＤから出射される光をミキシングして導光板の内部に入射させる機能を有する。光混合部の材料には、基本的には、導光板１８と同じ材料を用いることができ、導光板１８と同様に、内部に光を散乱させるための散乱体を含むことができる。光混合部の内部に含有させる散乱体の密度等は、導光板１８と同じであっても異なっていても良い。また、光混合部は、ＬＥＤに近接して配置されるため、耐熱性の高い材料を用いて形成されることが好ましい。

つぎに、偏光分離フィルム１４について説明する。
本実施形態においては、好ましい形態として、拡散フィルム１５の光射出側に偏光分離フィルム１４が配置されている。偏光分離フィルム１４は、拡散フィルム１５の光射出面から出射する光のうち、所定の偏光成分、例えば、ｐ偏光成分を選択的に透過させ、それ以外の偏光成分、例えば、ｓ偏光成分の殆どを反射させることができる。偏光分離フィルム１４は、反射した光を導光板に再度入射させて、再利用することができるので、光の利用効率を高め、輝度を格段に向上させることができる。かかる偏光分離フィルム１４は、例えば、透明樹脂に針状粒子を混錬して分散させて得られた板材を延伸させて、針状粒子を所定の方向に配向させることによって得られる。偏光分離フィルム１４としては、公知のものを用いることができる。
ここでは、偏光分離フィルム１４と拡散フィルム１５を別部材として構成しているが、偏光分離フィルム１４を拡散フィルム１５と一体にしてもよい。
また、図示例では、偏光分離フィルム１４を拡散フィルム１５の光射出側に配置したが、本発明はこれに限定されず、導光板１８の光射出面１８ａの直上に配置しても良い。このように、導光板１８の光射出面１８ａの直上に偏光分離フィルム１４を配置する場合は、偏光分離フィルム１４を、導光板１８の製造時に圧着または融着させて一体化させることが好ましい。これにより、導光板１８の光射出面１８ａと偏光分離フィルム１４との間に空気を介在させることなく、互いを密着させることができる。

ついで、プリズムシート１６および１７について説明する。
図１および２に示されるように、導光板１８と拡散フィルム１５の間に２枚のプリズムシートが設けられている。プリズムシートは、透明なシートの表面上に複数の細長いプリズムを互いに平行に配列させることにより形成される光学部材であり、導光板１８の光射出面から出射する光の集光性を高めて輝度を改善することができる。プリズムシート１６とプリズムシート１７は、それぞれのプリズム列の延在する方向が互いに直交するように配置されている。また、プリズムシート１６および１７は、それぞれのプリズムの頂角が導光板１８の光出射面１８ａに対して対向しないように配置される。これら２枚のプリズムシート１６および１７の配置順序は特に限定されない。
また、ここでは、複数の三角プリズムが透明な樹脂シート上に配置された２枚のプリズムシート１６および１７を用いたが、２枚のプリズムシート１６および１７の代わりに、プリズムに類する光学素子が規則的に配置されたシートを用いても良い。また、レンズ効果を有する素子、例えば、レンチキュラーレンズ、凹レンズ、凸レンズ、ピラミッド型などの光学素子を規則的に備えるシートをプリズムシートの代わりに用いることもできる。

本実施形態では、２枚のプリズムシート１６および１７を用いてバックライトユニット２２を構成したが、どちらか１枚のプリズムシートだけを用いてバックライトユニット２を構成しても良い。また、２枚のプリズムシート１６および１７に代えて、図６に示されるような、透明な樹脂製シート５２の表面上に、多数のピラミッド型のプリズム５４が規則的に配置されたピラミッド型プリズムシート５０を用いてバックライトユニットを構成することもできる。このようなピラミッド型プリズムシート５０を用いることによって、４つの側面から光を入射させる本発明に従う導光板の光射出面から出射する照明光に対して最適な集光効果が得られ、且つ、バックライトユニットの部品点数を削減することができる。

つぎにバックライトユニット２の反射板２２について説明する。
反射板２２は、導光板１８の背面１８ｂから漏洩する光を反射して、再び導光板１８に入射させるために設けられており、光の利用効率を向上させることができる。反射板２２は、導光板１８の背面１８ｂに対応した形状で、背面１８ｂを構成する各傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊをそれぞれ覆うように形成される。図１では、導光板の背面が四角錐形状に形成されているので、反射板２２も同様に四角錐形状に形成されている。なお、前述したように、導光板１８の背面１８ｂの各傾斜面１８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊを曲面で形成した場合には、反射板２２も同様に曲面で形成される。また、導光板１８の背面１８ｂの各傾斜面８ｇ、１８ｈ、１８ｉおよび１８ｊの接続部分を曲面で形成する場合は、反射板２２の、各傾斜面の接続部分に対応する部分が曲面で形成される。
反射板２２は、導光板１８の傾斜面から漏洩する光を反射することができれば、どのような材料で形成されてもよく、例えば、ＰＥＴやＰＰ（ポリプロピレン）等にフィラーを混練後延伸することによりボイドを形成して反射率を高めた樹脂シート、透明もしくは白色の樹脂シート表面にアルミ蒸着などで鏡面を形成したシート、アルミ等の金属箔もしくは金属箔を担持した樹脂シート、あるいは表面に十分な反射性を有する金属薄板により形成することができる。

つぎに、拡散フィルム１５について説明する。
拡散フィルム１５は、図１に示されるように、偏光分離フィルム１４とプリズムシート１６との間に配置される。拡散フィルム１５は、フィルム状部材に光拡散性を付与して形成される。フィルム状部材は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ベンジルメタクリレート、ＭＳ樹脂、あるいはＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）のような光学的に透明な樹脂を材料に形成することができる。
拡散フィルム１５の製造方法は特に限定されないが、例えば、フィルム状部材の表面に微細凹凸加工や研磨による表面粗化を施して拡散性を付与したり、表面に光を散乱させるシリカ、酸化チタン、酸化亜鉛等の顔料や、樹脂、ガラス、ジルコニア等のビーズ類をバインダとともに塗工したり、上記顔料やビーズ類を上記透明な樹脂中に混練したりすることで形成することができる。他には、反射率が高く光の吸収が低い材料で、例えば、Ａｇ、Ａｌのような金属を用いて形成することもできる。
本発明において、拡散フィルム１５としては、マットタイプやコーティングタイプの拡散フィルムを用いることができる。

図では、拡散フィルム１５を偏光分離フィルム１４とプリズムシート１６との間に配置したが、拡散フィルム１５の配置移置は特に限定されず、導光板１８とプリズムシート１７との間に配置しても良い。
このように導光板１８とプリズムシート１７の間に拡散フィルム１５を配置する場合は、拡散フィルム１５は、導光板１８の光射出面に密着することなく、所定の距離だけ離して配置されてもよく、その距離は導光板１８の光射出面からの光量分布に応じて適宜変更することができる。
このように拡散フィルム１５を導光板１８の光射出面から所定の間隔だけ離すことにより、導光板１８の光射出面から射出する光が、光射出面と拡散フィルム１５の間で更にミキシング（混合）される。これにより、拡散フィルム１５を透過して液晶表示パネル４を照明する光の輝度を、より一層均一化することができる。
拡散フィルム１５を導光板１８の光射出面から所定の間隔だけ離す方法としては、例えば、拡散フィルム１５と導光板１８との間にスペーサを設ける方法などを用いることができる。

以上、本発明に係るバックライトユニットの構成部品について詳細に説明した。
本発明においては、バックライトユニットの導光板の光射出面側に配置される光学部品の配置順序は特に限定されない。例えば、導光板の光射出面上に、１枚のプリズムシート、拡散フィルム、偏光分離フィルムをこの順で配置してバックライトユニットを構成してもよいし、導光板の光射出面上に、拡散フィルム、２枚のプリズムシート、偏光分離フィルムをこの順で配置したり、導光板の光射出面上に、上述したピラミッド型プリズムシート、拡散フィルム、偏光分離フィルムをこの順で配置してバックライトユニットを構成しても良い。また、前述したように、導光板の光射出面上に偏光分離フィルムを一体で形成した場合には、その偏光分離フィルムの上に、２枚のプリズムシートを配置したり、１枚のピラミッド型プリズムシートを配置してバックライトユニットを構成することもできる。

つぎに、図１および２に示す構造を有するバックライトユニットの照明光の輝度分布をシミュレーションにより求めた。その結果を図７に示す。また、図７には、比較のために、平板状の導光板を用い、その導光板の対向する２つの側面に光源を配置した以外は図１と同様の構造を有するバックライトユニット（比較例１とする）の照明光の輝度分布をシミュレーションにより求めた結果と、平板状の導光板を用いた以外は図１と同様の構造を有するバックライトユニット（比較例２とする）の照明光の輝度分布をシミュレーションにより求めた結果も示している。図７において、横軸は、バックライトユニットの短辺方向の一方の端部から他方の端部までの距離を示しており、縦軸は、バックライトユニットの光射出面の輝度を示している。
図７に示したグラフは、２２インチ（約５６ｃｍ）サイズの導光板を用いた場合のシミュレーション結果である。図７のグラフから、本発明に従うバックライトユニットは、比較例１の、導光板の２つの側面から光を入射させるタイプのバックライトユニットの約２倍の輝度を達成することができることがわかる。また、本発明に従うバックライトユニットは、平板状の導光板を用いて４つの側面から光を入射させた比較例２のバックライトユニットに比べて、輝度むらが抑制されている。

また、図１および２に示すバックライトユニット２の導光板１８の背面１８ｂの頂点部分を曲面で形成した場合の照明光の輝度分布をシミュレーションにより求めた。その結果を図８に分布Ａで示す。図８に示すグラフでは、図７に示したグラフと同様に、横軸は、バックライトユニットの短辺方向の一方の端部から他方の端部までの距離を示し、縦軸は、バックライトユニットの光射出面の輝度を示している。また、図８には、導光板の背面の頂点部分を曲面で形成していない本発明に従うバックライトユニットの照明光の輝度分布（分布Ｂ）も示している。このグラフから、図１および２に示される形状の導光板の背面の頂点部分を曲面形状で形成することによって、バックライトユニットの光射出面の中心部での輝度むらが改善されていることがわかる。

つぎに、本発明に従う導光板の光射出面の大きさと、その導光板を用いてバックライトユニットを構成したときに、目標の照度を得るために導光板の側面から入射させるのに必要な発光密度との関係を示すグラフを図９に示した。また、比較のために、平板状の導光板を用い、その導光板の互いに対向する２つの側面から光を入射させるバックライトユニット（比較例３とする）についてのグラフも示した。ここで、発光密度の算出条件は、導光板の長手方向の長さＬａと、それに垂直な方向の長さＬ_ｂとの比Ｌ_ａ／Ｌ_ｂを１．７８とし、導光板の光利用効率ｐを０．８、目標照度Ｅを２５０００［ｌｘ］、導光板の厚さｔを１．０［ｍｍ］として、上記式に基づいて算出した。

図９からわかるように、発光密度が０．５［ｌｍ／ｍｍ^２］のＬＥＤ（１．０［ｌｍ］程度の汎用のチップ型ＬＥＤ）を光源として使用する場合、比較例３のバックライトユニットの最大サイズは２インチ（約５センチ）であるのに対し、本発明のバックライトユニットの最大サイズは４インチ（約１０センチ）となる。また、発光密度が２．５［ｌｍ／ｍｍ^２］のＬＥＤ（５．０［ｌｍ］程度の高輝度タイプのチップ型ＬＥＤ）を光源として使用する場合は、比較例３のバックライトユニットの最大サイズは１０インチ（約２５センチ）であるのに対し、本発明のバックライトユニットの最大サイズは２０インチ（約５０センチ）となる。このように、同じ発光密度の光源を用いた場合であっても、本発明によれば、従来よりも照明面積の大きなバックライトユニットを実現することができる。
また、更には、発光密度が１０．０［ｌｍ／ｍｍ^２］のＬＥＤ（２０．０［ｌｍ］程度の超高輝度タイプのチップ型ＬＥＤ）を光源として使用すれば、軽量で輝度むらが抑制された、最大サイズが８０インチ（約２０３センチ）の超大型のバックライトユニットを実現することができる。

以上、本発明に従う導光板およびそれを用いるバックライトユニット並びに液晶表示装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施態様に限定はされず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

本発明に係るバックライトユニットを備える液晶表示装置の概略断面図である。 本発明に係るバックライトユニットの分解斜視図である。 赤色、緑色および青色の３種類の発光ダイオードを用いて構成される複数のＲＧＢ−ＬＥＤの配置の様子を模式的に示す図である。 ＲＧＢ−ＬＥＤとカップリングレンズの模式図である。 （Ａ）は、本発明に係る導光板の背面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示す導光板のＢ−Ｂ線矢視図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示す導光板のＣ−Ｃ線矢視図である。 ピラミッド型プリズムシートの概略斜視図である。 本発明に係るバックライトユニットの照明光の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 導光板の背面の頂点部分を曲面で形成した場合にバックライトユニットの光射出面から得られる照明光の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明に従う導光板の光射出面の大きさと、目標の照度を得るために導光板の側面から入射させるのに必要な発光密度との関係を示すグラフである。 導光板内の散乱粒子の散乱能を表すΦ・Ｎ_ｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃと光利用効率との関係を示すグラフである。 散乱粒子の粒子密度が異なるそれぞれの導光板から射出された光の照度をそれぞれ測定した結果を示すグラフである。 光利用効率および照度むらと粒子密度との関係を示すグラフである。

符号の説明

２ バックライトユニット
４ 液晶表示パネル
６ 駆動ユニット
１０ 液晶表示装置
１４ 偏光分離フィルム
１５ 拡散フィルム
１６、１７ プリズムシート
１８ 導光板
１８ａ 光出射面
１８ｂ 背面
１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ 側面
１８ｇ、１８ｈ、１８ｉ、１８ｊ 傾斜面
２０ 白色ＬＥＤ
３０ ＲＧＢ−ＬＥＤ
３２ Ｒ−ＬＥＤ
３４ Ｇ−ＬＥＤ
３６ Ｂ−ＬＥＤ
４２、４４、４６ ボールレンズ
４０ カップリングレンズ
５０ ピラミッド型プリズムシート
５２ 透明シート
５４ ピラミッド型プリズム

Claims (10)

1. 光源の光を面状の光に変換するための透明な樹脂製の導光板であって、
   外形形状が矩形状の光射出面と、
   前記光射出面の四辺にそれぞれ接続され、前記光射出面と略直交する４つの光入射面と、
   前記光射出面の反対側の面であって、前記４つの光入射面から中央に向かうに従って前記光射出面から遠ざかるように傾斜する４つの傾斜面から構成される背面とを有し、
   前記４つの光入射面において最小厚みとなり、前記４つの光入射面の中央において最大厚みとなり、
   さらに、内部に多数の散乱粒子を含み、
   前記光射出面の一辺の長さをＬ _ａ 、当該一辺に直交する方向の辺の長さをＬ _ｂ とし、前記散乱粒子の散乱断面積をΦ、前記散乱粒子の密度をＮ _ｐ 、補正係数をＫ _Ｃ 、対向する２つの前記光入射面間の光の入射方向の距離の長い方の半分の長さをＬ _Ｇ としたときに、下記式
   １．１≦ΦＮ _Ｐ Ｌ _Ｇ Ｋ _Ｃ ≦８．２
   ０．００５≦Ｋ _Ｃ ≦０．１
   １≦Ｌ _ａ ／Ｌ _ｂ ≦２
   を共に満足することを特徴とする導光板。
2. 前記４つの傾斜面が、それぞれ平坦に形成されている請求項１に記載の導光板。
3. 前記背面の略中央が、曲面状に形成されている請求項１または２に記載の導光板。
4. 前記背面を構成する前記４つの傾斜面の接続部分が、曲面で形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の導光板。
5. 前記最大厚みD_maxと前記最小厚みD_minの比が、下記式
   １＜（Dmax／Dmin）≦４
   を満足する請求項１〜４のいずれか１項に記載の導光板。
6. 面状の照明光を発生させるための面状照明装置であって、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の導光板と、
   前記導光板の前記４つの光入射面に対向して配置される４つの光源とを備える面状照明装置。
7. 前記４つの光源は、それぞれ、複数の白色の発光ダイオードを備える請求項６に記載の面状照明装置。
8. 前記発光ダイオードの発光密度は、２．０［ｌｍ／ｍｍ^２］以上である請求項７に記載の面状照明装置。
9. さらに、透明な樹脂製のシートの表面上に複数の角錐形状のプリズムが規則的に配置されたプリズムシートを前記導光板の光射出面側に備える請求項６〜８のいずれか１項に記載の面状照明装置。
10. 請求項６〜９のいずれか１項に記載の面状照明装置と、
    前記面状照明装置の光射出面側に配置される液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルを駆動するための駆動ユニットとを有する液晶表示装置。

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