JP5731112B2 - 導光板およびそれを用いた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示パネルまたはキーボード等のバックライトで代表される照射装置に用いられる導光板に関し、さらに詳しくは、導光板およびそれを用いた表示装置に関する。

携帯電子機器等における表示装置のバックライトに関しては、薄型化および軽量化の観点で、照射面の端面に光源を配置する構成が検討されている。この場合、光源から出射される光束の光軸方向を、導光板を用いて９０度変換することにより、面状の照射が可能となる。

また、近年は省エネルギーの観点で、照射装置に用いる光源は多様化している。特に省エネルギーの光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が注目を集め、冷陰極管からの切り替えが進められている。ＬＥＤは、指向性の高い点光源である。したがって、線光源の冷陰極管を置き換えるためには、複数のＬＥＤから放射される、独立した複数の光束の強度分布を、導光板により充分に平滑化しなければならない。

このような導光板に関する従来例として、例えば特許文献１には、アクリル樹脂またはカーボネイト樹脂等の透光性樹脂板を用いた導光板が提案されている。本従来例では、導光板の一方の主面全面に、列状に形成した条溝または突条の光拡散部と、光拡散部で拡散された光を他方の主面方向に出射する光偏向領域とを備えている。この結果、複数のＬＥＤを用いる面型照明装置において、ＬＥＤから放射される複数の光束を充分に拡散・混合し、輝度のむらを解消できるとしている。

特開２００８−０４１２７０号公報

しかしながら、従来例の導光板では、ＬＥＤの光が入射する端面の近傍は、平坦面で形成されている。この端面に入射した光は、平坦面において入射角と同一の反射角で反射されるだけで、光軸の直角方向へは拡散されない。その結果、複数の光束の平滑化は不十分のままとなる。さらに、光束を効率的に照射面に向けることができないため、表示装置の輝度が低下する課題があった。

しかも、従来例の導光板では、光拡散部および光偏向領域が混在している。このため光束は、均一化が不充分な状態で、光偏向領域において偏向される。その結果、特に表示装置のＬＥＤ近傍において、列状に配列する複数のＬＥＤからのスポット集光による光量むら（螢現象とも称される）が発生する。

さらに、ＬＥＤと導光板との距離を短くした構成や、ＬＥＤの光照射強度を向上させる構成によって、螢現象は顕著に現れる。したがって、螢現象を目立たなくするためには、ＬＥＤの照射強度を弱くするとともに、ＬＥＤと導光板との距離を長くする必要があった。このため、バックライトの光照射強度を向上できず、さらに表示装置における有効表示領域が減少するという課題があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するもので、螢現象を抑制するとともに高輝度を達成可能な、導光板およびそれを用いた表示装置を提供することを主要な目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の導光板は、側面から入射光を受け、受けた入射光を平滑化し均一な光を平面から放出する平板状の導光板であって、前記導光板の一側面であって、入射光を受ける入射端面と、前記導光板の一平面であって、均一な光を放出する光放出平面と、前記導光板の一部であって、前記光放出平面と対応する光偏向領域と、前記導光板の一部であって、前記入射端面と前記光偏向領域との間に設けた光束平滑化領域と、を有し、前記光束平滑化領域の一方の平面に、凹凸状に変化し、前記入射端面から大略垂直に延在する複数の並行な溝を形成した、導光板である。

また、本発明の表示装置は、一列に配列された複数の光源と、上述した導光板と、前記導光板の光放出平面上に設け、光放出平面から放出された光を光放出平面に対し大略垂直方向に光速をそろえるプリズムシートと、前記導光板の光放出平面とは逆の平面上に設けた反射板と、を有する表示装置である。

本発明の導光板によれば、光束平滑化領域と光偏向領域とを分離し、第１表面において光源の配列方向に対して傾斜する領域を大幅に増加させる。これにより、傾斜面において光束が反射・屈折されることにより分散・混合され、光束の強度分布が充分に平滑化される。その後に平滑化された光束が偏向されるため、螢現象を充分に抑制することが可能となる。また、螢現象が消滅する結果、本発明の導光板を用いた表示装置の有効表示領域を広くすることが可能となる。さらに、第１表面が平坦な傾斜面の組み合わせで構成されているため、光束の散乱が少なく、散乱損失による光束の消耗が少なくなり、本発明の表示装置は高輝度を達成することが可能となる。

本発明の第１の実施形態における導光板の光束平滑化領域の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における導光板の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における照射装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における表示装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態における導光板の光束平滑化領域の構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態における導光板の光束平滑化領域ののこぎり歯の形状を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態における導光板の光束平滑化領域の変曲点を有する曲線の形状を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態に関するいくつかの例について、図面を参照しながら説明する。図面において、同一の構成を示すものには同一の符号を付す。また、符号の引き出し線が点線の場合、隠れた部分を指している。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の導光板における光束平滑化領域１の構成を示す斜視図である。第１の実施形態の導光板は、平板状の形状を有し、入射光を受ける入射端面と、入射光を平滑化し均一な光を放出する光放出平面を有する。入射端面と光放出平面との間に光束平滑化領域１が設けられている。図１は、光束平滑化領域１だけが示されている。光束平滑化領域１は、凹凸状に変化する複数の平行な溝が一方の平面に形成されている。一方の平面は、好ましくは光放出平面とは逆の平面である。他方の平面にも同様の溝を設けても良い。溝は、入射端面から延在し、延在方向は、入射光の光軸方向である。従って、溝の方向は、入射端面と大略垂直な方向である。入射端面から見た溝の形状は、のこぎり波形状、曲線波（例えば正弦波）形状のいずれであっても良い。好ましくは、のこぎり波形状であるので、以下、のこぎり波形状を主として説明する。
光束平滑化領域１は、入射端面２ａ、出射端面２ｂ、光束平滑化表面４ａ、表面４ｂ、側面３ａ、および側面３ｂを有する。光束平滑化表面４ａは、仮想面ＮＦａの近傍に配置され、図１に示すよう、光軸に垂直な断面が折れ線である形状を有する。折れ線の代わりに、曲線であっても良い。仮想面ＮＦａは、境界線Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、およびＮ４を挟んで、それぞれ入射端面２ａ、出射端面２ｂ、側面３ａ、および側面３ｂと直角に配置され、表面４ｂと平行に配置される。入射端面２ａは、境界線Ｎ５、Ｎ６、およびＮ７を挟んで、それぞれ側面３ａ、側面３ｂ、および表面４ｂと直角に配置され、出射端面２ｂと平行に配置される。出射端面２ｂは、境界線Ｎ８、Ｎ９、およびＮ１０を挟んで、それぞれ側面３ａ、側面３ｂ、および表面４ｂと直角に配置される。

なお、各面２ａ、２ｂ、ＮＦａ、４ｂ、３ａ、３ｂは、第１の実施形態では平面であるが、曲面であってもよい。各境界線Ｎ１〜Ｎ１０は、第１の実施形態では直線であるが、曲線であってもよい。各面２ａ、２ｂ、ＮＦａ、４ｂ、３ａ、３ｂが互いに成す角度は直角または平行としたが、それ以外の角度であってもよい。

光源には、第１の実施形態では、点光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が用いられる。複数のＬＥＤは、各境界線Ｎ１、Ｎ７に平行に配置される。さらに複数のＬＥＤのそれぞれは、光軸が、入射端面２ａおよび出射端面２ｂに対して垂直になるように、すなわち各境界線Ｎ３、Ｎ４に対して平行になるように配置される。

各ＬＥＤから放射した光束５は、入射端面２ａに入射される。複数のＬＥＤから入射された複数の光束５の強度分布は、複数のピークを有する。光束平滑化表面４ａは、入射された複数の光束５を分散させることにより光を混合し、ピークのない平坦な強度分布にする。その結果、複数の光束５は、１つの光束６に平滑化される。出射端面２ｂは、平滑化された光束６を出射する。

光束平滑化表面４ａと入射端面２ａとの境界線２１は、図１に示すように、のこぎり波の形状を成す。

図６は、第１の実施形態の導光板におけるのこぎり歯の形状を示す模式図である。図６に示すように、点Ａ、Ｂ、Ｃを頂点とする三角形ＡＢＣは、辺ＡＢを境界線Ｎ１と共有する。辺ＡＣは、境界線Ｎ１に対して頂点Ａの内角Ａｄｇだけ傾斜し、辺ＢＣは、境界線Ｎ１に対して頂点Ｂの内角Ｂｄｇだけ傾斜する。辺ＡＣと辺ＢＣとは、頂点Ｃの内角Ｃｄｇを成す。内角Ａｄｇおよび内角Ｂｄｇは、鋭角である。第１の実施形態では内角Ｃｄｇも鋭角であり、三角形ＡＢＣは鋭角三角形である。なお内角Ｃｄｇが直角であり、三角形ＡＢＣが直角三角形であってもよく、内角Ｃｄｇが鈍角であり、三角形ＡＢＣが鈍角三角形であってもよい。境界線２１は、このように２種類の辺ＡＣおよび辺ＢＣの組み合わせが繰り返される、のこぎり波の形状を成す。

なお、のこぎり波状の境界線２１は、三角形ＡＢＣが、隣接して繰り返されるようにしても良いし、所定の間隔を空けて繰り返されるようにしても良い。後者の場合、所定の間隔は、境界線Ｎ１に沿って断続的に現れる。この間隔の長さの合計は、境界線Ｎ１の全長の半分以下であることが望ましい。このように境界線２１は、凹凸を有する形状を成す。さらに、内角Ａｄｇおよび内角Ｂｄｇは、所定の傾斜角度以上であることが望ましい。所定の傾斜角度は、例えば２０度である。

境界線２１におけるのこぎり波形の形状は、入射端面２ａと平行な任意の断面においても観察することができる。すなわち、光束平滑化表面４ａは、境界線２１が延在して形成される面であり、かかる面は、２種類の長方形が交互に繰り返されて形成される。一方の種類の長方形は、仮想面ＮＦａに横たわる三角柱の一方の斜面を形成し、他方の種類の長方形は、仮想面ＮＦａに横たわる三角柱の他方の斜面を形成する。２種類の長方形は、仮想面ＮＦａに対して、角度Ａｄｇおよび角度Ｂｄｇだけ傾斜する。なお、光束平滑化表面４ａは、入射端面２ａに平行な任意の断面において、入射端面２ａから離れるにしたがって、境界線２１の形状から相似形で変化してもよい。

複数のＬＥＤからの複数の光束５は、複数の三角柱の斜面において、反射および屈折されることにより、分散され、混合されて、１つの光束６に平滑化される。

例えば回折素子のように、傾斜角度Ａｄｇまたは傾斜角度Ｂｄｇを直角とし、直角三角形によりブレーズ（ｂｌａｚｅ）化するよりも、上述したように鋭角三角形によりブレーズ化する方が好ましい。なぜならば、入射端面２ａに入射した複数の光束５のそれぞれは、仮想面ＮＦａに平行な平面内において、光軸に関して大略対称な強度分布（すなわち、配光分布）を有するからである。光束平滑化表面４ａは、光軸に関して対称な方向の２種類の光束を、上述した２種類の長方形を用いて、それぞれ効率よく分散させることができる。この意味から、鋭角三角形ＡＢＣは、辺ＡＢを底辺とし、傾斜角度Ａｄｇおよび傾斜角度Ｂｄｇが互いに等しい二等辺三角形であることが、さらに好ましい。

光束平滑化表面４ａの形状は、例えば次のようにして製作することができる。金属に鍍金層を形成し、鍍金した部分に対応する成形品側が光束平滑化表面４ａの形状となるように、鍍金した金属を切削加工し、金型を製作する。このような金型に、光束平滑化領域１の材料、例えばアクリル系樹脂またはポリカーボネイト系樹脂、を用いて射出成形し、光束平滑化表面４ａを有する光束平滑化領域１を製作することができる。射出成形以外に、エッチングによっても光束平滑化表面４ａの形状を製作することが出来る。

なお、図１および図６では三角形ＡＢＣは、境界線Ｎ１に対して光束平滑化領域１の外側の方向に突出させたいわゆるブレーズ型の形状としたが、境界線Ｎ１に対して光束平滑化領域１の内側の方向に削り込んだ形状としてもよい。しかし、導光板８において、光束平滑化領域１および後述する光偏向領域７（図２を参照）を一体で製造する観点からは、光偏向領域７の光偏向表面４ｃ（図２を参照）と同一平面内の仮想面ＮＦａから、金型を切削加工により製作することが好ましく、したがってブレーズ型の形状とすることが好ましい。

光束平滑化領域１の各寸法は、入射された光束５が平滑化される度合いと相関関係がある。これらの寸法は、光束平滑化領域１の長さＬａ、各側面３ａ、３ｂの高さ（すなわち、図２に示す光偏向領域７の厚み）Ｔ、光束平滑化表面４ａの高さ（すなわち、三角形ＡＢＣの高さまたはブレーズ高さ）Ｈａ、および光束平滑化表面４ａのピッチＰａである。なお、平滑化領域１の厚みは、表面４ｂからのこぎり波の頂点までを言う。平滑化領域１の厚みは光偏向領域７の厚みよりも大きい。

長さＬａが長くなれば、入射された光束５の反射および屈折回数が多くなるから、平滑化効果を高めることができる。しかし、長さＬａがある程度以上に長くなれば、平滑化効果は充分となり、図４において後述する液晶表示パネル１６の有効表示領域Ｓも狭くなる。

側面３ａ、３ｂの高さＴと光束平滑化表面４ａの高さＨａとが短くなれば、反射および屈折回数が多くなるから、平滑化効果を高めることができる。しかし、高さＴは、図３において後述するＬＥＤ列１１の高さＳｈにも関係するため、高さＴには好ましい範囲が存在する。また、高さＨａがある程度以下に短くなれば、上述した２種類の傾斜する長方形の面積が小さくなるため、反射および屈折回数が少なくなる。さらに、各傾斜角度Ａｄｇ、Ｂｄｇも小さくなるため、反射および屈折方向の配列方向の成分は小さくなり、配列方向への分散・混合効果は小さくなる。

光束平滑化表面４ａのピッチＰａが短くなれば、反射および屈折回数が多くなるから、平滑化効果を高めることができる。しかし、突出角度Ｃｄｇが一定のままであれば、上述した２種類の傾斜する長方形の面積が小さくなるため、反射および屈折回数が少なくなる。

以上の理由により、光束平滑化領域１の長さＬａは、好ましくは光束平滑部１における側面３ａ、３ｂの高さＴ以上、かつ６×Ｔ以下であることが望ましい。各側面３ａ、３ｂの高さＴは、好ましくは後述のＬＥＤ列１１の高さＳｈに対して、０．８×Ｓｈ以上、かつ１．２×Ｓｈ以下であることが望ましい。ブレーズ高さＨａ（溝の深さＨａとも言う）は、０．００２５×Ｔ以上、かつ０．０２５×Ｔ以下であることが望ましい。Ｈａは、１μｍから２０μｍであり、好ましくは５μｍから１０μｍである。光束平滑化表面４ａのピッチＰａは、５０μｍ以下、好ましくは３０μｍである。突出角度Ｃｄｇは、６０度以上、１５０度以下であり、好ましくは７０度以上、１１０度以下であり、より好ましくは８０度以上、１００度以下であり、最も好ましくは大略９０度である。第１の実施形態では、Ｌａ＝４ｍｍ、Ｔ＝１ｍｍ、Ｈａ＝８μｍ、Ｐａ＝１６μｍ、およびＣｄｇ＝９０度とした。

図２は、第１の実施形態の導光板８における構成を示す斜視図である。第１の実施形態の導光板８は、さらに光束平滑化領域１に隣接する光偏向領域７を含む。光偏向領域７は、出射端面２ｂ、光偏向表面４ｃ、表面４ｄ、側面３ａ、および側面３ｂを有する。光偏向表面４ｃは、仮想面ＮＦａと同一の平面内に配置され、出射端面２ｂ、側面３ａ、および側面３ｂと直角に配置され、表面４ｄと平行に配置される。表面４ｄは、表面４ｂと同一の平面内に配置され、光偏向表面４ｃと対向する。

なお、各面４ｃ、４ｄは、第１の実施形態では平面であるが、曲面であってもよい。各面２ｂ、４ｃ、４ｄ、３ａ、３ｂが互いに成す角度は直角または平行としたが、角度であってもよい。光偏向領域７の表面は、出射端面２ｂの全部で構成されるとしたが、出射端面２ｂの一部で構成されてもよい。光偏向表面４ｃは仮想面ＮＦａと同一の平面内に配置され、表面４ｄは、表面４ｂと同一の平面内に配置されるとしたが、光偏向表面４ｃと仮想面ＮＦａとの間、および表面４ｄと表面４ｂとの間に、段差を設けてもよい。

光偏向領域７は、光偏向表面４ｃの近傍に、光束を偏向させる光偏向素子９ａを有する。光偏向素子９ａは、平滑化された光束６を、光軸方向（すなわち、各境界線Ｎ３、Ｎ４に平行な方向）に対して所定の偏向角で偏向し、表面４ｄへ照射光束１０として出射する。

光偏向素子９ａは、例えば、中空の三角錐であり、三角錐の底面の三角形は光偏向表面４ｃ内にある（図２では、模式的に楕円で示している）。光偏向素子９ａは、中空の三角錐の代わりに、中空の三角柱であってもよい。上述した所定の偏向角は、光軸方向を１８０度とすると、１５０〜１７０度程度である。なお、光偏向素子９ａの形状、および光偏向表面４ｃにおける光偏向素子９ａの配置を最適化することにより、偏向角を９０度とし、後述するプリズムシート１５（図４を参照）を省略することも可能である。

図３は、第１の実施形態の照射装置における構成を示す斜視図である。なお、図面を見易くするため、図３におけるＬＥＤ列１１に対する回路基板１２の配置は、後述する図４における回路基板１２の配置とは逆配置としている。第１の実施形態の照射装置は、導光板８、ＬＥＤ列１１、回路基板１２、および筐体１３を含む。ＬＥＤ列１１は、複数（例えば、６０個程度）のＬＥＤを含み、複数のＬＥＤは、各境界線Ｎ１、Ｎ７の方向に整列して配置される。回路基板１２は、ＬＥＤ列１１に電流を供給する配線（不図示）を有する。筐体１３は、回路基板１２を固定する。さらに、筐体１３は、表面４ｂの外側に、表面４ｂに対して大略平行に配置される光遮蔽部１３ａを含む。光遮蔽部１３ａは、表面４ｂから出射される光束を、吸収または反射することにより遮蔽する。なお、光遮蔽部１３ａは、表面４ｂに対していくらか傾斜してもよい。なお、光遮蔽部１３ａは、ＬＥＤ列１１から出射される光束を遮蔽してもよく、また表面４ｄ内における表面４ｂ近傍の面から出射される光束を遮蔽してもよい。

第１の実施形態では、１個のＬＥＤの幅Ｓｗは２．８ｍｍ、ＬＥＤ列１１のピッチＳｐは３．５７ｍｍ、およびＬＥＤ列１１の高さＳｈは、各側面３ａ、３ｂの高さＴと同じく１ｍｍとした。この場合、ＬＥＤ列１１のピッチＳｐは、上述した光束平滑化表面４ａのピッチＰａ＝１６μｍに対して２００倍強に相当する。このような照射装置において、出射された光束１０を観察したが、螢現象は完全に解消していることを確認することができた。これは、光束平滑化領域１において、複数の光束が充分に平滑化されたことに起因する。

図４は、第１の実施形態の表示装置における構成を示す断面図である。第１の実施形態の表示装置は、導光板８、ＬＥＤ列１１、回路基板１２、筐体１３、反射板１４、プリズムシート１５、液晶表示パネル１６、基板固定フレーム１７、および放熱板１８を含む。筐体１３は、表示装置を支持する。さらに上述したように、筐体１３は、表面４ｂと液晶表示パネル１６との間に、表面４ｂに対して大略平行に配置される光遮蔽部１３ａを含む。反射板１４は光束平滑部１および光偏向領域７に対して独立して配置され、光偏向表面４ｃに対して平行に、光偏向表面４ｃの外側に配置される。反射板１４は、出射された光束を反射し、光偏向領域７に戻すことにより、光偏向領域７における液晶表示パネル１６への照射効率を高めることができる。プリズムシート１５は、光偏向領域７から出射された光束１０の偏向角を、液晶表示パネル１６に対して９０度に修正する。液晶表示パネル１６は、光スイッチ部の一例である。基板固定フレーム１７は、回路基板１２を固定する。放熱板１８は、ＬＥＤ列１１の熱を放熱する。なお、回路基板１２は、図３に示したように、液晶表示パネル１６側に配置してもよい。

光偏向領域７は、光束を偏向させる光偏向素子９ｂを有してもよい。光偏向素子９ｂは、平滑化された光束６を反射および屈折することにより偏向し、表面４ｄへ出射する。光偏向素子９ｂは、ビーズ（ｂｅａｄｓ）とも呼ばれる。光束平滑化領域１においても、光偏向素子９ｂを設けても良い。ビーズの直径は１〜２０μｍ、好ましくは５〜７μｍとする。ビーズの添加量は、例えば０．０１ｗｔ％である。

図４において、ＬＥＤ列１１は、複数の光束５を放射する。光束平滑化領域１は、入射端面２ａに複数の光束５入射し、入射された複数の光束５の強度分布を平滑化する。光偏向領域７は、平滑化された光束６を、光軸方向に対して所定の偏向角で偏向し、表面４ｄへ出射する。プリズムシート１５は、光偏向領域７から出射された光束１０の偏向角を、液晶表示パネル１６に対して９０度に修正する。液晶表示パネル１６は、修正された光束を、入力映像信号に基づいて画面内の各画素における光スイッチにより、透過／遮蔽し、映像を表示する。さらに、光遮蔽部１３ａは、導光板８から出射される光束を、吸収または反射することにより遮蔽する。

ＬＥＤ列１１と入射端面２ａとの距離Ｄｂが短くなれば、液晶表示パネル１６への光照射強度を高めることができる。しかし、距離Ｄｂがある程度以下に短くなれば、ＬＥＤ列１１の照射に起因して入射端面２ａに熱変形等が生じる。ＬＥＤ列１１と光遮蔽部１３ａの液晶表示パネル１６側端面との距離Ｄａが短くなれば、光束の遮蔽効果が小さくなり、距離Ｄａが長くなれば、液晶表示パネル１６の有効表示領域Ｓが狭くなる。

以上の理由により、ＬＥＤ列１１と入射端面２ａとの距離Ｄｂは、長くなるほど螢現象の抑制効果を高めることができるが、液晶表示パネル１６への光照射強度を弱めることになる。このため、距離Ｄｂは、入射端面２ａに熱変形が生じる限界まで近接することが好ましく、０．３ｍｍ以上であることが望ましい。ＬＥＤ列１１と光遮蔽部１３ａの液晶表示パネル１６側端面との距離Ｄａは、表示装置の大きさに応じて決定されるため、特に規定はされないが、好ましくは４．３ｍｍ以上であることが望ましい。第１の実施形態では、Ｄｂ＝０．５ｍｍ、およびＤａ＝４．５ｍｍとした。

光束平滑化領域１は、ＬＥＤ列１１の直近の所定ゾーンに配置される。光束平滑化領域１は、ＬＥＤ列１１から距離Ｄｂに位置する近接平面と、ＬＥＤ列１１から、距離Ｄｂと光束平滑化領域１の長さＬａとの和の距離に位置する遠方平面との間にある。したがって、所定ゾーンは、距離Ｄｂの好ましい最小値０．３ｍｍに位置する近接平面と、距離Ｄｂと光束平滑化領域１の長さＬａとの和の好ましい最大値（例えば１．０＋６．０ｍｍ）に位置する遠方平面とを両端とするゾーンである。

上述した各寸法を有する導光板８および導光板８を用いた表示装置を製作したところ、螢現象の発生は充分に抑制され、また液晶表示パネル１６の輝度は充分に高く、１３００ｎｉｔであった。これに対して、列状に形成した条溝または突条の光拡散部と光偏向領域とを混在して形成した導光板を用い、他の構成は図４と同一とした表示装置を製作した。この表示装置では、光遮蔽部１３ａの端面から０．５ｍｍ前後まで有効表示領域Ｓに入り込んだ部分において、図４の断面に垂直方向に一列に配列した螢現象が明確に視認され、液晶表示パネル１６の輝度も２２０ｎｉｔと不充分な値となった。

このように、第１の実施形態の導光板８は、光束平滑化領域１と光偏向領域７とが分離され、光束平滑化領域１の光束平滑化表面４ａの全体にわたって、ＬＥＤ列１１の配列方向に対して傾斜する形状に形成される。これにより、光束平滑化領域１は、傾斜面において光束を反射・屈折することにより分散・混合し、光束の強度分布を充分に平滑化する。その後に光偏向領域７は平滑化された光束を偏向する。その結果、不充分な平滑化に起因する螢現象を、充分に抑制することが可能となる。また、螢現象が消滅する結果、液晶表示パネル１６の有効表示領域Ｓを広くすることが可能となる。さらに、光束平滑化表面４ａが平坦な傾斜面の組み合わせで構成されているため、光束の散乱は少なく、散乱損失による光束の消耗が少なくなる。このため、液晶表示パネル１６に寄与する光束が多くなり、液晶表示パネル１６は高輝度を達成することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１の実施形態と同等であるので、説明を省略する。

図５は、第２の実施形態の導光板における光束平滑化領域１Ａの構成を示す斜視図である。光束平滑化領域１Ａの入射端面２ａＡは、のこぎり波の形状の交互に傾斜する斜面を有する。入射端面２ａＡは、仮想面ＮＦｂの近傍に配置される。仮想面ＮＦｂは、境界線Ｎ１、Ｎ５、Ｎ６、およびＮ７を挟んで、それぞれ仮想面ＮＦａ、側面３ａ、側面３ｂ、および表面４ｂと直角に配置される。

入射端面２ａＡと仮想面ＮＦａとの境界線２１Ａは、図５に示すように、歯のピッチＰｂが歯の幅Ｌｂに比べて長い、のこぎり波の形状を成す。入射端面２ａＡは、仮想面ＮＦａに平行な任意の断面との境界線において、境界線２１Ａに等しい形状を成す。すなわち、入射端面２ａＡは、歯の幅Ｌｂに対応する部分が、仮想面ＮＦｂからＬＥＤ列１１側へ、三角柱状に突出した形状を成す。入射端面２ａＡは、突出した三角柱において、仮想面ＮＦｂから互いに異なる方向に傾斜した２種類の長方形を有する。

入射端面２ａＡは、ＬＥＤ列１１から放射された複数の光束５を、上述した２種類の傾斜する長方形において、ＬＥＤ列１１の配列方向の成分を含む方向に反射および屈折することにより、分散させるとともに混合する。入射端面２ａＡは、光束平滑化表面４ａとともに用いることにより、光束の平滑化度合いをさらに向上し、螢現象をさらに抑制する。

第２の実施形態では、入射端面２ａＡにおけるのこぎり歯の幅Ｌｂを０．１ｍｍ、のこぎり歯のピッチＰｂを０.１５ｍｍ、のこぎり歯の突出角度Ｃｄｇ１を１２０度とした。この場合、ＬＥＤ列１１と光遮蔽部１３ａの液晶表示パネル１６側端面との距離Ｄａ（図４を参照）を４ｍｍとしても、螢現象は視認できなかった。

なお、入射端面２ａＡでは、のこぎり歯のピッチＰｂがのこぎり歯の幅Ｌｂに比べて長いとしたが、のこぎり歯のピッチＰｂがのこぎり歯の幅Ｌｂに等しくてもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１および第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。その他の構成、動作、および効果は、第１および第２の実施形態と同等であるので、説明を省略する。

図７は、第３の実施形態の導光板における変曲点を有する曲線の形状を示す模式図である。第３の実施形態の導光板では、光束平滑化表面４ａは、境界線２１の代わりに、境界線２１Ｂを有する。境界線２１Ｂは、変曲点を有する２種類の曲線の組み合わせが繰り返される形状を成す。一方の種類の曲線は、変曲点において接線２２ａを有し、他方の種類の曲線は、変曲点において接線２２ｂを有する。境界線Ｎ１に対して、接線２２ａは角度Ａｄｇ１を成し、接線２２ｂは角度Ｂｄｇ１を成す。

図６に示すのこぎり波の場合と同様に、光束平滑化表面４ａは、入射端面２ａに平行な任意の断面との境界線において、境界線２１Ｂに等しい形状を成す。すなわち、光束平滑化表面４ａは、２種類の曲面の組み合わせが繰り返される形状を成す。一方の種類の曲面は、各境界線Ｎ３、Ｎ４に平行な直線と接線２２ａとにより決定される平面を接平面とする。他方の種類の曲面は、各境界線Ｎ３、Ｎ４に平行な直線と接線２２ｂとにより決定される平面を接平面とする。２種類の曲面は、仮想面ＮＦａに対して、角度Ａｄｇ１および角度Ｂｄｇ１だけ傾斜する。なお、光束平滑化表面４ａは、入射端面２ａに平行な任意の断面において、入射端面２ａから離れるにしたがって、境界線２１Ｂの形状から相似形で変化してもよい。

光束平滑化表面４ａは、入射端面２ａに入射した複数の光束５を、２種類の傾斜する曲面において反射および屈折することにより、分散させるとともに混合し、１つの光束に平滑化する。

なお、第２の実施形態における入射端面２ａＡは、境界線２１Ａの代わりに、境界線２１Ｂを有してもよい。

なお、上述の実施形態において記載された数値は、すべて本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。例えば、ＬＥＤ列１１の配列ピッチＳｐを狭くする構成によって、さらに高輝度化を達成することができる。また、より小型化されたＬＥＤ列１１を用いることにより、導光板８の厚みＴを薄く構成することができる。その結果、光束平滑化領域１の長さＬａをさらに短くすることができ、それゆえ液晶表示パネル１６の有効表示領域Ｓを広くすることができる等、種々の変形例が可能である。

なお、上述の実施形態では光源としてＬＥＤを用いたが、螢現象がない冷陰極管等を用いても、輝度の向上効果が達成可能である。

このように、上述した実施形態の導光板８は、光束平滑化領域１と光偏向領域７とを有し、光束平滑化領域１の光束平滑化表面４ａの全体にわたって、ＬＥＤ列１１の配列方向に対して傾斜する形状に形成される。これにより、光束平滑化領域１は、傾斜面において光束を反射・屈折することにより分散・混合し、光束の強度分布を充分に平滑化する。その後に光偏向領域７は平滑化された光束を偏向する。その結果、螢現象を、充分に抑制することが可能となる。また、螢現象が消滅する結果、液晶表示パネル１６の有効表示領域Ｓを広くすることが可能となる。さらに、光束平滑化表面４ａが平坦な傾斜面の組み合わせで構成されているため、光束の散乱が少なく、散乱損失による光束の消耗が少なくなる。このため、液晶表示パネル１６に寄与する光束が多くなり、液晶表示パネル１６は高輝度を達成することが可能となる。

本発明の導光板は、光量むらが極めて少なく高輝度の照射装置を実現できるため、面状に均一な照射を必要とする、例えばキーボードやスイッチの照射等、面光源を必要とする分野に広く適用することができる。

以上、実施の形態におけるこれまでの説明は、すべて本発明を具体化した一例であって、本発明はこれらの例に限定されず、本発明の技術を用いて当業者が容易に構成可能な種々の例に展開可能である。

本願は、日本国に２００８年１２月３日に出願した特願２００８−３０８６３１の日本特許出願と、２００９年１１月９日に出願した特願２００９−２５６１３６の日本特許出願と、を優先権主張の基礎とするものであり、これらの日本特許出願の内容は、本願明細書の一部をなすものとしてここに挙げておく。

本発明は、導光板およびそれを用いた表示装置に利用できる。

１、１Ａ 光束平滑化領域
２ａ、２ａＡ 入射端面
２ｂ 出射端面
３ａ、３ｂ 側面
４ａ 光束平滑化表面
４ｃ 光偏向表面
４ｂ、４ｄ 表面
５ 入射光束
６ 出射光束
７ 光偏向領域
８ 導光板
９ａ 光偏向素子
９ｂ ビーズ（光偏向素子）
１０ 照射光束
１１ ＬＥＤ列（光源）
１２ 回路基板
１３ 筐体
１３ａ 光遮蔽部
１４ 反射板
１５ プリズムシート
１６ 液晶表示パネル（光スイッチ部）
１７ 基板固定プレート
１８ 放熱板
２２ａ、２２ｂ 接線
Ｈａ、Ｈｂ のこぎり歯の高さ
Ｔ 導光板の厚み
Ｐａ、Ｐｂ のこぎり歯のピッチ
Ｌａ 光束平滑化領域の長さ
Ｌｂ のこぎり歯の長さ
Ｃｄｇ、Ｃｄｇ１ のこぎり歯の角度
Ｓｗ ＬＥＤの幅
Ｓｐ ＬＥＤのピッチ
Ｓｈ ＬＥＤの高さ
Ｄａ 光源・光遮蔽部先端距離
Ｄｂ 光源・入射端面距離
Ｓ 有効表示領域
Ａ、Ｂ、Ｃ のこぎり歯状を示す３角形の頂点（Ｃはのこぎり歯の頂点）
Ａｄｇ、Ｂｄｇ、Ｃｄｇ のこぎり歯状を示す３角形の頂点の内角
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５、Ｎ６、Ｎ７、Ｎ８、Ｎ９、Ｎ１０、２１、２１Ａ、２１Ｂ 境界線
ＮＦａ、ＮＦｂ 仮想面

Claims (8)

1. 側面から入射光を受け、受けた入射光を平滑化し均一な光を平面から放出する平板状の導光板であって、
   前記導光板の一側面であって、入射光を受ける入射端面と、
   前記導光板の一平面であって、均一な光を放出する光放出平面と、
   前記導光板の一部であって、前記光放出平面の裏面にある光偏向領域と、
   前記導光板の一部でかつ前記光放出平面の裏面であって、前記入射端面と前記光偏向領域との間に設けた光束平滑化領域と、
   を有し、
   前記光束平滑化領域の一方の平面でかつ前記光放出平面の裏面に、凹凸状に変化し、前記入射端面から大略垂直に前記入射光と平行な方向へ延在する複数の並行な溝を形成し、
   前記光偏向領域に、光偏向素子が含まれ、前記光束平滑化領域と分離している、
   導光板。
2. 前記複数の平行な溝を入射端面から見た形状は、のこぎり波の形状である、請求項１に記載の導光板。
3. 前記複数の平行な溝を入射端面から見た形状は、曲線波の形状である、請求項１に記載の導光板。
4. 前記光束平滑化領域に、光偏向素子が含まれている、請求項１に記載の導光板。
5. 前記光束平滑化領域の厚みは、前記光放出平面が存在する導光板の部分の厚みよりも大きい、請求項１に記載の導光板。
6. 前記複数の平行な溝のピッチは、５０μｍ以下である、請求項１に記載の導光板。
7. 前記溝の深さは、１μｍから２０μｍである、請求項１に記載の導光板。
8. 一列に配列された複数の光源と、
   複数の光源からの入射光を側面から受け、受けた入射光を平滑化し均一な光を平面から放出する平板状の導光板であって、
   （１） 前記導光板の一側面であって、入射光を受ける入射端面と、
   （２） 前記導光板の一平面であって、均一な光を放出する光放出平面と、
   （３） 前記導光板の一部であって、前記光放出平面の裏面にある光偏向領域と、
   （４） 前記導光板の一部でかつ前記光放出平面の裏面であって、前記入射端面と前記光偏向領域との間に設けた光束平滑化領域とを有し、前記光束平滑化領域の一方の平面でかつ前記光放出平面の裏面に、凹凸状に変化し、前記入射端面から大略垂直に前記入射光と平行な方向へ延在する複数の並行な溝を形成し、前記光偏向領域に、光偏向素子が含まれ、前記光束平滑化領域と分離している、導光板と、
   前記導光板の光放出平面上に設け、光放出平面から放出された光を光放出平面に対し大略垂直方向に光速をそろえるプリズムシートと、
   前記導光板の光放出平面とは逆の平面上に設けた反射板と、
   を有する表示装置。

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