WO2004008023A1

WO2004008023A1 - 導光装置および表示装置

Info

Publication number: WO2004008023A1
Application number: PCT/JP2003/008680
Authority: WO
Inventors: Kenichi Iwauchi; Yuji Maruo; Atsushi Yamanaka
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2004-01-22
Also published as: TWI234633B; AU2003252482A1; TW200409882A

Abstract

　光源であるＬＥＤ群１３と、色混合用の導光板４１と、光出射面を持つ導光板４２と、ＬＥＤ群１３からの光線を導光板４１の一方端面に導く三角プリズム１２と、導光板４１の他方端面からの光線を導光板４２の一方端面に導く三角プリズム１２Ａ、１２Ｂとを備えた導光装置４０をバックライトとして、液晶表示パネル９２の後方に配設すると共に、各導光板４１，４２および三角プリズム１２，１２Ａ，１２Ｂの各光学部材間に気体層を介在させている。これにより、複数の光源を用いた場合の輝度ムラや色ムラを軽減でき、かつ光の進行方向を効率よく変えることができる。

Description

明細書導光装置および表示装置技術分野

本発明は、外部からの光を内部を導通させて所定光出射面から光を出射させる導光装置および、これを用いた例えば液晶表示装置などの表示装置に関する。背景技術

従来の表示装置として、サイドライトを含むバックライ卜を用いた透過型液晶表示装置や、フロントライトを用いた反射型液晶表示装置などでは、白色の冷陰極管や白色の L E D (発光ダイオード）を搭載してディスプレイ表示している。図 1 7は、従来のサイドライト型バックライトを持つ導光装置の一般的な構成図である。

図 1 7において、導光装置 1 0 0は、厚みを有する板状の導光板 1 0 1と、この導光板 1 0 1の光出射面と反対面側に配設された反射板 1 0 2と、導光板 1 0 1の端面に沿って対向配設された光源反射板 1 0 3と、導光板 1 0 1と光源反射板 1 0 3間に配設された冷陰極管 1 0 4とを備えている。

導光板 1 0 1は、矢印 Lの方向に光が出射される光出射面を有している。その光出射面からの光の出射方向は、散乱パターンを裏面（反射板 1 0 2側の面）に印刷する方法や、その裏面に凹凸の形状を作ることにより制御されている。反射板 1 0 2は、導光板 1 0 1からは矢印 Lの方向に光が出射されるが、その光出射面とは反対面側から漏れてくる光を反射させて導光板 1 0 1に戻すことにより光を有効利用するために配置されている。

光源反射板 1 0 3は、冷陰極管 1 0 4からの光を反射して導光板 1 0 1に効率良く入射させるために用いられている。

冷陰極管 104は外部光源である。なお、外部光源として、特に近年急激な普及を見せた携帯電話装置には白色 LED (発光ダイオード）が多く使われている。この場合、冷陰極管 104を白色 LEDに置き換えると、 LED特有の指向性のために光源反射板 103を必要としない。

この白色 LEDを用いるメリットとしては、冷陰極管 104と比較して、光源反射板 103が不要であることにより、液晶ディスプレイを省スペース化のために小型化できることや、冷陰極管 104に必要なインバー夕回路を必要としないために安価であることなどが挙げられる。

また、白色 LEDの代わりに赤、緑、青色の LEDを用いた光源も考えられており、このメリットとしては、色純度の高い光源を用いるので、得られた画像も色純度が高く鮮明な画像になるということである。

その反面、赤、緑、青色の LEDを用いた場合には、色ムラをなくすために色を混合し白色にするのに特別な構成が必要となる。この特別な構成として、例えば 2枚導光板タイプ（図 18参照）や 180度折り返しタイプ（図 19参照）などが挙げられる。なお、白色 LEDであっても、発光する面積に対し LEDの個数が少ない場合は、輝度ムラの要因になるので同様に特別な構成が必要である。図 18は、従来の 2枚導光板タイプを示す導光装置の一般的な構成図である。図 18において、導光装置 200は、厚みを有する板状の前方導光板 201と、前方導光板 201の光源としての LED群 202と、前方導光板 201に対向配設された厚みを有する板状の後方導光板 203と、後方導光板 203の光源としての LED群 204とを備えている。

前方導光板 201の下側端面には、赤 LED 202 a、緑 LED 202 b、青 LED 202 cが順に例えば一列に並べられた LED群 202からの光が入射され、前方導光板 201の下側半分で赤、緑および青色光を混合して白色光とし、その白色光を上側半分から矢印方向 Lへ出射する。この場合、光の出射領域（上側半分の面）は前方導光板 201の裏側（後方導光板 203側）に形成された散乱パターンにより制御できる。

これと同様に、後方導光板 203の上側端面には、赤 LED204 a、緑 LE D 204 青 LED 204 cが順に例えば一列に並べられた LED群 204からの光が入射され、後方導光板 203の上側半分で赤、緑、青色光を混合して白色光とし、その白色光を下側半分から矢印方向 Lへ出射する。この場合にも、光の出射領域（下側半分の面）は後方導光板 203の裏面側（前方導光板 201側とは反対側）に形成された散乱パ夕一ンにより制御できる。

このように、 1枚の導光板を上下半分づつの領域に分割し、複数色を混合する領域と光出射領域とに割り当て、この導光板を 2枚（前方導光板 201および後方導光板 203) 用いることにより複数色の混合を可能にし、色ムラの少ない導光装置 200を得ている。

図 19は、従来の 180度折り返しタイプを示す導光装置の一般的な構成図である。

図 19において、導光装置 300は、厚みを有する板状の主導光板 301と、主導光板 301の下側領域に対向配設された厚みを有する板状の色混合導光板 3 02と、色混合導光板 302の光源としての LED群 303と、 LED群 303 からの光を色混合導光板 302に導くための 90度反射部材 304と、色混合導光板 302から主導光板 301側に光を 180度折り返すための 180度反射部材 305とを備えている。

主導光板 301は光を矢印方向 Lへ出射させるためのものである。

色混合導光板 302は LED群 303からの複数色（三原色）の光を混合するためのものである。

LED群 303は、赤 LED 303 a、緑 LED 303 b、青 LED 303 c がこの順に繰り返して例えば一列に複数個並べられて構成されている。

90度反射部材 304は、 LED群 303からの光が反射により 90度向きを変えて色混合導光板 302の上側端面に入射するように導くためのものである。なお、 90度反射部材 304を介さずに、 LED群 303からの光を直接、色混合導光板 302の上側端面に入射させている構成例もあるが、これは、 LED 群 303からの発熱を放熱することを考えると、図 19のように LED群 303 を横向き（水平方向）に取り付けたほうが構造上好ましい。

180度反射部材 305は色混合導光板 302で混合された光が色混合導光板 302の下側端面から出射され、その出射光を反射することにより 180度向きを変えて主導光板 301の下側端面に導いて入射させるためのものである。しかしながら、上記の従来の 2枚導光板タイプ（図 18参照）では、 LED群

202, 204の配置が上下二箇所になり、 LED群 202, 204の何れかを用い、片側一列しか使わない配置をとることができない。つまり、何れか一列の L£D群で足りる個数（明るさ）の場合においても、 2枚導光板タイプの場合には LED群 202, 204の配置が上下二列になり、また、個数を減らすために LEDを間引くと輝度ムラや色ムラの原因となる。さらに、前方導光板 20 1および後方導光板 203の上側半分と下側分で明るさを等しく制御するのは難しく、特に重なりの部分では明るくなつてしまったり、逆に暗くなつてしまったりして明るさの制御が難しい。さらに、前方導光板 201および後方導光板 203 の各色混合領域は導光板半分の領域という限定があるため、画面サイズの小さなパネルでは十分に混合できる距離をとることができずに、輝度ムラや色ムラの原因になっていた。

また、上記従来の 180度折り返しタイプ（図 19参照）では、色混合導光板

302の長さは十分にとることができるので輝度ムラや色ムラを少なくすることが可能で、上記 2枚導光板タイプにおける課題は解決しているが、色混合導光板 3 0 2から主導光板 3 0 1へ 1 8 0度光の向きを変える 1 8 0度反射部材 3 0 5 の光利用効率の悪さで、明るさを犠牲にしてしまっている。この光利用効率の悪い主な要因としては、 9 0度反射部材 3 0 4および 1 8 0度反射部材 3 0 5そのものの反射率の低さや反射光の制御が不完全であることが挙げられる。具体的には色混合導光板 3 0 2からの光が反射されて 1 8 0度方向転換して主導光板 3 0 1側に進行していくべき光が戻ってきてしまったり、たとえ主導光板 3 0 1に入射しても臨界角の条件を満たさずに突き抜けてしまったりする。これは局所的な輝度ムラの原因にもなる。さらに、放熱を考えて L E D群 3 0 3の各 L E Dを横向きに配置した場合、光を 9 0度反射させる 9 0度反射部材 3 0 4においても同じ原因により光利用効率を下げてしまう。発明の開示

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数の光源を用いた場合の輝度ムラゃ色ムラを軽減でき、かつ光の進行方向を効率よく変えることができる導光装置およびこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明の導光装置は、光源からの光を導光板に入射させて所定の光出射面から光を出射させる導光装置において、該導光板の一方端面と光源間に、該光源光の方向を所定角度変えて該導光板の一方端面に光源光を導くための第 1三角プリズムが設けられ、該導光板と第 1三角プリズム間には気体層が介在されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、本発明の導光装置は、光源からの光を導光板に入射させて所定の光出射面から光を出射させる導光装置において、該導光板は第 1導光板と第 2導光板が厚み方向に配設され、該第 1導光板と第 2導光板の各一方端面間に、一方の導光板からの光の方向を所定角度（例えば 9 0度 X 2 = 1 8 0度）変えて他方の導光板に導くための第 2三角プリズムが配設され、該第 1導光板および第 2導光板と該第 2三角プリズムとの各間に気体層が介在されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における導光板の他方端面と光源間に、前記第 1三角プリズムとは別に、該光源光の方向を所定角度変えて該導光板の他方端面に光源光を導くための第 1三角プリズムが更に設けられ、当該第 1三角プリズムと該導光板間には気体層が介在されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における導光板は前記第 2導光板と第 3導光板が厚み方向に配設され、該第 2導光板と第 3導光板の各他方端面間に、前記第 2三角プリズムとは別に、一方の導光板からの光の方向を所定角度（例えば 9 0度 X 2 = 1 8 0度）変えて他方の導光板に導くための第 2三角プリズムが更に配設され、該第 2導光板および第 3導光板と当該第 2三角プリズムとの各間に気体層が介在されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における第 3導光板は前記第 1導光板と並設されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における一方端面と他方端面とは対向している。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における第 2三角プリズムは二つの三角プリズムで構成され、該二つの三角プリズムの間に気体層が介在されている。さらに、好ましくは、本発明の導光装置において、二つの三角プリズム間に平行平面板が介在され、該平行平面板と該二つの三角プリズム間に気体層がそれぞれ介在されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置において、第 1導光板の一方端面に対する他方端面と光源間に、該光源光の方向を所定角度変えて該第 1導光板の他方端面に光源光を導くための第 1三角プリズムが設けられ、該導光板と第 1三角プリズム間には気体層が介在されている。さらに、好ましくは、本発明の導光装置において、第 1導光板の一方端面に対する他方端面と光源間および、前記第 3導光板の他方端面に対する一方端面と光源間にそれぞれ、該光源光の方向を所定角度変えて該第 1導光板の他方端面および該第 3導光板の一方端面に光源光をそれぞれ導くための各第 1三角プリズムが設けられ、該導光板と各第 1三角プリズム間には気体層が介在されている。さらに、好ましくは、本発明の導光装置において、少なくとも一部が前記第 1 導光板と第 2導光板の間にあって、該第 2導光板の前記所定の光出射面とは反対側の面に対向するように反射部材が配置されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における導光板の前記所定の光出射面とは反対側の面に対向するように反射部材が配置されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における三角プリズムおよび導光板を通過する光路において光出射面の面積よりも当該光出射面からの光が入射する光入射面の面積の方が大きい。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における三角プリズムおよび導光板の光入射面と光出射面の少なくとも一部には反射防止膜が被覆されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における導光板の厚みは光源から光路が遠くなるにつれ薄くなつている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における三角プリズムの断面が直角二等辺三角形であり、光の方向を 9 0度変える。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における三角プリズムの斜面側にミラ一部材または反射部材を配設している。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における三角プリズムの斜面と前記ミラー部材または反射部材との間に気体層が介在されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における光源は三原色の発光ダイォ一ド群である。さらに、好ましくは、本発明の導光装置の少なくとも一部が外気と遮断されている。

さらに、好ましくは、本発明の導光装置における外気と遮断されている部分に乾燥窒素を封入する。

本発明の表示装置は、上記導光装置を用いて表示用光源としており、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、本発明の作用を説明する。

本発明においては、光源と導光板とを備えた導光装置において、光源からの光と導光板の光路間に第 1三角プリズムを介在させ、かつ導光板と第 1三角プリズム間に気体層を介在したので、効率良く光の進行方向を変化させる導光装置が得られる。しかも複数色の光源を用いて白色光とする場合にも輝度ムラや色ムラが軽減される。

また、第 1導光板と第 2導光板の光路間に光路を 1 8 0度変える第 2三角プリズム（二つの三角プリズム）を介在し、かつ第 1導光板および第 2導光板と第 2 三角プリズムとの間および、二つの三角プリズム間に気体層の間隙を介在させたので、効率良く光の進行方向を変化させる導光装置が得られる。しかも複数色の光源を用いて白色光とする場合にも輝度ムラや色ムラが軽減される。

また、二端面（一方端面と他方端面の両端面）から光を入射させるようにすれば、一方端面からのみ光を入射する場合に比べて、より明るい面光源とすることが可能となる。

さらに、二つの三角プリズムの間に平行平面板を介在し、かつ二つの三角プリズムと平行平面板との間に気体層の間隙を介在させたので、 2枚の導光板が離れて構成される場合にも、一方の導光板からもう一方の導光板に光の漏れなどを防止して効率良く光を伝えることが可能となる。

さらに、光入射面の面積は光出射面の面積と比較して大きくしたので、光学部材の間隙が大きな場合にも、光の漏れを防止して効率よく光を伝えることが可能となる。

さらに、導光板や三角プリズムの光入射面と光出射面の少なくとも一部は反射防止膜で被覆されているので、気体層での界面反射による損失を最低限に抑えることが可能となる。

さらに、導光板の厚みが光源から遠くなるにつれ薄くしたので、薄型化、軽量化を実現できしかも高効率の導光装置を得ることが可能となる。

さらに、三角プリズムの断面は略直角二等辺三角形であるので、導光効率が向上する。

さらに、三角プリズムの斜面にミラーを配したので、三角プリズムの斜面側から漏れてくる光を全て三角プリズムに戻して、導光効率の高い導光装置が得られる。

さらに、三角プリズムの斜面とミラー間に気体層の間隙を設けたので、臨界条件を満たす場合に、界面による反射を利用し、臨界条件を満たさない場合はミラ一による反射を利用する。このため、より導光効率の良い導光装置となる。さらに、光源として発光ダイオードを用いたので、指向性があり、より多くの光線が臨界条件を満たす。したがって、髙導光効率の導光装置が得られる。さらに、導光装置の少なくとも一部が外気と遮断されているので、埃や水気などの光学部材に悪影響の要因を排除でき、安定した光学特性を持つ導光装置が得られる。

さらに、導光装置の外気と遮断されている部分に乾燥窒素を封入すれば、カビの発生を防ぎ、また、温度差による結露を排除し、より安定した光学特性の導光装置が得られる。

さらに、上記導光装置を用いたことにより、非常に光の利用効率の良い表示装置が得られる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の導光装置の実施形態 1における概略構成を示す斜視図である c 図 2 (a) 〜図 2 (d) は図 1の導光装置における光線の進行状態を説明するための断面図である。

図 3 (a) 〜図 3 (d) は本発明の導光装置の実施形態 2における光線の進行状態を説明するための断面図である。

図 4は、本発明の導光装置の実施形態 2における光線追跡法によるシミュレーション結果図である。

図 5 (a) および図 5 (b) は本発明の導光装置の実施形態 3における光線の進行状態（その 1) を説明するための断面図である。

図 6 (c) および図 6 (d) は本発明の導光装置の実施形態 3における光線の進行状態（その 2) を説明するための断面図である。

囟 7は、本発明の導光装置の実施形態 3における光線追跡法によるシミュレ一シヨン結果図である。

図 8は、本発明の導光装置の実施形態 4における概略構成を示す斜視図である。図 9は、図 8の導光装置の光線追跡法によるシミュレーション結果図である。図 10は、本発明の導光装置の実施形態 5における概略構成を示す斜視図である。

図 1 1は、本発明の導光装置の実施形態 6における概略光進行状態を示す断面図である。

図 12は、本発明の導光装置の実施形態 7における概略光進行状態を示す断面図である。

図 13は、本発明の導光装置の実施形態 8における概略光進行状態を示す断面図である。図 1 4は、本発明の実施形態 4の導光装置を用いた液晶表示装置（本発明の実施形態 9 ) の構成図である。

図 1 5は、本発明の導光装置の実施形態 1 0における概略光進行状態を示す断面図である。

図 1 6は、図 1 5の導光装置の変形例における概略光進行状態を示す断面図である。

図 1 7は、従来のサイドライト型パックライトを持つ導光装置の一般的な構成図である。

図 1 8は、従来の 2枚導光板タイプを示す導光装置の一般的な構成図である。図 1 9は、従来の 1 8 0度折り返しタイプを示す導光装置の一般的な構成図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の導光装置の実施形態 1〜1 0について図面を参照しながら詳細に説明する。

(実施形態 1 )

図 1は、本発明の導光装置の実施形態 1における概略構成を示す斜視図である。なお、ここでは、分かりやすく説明するために各部材の大きさや配置の間隔は誇張して表している。

図 1において、この導光装置 1 0は、厚みを持つ板状の導光板 1 1と、光の方向を所定角度であって例えば 9 0度変えるための三角プリズム 1 2 (第 1三角プリズム）と、複数の光源としての L E D群 1 3とを備えている。

導光板 1 1は、光が矢印方向 Lに出射される光出射面を有している。その光出射面からの光の出射方向は、散乱パターンを裏面側に印刷する方法や、その裏面に凹凸の形状を作ることにより制御している。三角プリズム 12は断面が直角二等辺三角形状のプリズムであり、その下面がわずかな間隙を置いて、導光板 1 1の上側端面に対向して配設されている。なお、導光板 1 1および三角プリズム 12の光学部材の屈折率を 1. 49とし、これら光学部材の周りは気体で満たされている。つまり、三角プリズム 12と導光板 1 1との対向面間にも気体層が存在する。この気体層は屈折率 1の空気層である。

LED群 13は、赤、緑、青色を混合して白色にするための赤光源（赤 LE D) 13 a、緑光源（緑 LED) 13 b、青光源（青 L E D) 13 cがこの順に繰り返して例えば一列に複数個、横方向に並べられて構成されている。

£0群1 3から三角プリズム 1 2および導光板 1 1内の光の進み方を図 2 (a) 〜図 2 (d) に模式的に表している。

まず、図 2の（a) では、三角プリズム 12の斜面でない面に対して垂直に光が進入してきた場合である。三角プリズム 12に垂直に進入した光線はその斜面に当たると反射を起こし、導光板 1 1の上側端面 1 1 aから進入する。これは三角プリズム 12の斜面に当たる角度が、三角プリズム 12の斜面の法線 Pに対し 45度で入射し、これは屈折率 1と屈折率 1. 49との臨界角の 42. 2度より大きいために臨界条件を満たしており、入射角と同じ法線 Pに対して 45度の角度で反射するためである。なお、三角プリズム 12と導光板 1 1の対向する面には垂直に光線が進入するため、この間隙の影響はない。

次に、図 2 (b) では、三角プリズム 12の斜面ではない面の法線 Qに対して上側に 30度の傾きをもった光線が入射した場合を示している。 30度の傾きで入射してきた光は気体と三角プリズム 12の界面で屈折して 19. 6度の傾きをもって入射して、三角プリズム 12の斜面に当たる。このときの射面の法線 Pに対する角度は 64. 6度で臨界角よりも大きいため、同じく三角プリズム 12の法線 Pに対し 64. 6度の角度で反射する。この反射した光線は導光板 11の上側端面 1 1 aに進入し導光板 1 1の壁面に当たるが、この角度は壁面の法線尺に対して 70. 4度の角度をもっているため、臨界角より大きいので反射し導光板 1 1を伝わっていく。なお、三角プリズム 12と導光板 11との対向面に対して光線は 19. 6度で進入する。これは臨界条件よりも小さい角度であるために、この間隙の影響は考えなくてもよい。

さらに、図 2 (c) では、光線がより大きな角度で三角プリズム 12の斜面ではない面に入射した場合を示している。光線の入射角は 45度である。気体と三角プリズム 12の入射面との界面で屈折し、その入射面から 28. 3度の傾きをもって入射して導光板 1 1側の三角プリズム 12の界面に当たる。このときの法線 Sに対する光線の入射角度は 6 1. 7度で臨界角より大きいため、光線は法線 Sに対して 61. 7度の角度で反射する。この光線は三角プリズム 12の斜面に当たって、この光線の角度は法線 Pに対して 16. 7度の角度のため外部へ出て行くことになる。

また、図 2 (d) では、図 2 (c) の光線の方向とは逆の方向へ法線 Qに対して 45度の角度で三角プリズム 12に光を入射させた場合を示している。このとき、光線は、気体と三角プリズム 12の入射面の法線 Qに対して 28. 3度で入射してその界面で屈折し、三角プリズム 12の斜面に対して 16. 7度の角度で当たるので、やはりこの場合にも、光線は三角プリズム 12から外へ出て行くこととなる。

このように入射する角度よつては導光板 1 1に入射せずに外に出てしまう光線もあるが、光線の臨界条件による反射のためミラ一などの金属反射に比べて高効率の反射が得られる。

(実施形態 2)

本実施形態 2では、上記実施形態 1の構成に加えて、三角プリズム 12の斜面側近傍に光反射手段としてのミラー部材（以下単にミラーという）を配置した場合である。これを図 3 (a) 〜図 3 (d) に示している。図 3 (a) 〜図 3 (d) はそれぞれ、図 2 (a) 〜図 2 (d) のそれぞれに対応しており、図 2 (a) 〜図 2 (d) とそれぞれ同じ角度で光線が三角プリズム 12に入射するものとする。

図 3 (a) 〜図 3 (d) は本発明の導光装置の実施形態 2における光線の進行を説明するための図である。

図 3 (a) において、この導光装置 20は、導光板 1 1、三角プリズム 12および L E D群 13を有する上記実施形態 1の導光装置 10の構成に加えて、三角プリズム 12の斜面側近傍位置に、その斜面側からの漏れ光を反射させるためのミラ一 24が配置されている。このミラー 24の配置において、三角プリズム 1 2の斜面との間に所定の間隙を有するようにし、その間.隙には空気層が存在している。

£0群13からの光源光の導光装置 20での進み方について順次説明する。まず、図 3 (a) では、図 2 (a) の場合と同様、三角プリズム 12の斜面の法線 Pに対して臨界角度より大きい角度で当たるため、反射している。ここでは、界面による反射のためにミラー 24まで光線は外に漏れて伝わってはいない。仮に、ミラー 24とプリズムの間に気体層がない場合、臨界角による反射ではなくミラ一 24による反射になるため、ミラー 24による反射損失があり、臨界角による反射に比べて反射効率は低下する。

次に、図 3 (b) では、図 2 (b) の場合と同様に三角プリズム 12の斜面の法線 Pに対して臨界角度より大きい角度で当たるため、光線は反射し、導光板 1 1の上側端面 1 l aから進入する。この場合にもミラー 24まで光線は伝わっておらず、臨界角による反射であるため、高効率の反射となる。

さらに、図 3 (c) では、図 2 (c) の場合と同様、光線が三角プリズム 12 の下面の法線 Sに対して臨界角より小さい状態で当たり、その後、三角プリズム 1 2の斜面から外へ出てしまう。この光線が、ミラー 24による反射で再び戻つてきて導光板 1 1の上側端面から入射する。さらに、光線は、三角プリズム 1 2 から導光板 1 1にその対向面の法線に対して 2 8 . 3度の角度で進入し、この光線の入射角度は臨界条件よりも小さい角度のため、三角プリズム 1 2と導光板 1 1の間隙の影響は考えなくてもよい。この光は導光板 1 1内の壁面に当たるが、このときの角度は法線 Rに対して 6 1 . 7度で、この角度は臨界角よりも大きく、光線は反射し、導光板を伝わっていく。

この場合、ミラー 2 4による反射は、臨界条件による反射に比べて反射効率は低いものの、三角プリズム 1 2の斜面から漏れた光を全く無駄にするよりもはるかに有効である。ここで、三角プリズム 1 2と導光板 1 1の間隙に気体層がない場合を考えると、光源 1 3から入射してきた光線が三角プリズム 1 2と導光板 1 1の間で反射を起こさないため、導光板 1 1に直接進入するが、導光板 1 1の壁面に 2 8 . 3度の角度で当たる。この角度は臨界角より小さい角度であるため、導光板 1 1の外へ出て行ってしまう。つまり、この入射角度の場合、三角プリズム 1 2と導光板 1 1との間隙の気体層は大きな役割を持っている。

さらに、図 3 ( d ) では、図 2 ( d ) の場合と同様に、入射光が臨界角よりも小さく三角プリズム 1 2の斜面から外へ出てしまった場合、その光線が、ミラー 2 4での反射で再び三角プリズム 1 2内に戻って三角プリズム 1 2内の壁面に当たりその壁面にて反射し、導光板 1 1の上側端面から入射し、さらに導光板 1 1 内の壁面に当たりその壁面で反射している。三角プリズム 1 2の壁面と導光板 1 1の壁面の何れも 6 1 . 7度の角度で当たるため反射し、光線は導光板 1 1を伝わっていく。これは、図 3 ( c ) の場合と同様に、ミラー 2 4による反射のため臨界条件による反射と比べて反射効率は低いものの、三角プリズム 1 2の斜面から漏れた光を全く無駄にするよりも遥かに有効である。なお、光線は三角プリズム 1 2と導光板 1 1との各対向面に対してそれぞれ 2 8 . 3度で進入し、この出射角度および入射角度はそれぞれ臨界角度条件よりも小さい角度のため、この間隙の影響は考えなくてもよい。

以上の図 3 ( a ) 〜図 3 ( d ) では、光線の入射角をある特定の角度の場合のみについて説明したが、光線追跡法で様々な角度を入射した場合のシミュレーシヨンをした結果を図 4に示している。このシミュレーションの条件は、光線の入射角が ± 6 0度の範囲を等分した角度で 2 7本の光線が入射し、導光板 1 1の厚さを 1 0 mmとしたとき三角プリズム 1 2との間の気体層は 5 0 mとなるようにミラー 2 4、三角プリズム 1 2および導光板 1 1をそれぞれ配置し、三角プリズム 1 2の斜面とミラー 2 4との間の気体層も 5 0 mとなるように配置している。但し、この図 4では上記気体層やミラー 2 4の存在を確認するのは困難である。また、導光板 1 1と三角プリズム 1 2の屈折率は 1 . 4 9 2とした。三角プリズム 1 2の手前位置から入射された光源光は三角プリズム 1 2に進入し、さらに導光板 1 1に伝わり、導光板 1 1内の下側端面 1 1 bから気体中に出射していることが分かる。ここで注目すべきこととして、入射したすべての光線が三角プリズム 1 2と反対側の導光板 1 1の下側端面 1 1 bから出射していることである。これはこの下側端面 1 1 b以外から光が漏れていないことからも明らかである。このように、三角プリズム 1 2に入射した光は屈折と反射を繰り返していずれは導光板 1 1の下側端面 1 1 bから出射して、光の利用効率および反射効率など高効率の導光装置 1 O Aを得ることができる。

但し、実際には、三角プリズム 1 2や導光板 1 1と気体層との界面での反射による損失があるので、これを考慮する必要がある。本発明では気体層があることですベての光線を導光板 1 1へ導けるが、その気体層があるがゆえに損失も起きる。図 4の構成の場合、気体層と三角プリズム 1 2との界面、三角プリズム 1 2 と導光板 1 1へ入る前の気体層との界面、導光板 1 1の前方の気体層と導光板 1 1との界面、導光板 1 1と光が出射する気体層との界面など、四つの界面があり、一つの界面での損失を 4 %と仮定すると四つの界面で 8 4. 9 %の透過率となる。但し、この場合、光の入射角度による反射率の違いについては考慮していない。しかし、導光板 1 1や三角プリズム 1 2の気体層との界面に反射防止処理を施すことにより反射効率は大きく改善され、例えば一つの界面での損失が 2 %となるだけで、 9 2 . 2 %の光が導光板 1 1および三角プリズム 1 2を透過することになる。このように導光板 1 1および三角プリズム 1 2の各界面での反射防止処理 (例えば反射防止膜（低屈折率膜）を光入射面および光出射面の少なくとも何れかであって少なくとも一部分に施す）は透過率を向上させ、また、本実施形態 2 で説明した光進路による効果は変わらないので、各界面での反射防止処理を施すことが望ましい。このような反射防止処理は、酸化シリコンや酸化チタンの多層膜を用いるのが一般的である。しかし本発明はこの方法に限定されない。

また、入射する光の角度が大きくなると三角プリズム 1 2の斜面に配置したミラー 2 4による反射になる。このため反射効率は落ちるので、入射する光の角度が大きくならないように光入射角度ができるだけ制限されていることが望ましい。そのため光源 1 3には L E D (発光ダイオード）のような指向性を持つ光源のほうが、より高効率化を実現することができる。

また、指向性の低い光源の場合には、三角プリズム 1 2の斜面に配置したミラ一 2 4による反射が多くなるので、気体層なしにミラー 2 4を斜面に配置することで、界面反射による損失を減らし、また光学部材を減らすことができる。

(実施形態 3 )

本実施形態 3では、上記実施形態 2で説明した三角プリズム 1 2と導光板 1 1 との組み合わせを二組用いた場合である。

図 5 ( a ) 〜図 6 ( d ) は本発明の導光装置の実施形態 3における光線の進行を説明するための図である。

図 5 ( a ) および図 5 ( b ) において、この導光装置 3 0は、光源としての L E D群 1 3の他に、上記実施形態 2の導光装置 2 0の構成を 2組、即ち厚みを持つ板状の導光板 1 1 A, 1 1 B (第 1導光板と第 2導光板）、光の方向をそれぞれ 9 0度変えるための三角プリズム 1 2 A, 1 2 B (第 2三角プリズム；二つの三角プリズム）および光反射用のミラー 2 4 A, 2 4 Bを有している。

導光板 1 1 A， 1 1 Bは所定間隙を置いて厚み方向に並べられて配設され、導光板 1 1 Aの上側端面上には三角プリズム 1 2 Aの一方の直角面が対向して配設され、導光板 1 1 Bの上側端面上には三角プリズム 1 2 Bの一方の直角面が対向して配設され、三角プリズム 1 2 A、 1 2 Bの他方の直角面は互いに対向して配設されている。

ここで、上記実施形態 2の場合と同様、三角プリズム 1 2 Aと導光板 1 1 A間、三角プリズム 1 2 Bと導光板 1 1 B間、三角プリズム 1 2 A, 1 2 B同士の間、導光板 1 1 A, 1 1 B同士の間には気体層として空気層が存在する。また、三角プリズム 1 2 A, 1 2 Bの各斜面にはそれぞれ気体層を挟んで各ミラ一 2 4 A， 2 4 Bがそれぞれ配置されている。

次に、四つの光線の進路パターンについて説明する。

図 5 ( a ) では、導光板 1 1 Aの下側端面から垂直に入って来た L E D群 1 3 の光源光が三角プリズム 1 2 Aの斜面の法線 Pに対して 4 5度で当たり臨界条件により反射し、もう一方の三角プリズム 1 2 Bの斜面の法線 Pに対して 4 5度で当たり、再び臨界条件によりもう一方の導光板 1 1 Bに向けて出射する。このようにして、一方の導光板 1 1 Aからの光線が 1 8 0度方向を変えて、もう一方の導光板 1 1 B内に進入することが判る。

図 5 ( b ) では、導光板 1 1 Aの下側端面から所定角度を持って入射してきた L E D群 1 3の光源光が導光板 1 1 A内の壁面に当たり、臨界条件により反射して三角プリズム 1 2 A内に入射する。この場合、 ≡角プリズム 1 2 A内に入射した光線はその斜面に当たるが臨界条件に満たないためその斜面から外部に一旦出てミラ一 2 4 Aで反射され再び三角プリズム 1 2 Aに再入射する。三角プリズム 1 2Aに再入射した光線は、もう一方の三角プリズム 12Bの斜面に当たりここでは臨界条件により反射され、もう一方の導光板 1 1 B内に進入する。このようにして、一方の導光板 1 1 Aからの光線が所定角度の 1 80度方向を変えて、もう一方の導光板 1 1 B内に進入してその下側端面から外部に出射する。

以上の図 5 (a) および図 5 (b) では三角プリズム 1 2 Aと導光板 1 1Aの間、三角プリズム 12Bと導光板 1 1 Bの間、三角プリズム 1 2 A, 1 2 B同士の間で気体層の影響は特にないが、以下に説明する図 6 (c) および図 6 (d) の場合には大いに効果を発揮する。

図 6 (c) では、光線が一つ目の導光板 1 1 Aを通り一つ目の三角プリズム 1 2Aで反射し、二つ目の三角プリズム 1 2Bと二つ目の導光板 1 1 Bとの間、即ち三角プリズム 1 2 B内の壁面で反射を起こしている。このように、三角プリズム 1 2 Bと導光板 1 1 Bの間に気体層がない場合には、光線は三角プリズム 1 2 B内の壁面で反射を起こさず、二つ目の導光板 1 1 B内の壁面から外部へ出てしまうので導光効率が下がる。

図 6 (d) においても、図 6 (c) の場合と同様に、二つ目の三角プリズム 1

2 Bから二つ目の導光板 12 Bに入る前に三角プリズム 1 2 A, 1 2 B同士の対向する面で反射を起こしている。この対向面間に気体層がない場合には、一つ目の導光板 1 1 A側に光が戻ってしまい導光効率が下がる。

以上の何れの場合にも、一方の導光板 1 1 Aから入射した光は、もう一方の導光板 1 1 Bに進入していることが判る。

図 5 (a) 〜図 6 (d) では、入射角をある特定の角度の場合のみを説明したが、光線が様々な角度で入射した場合の光線追跡法によるシミュレーション結果を図 7に示している。

図 7において、シミュレーションの条件は図 4の場合と同様であり、入射角が ± 60度の範囲の等分した角度で 27本の光線が導光板 1 1 Aの下側端面から入射し、導光板 1 1 Aの厚さを 10mmとしたとき三角プリズム 12 Aとの間の気体層は 50 /zmとなるように配置し、三角プリズム 12 Aの斜面とミラ一 24との間の気体層も 50 imとなるように各部材を配置している。三角プリズム 12 A, 12B間の気体層および、導光板 1 1 A, 1 1 B間の気体層も 50 となるように所定間隙（50^m) を置いて配置している。また、導光板 1 1Aと三角プリズム 12 Aとの屈折率は 1. 492とした。

導光板 1 1の手前側（下側端面）から入射された光線は導光板 1 1 A内部を進行し、二つの三角プリズム 12 A, 12B内を経て、光の方向を 180度変えて、もう一方の導光板 1 1 Bの上側端面から入射する。光線はその導光板 1 1 Bの下側端面から気体中に出射している。このように、図 7では、導光板 1 1Aの下側端面から入射した全ての光線が三角プリズム 12A, 12 Bと反対側の導光板 1 1 Bを経て導光板 1 1 Bの端面から出射していることが判る。

したがって、導光板 1 1 Aに入射した全ての光は屈折と反射を繰り返しいずれはもう一方の導光板 1 1 Bに伝わりその下側端面から出るため、高導光効率の導光装置 30を得ることが可能となる。

(実施形態 4)

本実施形態 4は、上記実施形態 3で説明した二つの導光板 1 1A, 1 1 B、二つの三角プリズム 12 A, 12 Bおよび二つのミラー 24 A， 24 Bの組み合わせに、さらに三角プリズム 12を光源光入射部に光源光方向変更用に配置した場合である。即ち、上記実施形態 2， 3を組み合わせた場合である。当然、各部材の各間隙には気体層が存在するし、特には図示していないが、何れの三角プリズム 12A、 12 Bおよび 12の各斜面には所定間隙（気体層）を置いてミラー 2 4 A〜 24 Cがそれぞれ配置されている。

図 8は、本発明の導光装置の実施形態 4における概略構成を示す斜視図である。図 8において、この導光装置 40は、複数色の光源としての LED群 13と、厚みを持つ板状の導光板 4 1， 4 2 (または 4 2 B ) と、光源光の方向を 9 0度変えるための三つの三角プリズム 1 2， 1 2 A, 1 2 Bとを備えている。

L E D群 1 3は、 3原色のうち赤光源の赤 L E D 1 3 a、緑光源の緑 L E D 1 3 b、青光源の青 L E D 1 3 cを用いている。

導光板 4 1は色混合用の導光板であり、導光板 4 2は矢印方向 Lに光線を出射する光出射面を持つ導光板である。

導光板 4 1では、 3原色の赤、緑、青の各 L E D光源を用いているため、直接に導光板 4 2に入れたときには出射光の色ムラが大きかったものの、導光板 4 2 の前段に配設された導光板 4 1において、色混合を起こすのに十分な上下端面間距離がある。

導光板 4 2の裏面（導光板 4 1側の面）に散乱パターンを印刷してあり、散乱を起こすことにより導光板 4 2の表面側から矢印方向 Lに光が出射するように制御している。この光出射状態の均一性は散乱パターンにより制御が可能で、図 8 において、導光板 4 2の下側部分では散乱パターンを小さくし、上側部分では散乱パターンを大きくすることによりその均一性を得ることができる。最後の上側端面ではほぼ光が全て導光板 4 2の表面（矢印方向 L側）に出射し、その上側端面からの光出射、つまり利用されない光は少なくなる。なお、ここでは図示していないが、導光板 4 2の裏側、つまり導光板 4 1との間に反射部材としての反射シートを設置すると、散乱パターンから漏れ出た光を内部に再び戻して導光有効を有利にできるので、反射シー卜を用いる。

したがって、三つの三角プリズム 1 2， 1 2 A, 1 2 Bおよび各部材間の気体層を用いる本実施形態 4によって、より明るく均一性の高い面発光のバックライトを得ることができる。

なお、導光板 4 2はその表面側から矢印方向 Lに光が出射するが、前述した導光板 1 1 Bのように光線進行方向が上下端面方向で、上側端面または下側端面から光が出射するように構成することもできる。図 9に、この場合の光線の進み方 'のシミュレーション結果を示している。このときのシミュレ一ション条件は図 4 および図 7の場合の条件と同じである。光源から発せられた光は各光学部材を順に通り、ここでは、最後の導光板 4 2のように矢印方向 Lに光出射面（表面）から光線が出射するのではなく、最後の導光板 4 2 B (図 9参照）のように光線が上側端面から出射している。

(実施形態 5 )

上記実施形態 4では、 2枚の導光板 4 1， 4 2が近くに配置できるときには有効であるが、構造上の問題で離間して配置する必要がある場合には、並んで配置する二つの三角プリズム 1 2 A, 1 2 Bの間も離れ過ぎてしまう。この場合、光線の漏れによって多くの光線が伝わらなくなって導光効率が大幅に減少する。そこで、これを解決するために、本実施形態 5では、図 1 0に示すように、導光装置 5 0は、上記実施形態 4の導光装置 4 0における各構成部材の他に、三角プリズム 1 2 A， 1 2 Bの間に平行平面板 5 1が配設されている。このように平行平面板 5 1を挿入することにより、各光学部材間の気体層を非常に薄くすることができ、全ての光線が無駄なく伝わる。

(実施形態 6 )

各光学部材の間隙の気体層は波長よりも大きく配置すれば問題ないが、あまり大きく間隙を設定すると、上記実施形態 5で説明したように光線の漏れが生じるために平行平面板 5 1を使用する必要がある。平行平面板 5 1を挟むほどの間隙ではない場合には、図 1 1に示すような本実施形態 6の構成を取るのが有効である。本実施形態 6では、漏れた光線をも入射させるために、光の伝わる順に光学部材の対向する面を少しずつ大きくなるように設定する場合である。

図 1 1は、本発明の導光装置の実施形態 6における概略光進行状態を示す断面図である。図 1 1において、この導光装置 6 0は、複数色の光源としての L E D群 1 3と、厚みを持つ板状の導光板 6 1 , 6 2と、光源光の方向を 9 0度変えるための三つの三角プリズム 6 3 ~ 6 5とを備え、光進路上流側の光出射面よりも光入射面の面積の方が大きくなるように構成している。

し£ 0群1 3からの光が三角プリズム 6 3に入射し、この光が導光板 6 1内に伝わるが、三角プリズム 6 3と導光板 6 1の対向する各面のうち、光進路下流側の導光板 6 1の光入射面の方が三角プリズム 6 3の光出射面よりもその面積を大きくしている。この場合、各面の間隙距離が大きくても光の漏れは抑制される。また同様に、導光板 6 1と三角プリズム 6 4の対向する各面のうち、光進路下流側の三角プリズム 6 4における光入射面の方が導光板 6 1の光出射面よりもその面積を大きくし、さらに、三角プリズム 6 4 , 6 5の対向する各面のうち、光進路下流側の三角プリズム 6 5における光入射面の方が三角プリズム 6 4の光出射面よりもその面積を大きくしている。さらに、三角プリズム 6 5と導光板 6 2 の対向する各面のうち、光進路下流側の導光板 6 2の光入射面の方が三角プリズム 6 5の光出射面よりもその面積を大きくしている。

なお、ここでは、光進路において、全ての光学部材の光出射面および光入射面が光進路下流側程、少しずつ大きくなつている例を示したが、これは当然間隙の距離が大きくなるところだけであっても構わない。

(実施形態 7 )

ノートパソコンなどに使われている導光装置は出射末端に行くほど導光板の厚みが薄くなるような構成をとる場合が多い。これは薄くなるほど導光板内での反射回数が増え、同じ散乱パターンを印刷しても出射する光の量が増え、その結果として均一な光出射になるためである。また、導光板の厚みが薄くなることで軽量化にもなる。この構成を適用したのが本実施形態 7の図 1 2 ( a ) および図 1 2 ( b ) である。図 12 (a) および図 12 (b) は、本発明の導光装置の実施形態 7における概略光進行状態を示す断面図である。

図 12 (a) において、この導光装置 70は、複数色の光源としての LED群 13と、光出射面よりも光入射面の面積の方が大きい厚みを持つ板状の導光板 7 1， 72と、光源光の方向を 90度変えるための三つの三角プリズム 73〜75 とを備えている。

ここでは、導光板 71, 72の末端側程、徐々に厚みが薄くなるように変化している。導光板 7 1と同様に末端で薄くなるように導光板 72を構成すると、図 12 (a) に示すように 2枚の合わせた厚みを均一にでき、結果として薄型化、軽量化を実現できる。また、光源に近い位置では光源の大きさをカバーできる大きな導光板端面（ここではプリズム端面）の方が光の有効活用の観点から望ましく、この点においてもメリットが大きい。また、三角プリズム 74, 75ではその大きさが異なっているが、光路後側に配置される三角プリズム 75の方が大きい分には実施形態 6で説明したとおり、光の漏れに関して問題にならない。

なお、図 12 (b) の導光装置 7 OAでは、光出射側の導光板 72だけ厚みを変化させ、光路前方側の導光板 71 Aの厚みは同じ（その厚みが長手方向に対して均等）で構成してもよい。この場合、導光板 71 Aの厚みが均一なために光の伝達効率がよく、より有効に光を伝えることができる。

(実施形態 8)

以上の説明では、三角プリズムおよび導光板などの各光学部材は気体層の間隙を持っているが、埃などがこの間隙に入ると、光の伝達効率が落ちることが容易に想像できる。そこで、本実施形態 8では、これら導光装置が外気から遮断された環境を作るため、封止ケースを用いた場合である。これを図 13に示している。図 13は、本発明の導光装置の実施形態 8における概略光進行状態を示す断面図である。図 1 3において、この導光装置 8 0は、複数色の光源としての L E D群 1 3と、厚みを持つ板状の導光板 8 1 , 8 2と、光源光の方向を 9 0度変えるための三角プリズム 8 3と、光源光の方向を 1 8 0度変えるための三角プリズム 8 4と、少なくとも導光板 8 1 , 8 2および三角プリズム 8 3， 8 4を封止する封止ケース 8 5とを備えている。

封止ケース 8 5は、光源（L E D群 1 3 ) を含めた導光装置 8 0を封止して内部に収めてもよいが、 L E D群 1 3は多くの熱を出すために、封止ケース 8 5の外に配置した方が熱発散の点で効果的である。このように、封止ケース 8 5に収められた導光装置 8 0は、外気の埃や水気から守られる。しかし、温度差により封止ケース 8 5内の水分が結露し気体層の間隙に付着することが考えられる。そこで、この封止ケース 8 5内を乾燥窒素で満たしたところ、乾燥窒素には水分がほとんどないので、封止ケース 8 5内における温度差による結露は認められなかつた。また、結露に関しては、乾燥空気でも同様の効果がある。しかしカビなどの影響を最小限に抑えるためには、空気よりも窒素のほうが効果的である。

なお、ここでは、図 1 3に示した三角プリズム 8 4は上記実施形態 3 ~ 7の場合とは異なり、光源光の方向を 1 8 0度変えるのに一つの三角プリズム 8 4だけで構成している。この場合、導光板 8 1から導光板 8 2へ全ての光が伝わらず、再び戻ってきてしまう光も多いので、光の伝達効率としては、上記実施形態 3〜 7における二つの三角プリズムの方がよいが、一つの三角プリズム 8 4だけの方が光学部材が少なく扱いやすいというメリッ卜がある。

(実施形態 9 )

図 8の上記実施形態 4で説明した導光装置 4 0をバックライトとして液晶表示装置に適用した場合である。

図 1 4は、本発明の実施形態 4の導光装置を用いた液晶表示装置（本発明の実施形態 9 ) の構成図である。図 14において、液晶表示装置 90は、バックライトとしての導光装置 40と、この導光装置 40の前方にこの順で、偏光板 91と、液晶パネル 92と、位相差板 93と、偏光板 94とを備えている。

導光装置 40は、その光源として LEDを用い、赤光源 13 a、緑光源 13 b、青光源 13 cからの光線が三角プリズム 12に入射し、色混合用の導光板 41、三角プリズム 12A, 12B、光出射用の導光板 42の順に伝わって行く。導光板 42の裏面に印刷された散乱パターンにより光が表面側に出射する。一般的には、液晶表示装置 90は位相差板 93と偏光板 91, 94などの光学シートをもつており、ここでは、光量が均一な面光源である導光装置 40からの光線は偏光板 91を通り、絵や文字などの各種情報に応じて制御されている液晶パネル 92 を介して位相差板 93さらに偏光板 94を通過することにより、絵や文字などの各種情報が液晶表示画面上に表示される。ここでは表示される映像は色純度の高い光源のために色再現範囲の広い鮮明な画像で、色ムラ ·輝度ムラの少ない表示が可能である。

本実施形態 9では、赤、緑および青の LED光源を用いたが、これに限定されず、白色の LED光源を用いても輝度ムラの少ない表示を得ることができ効果は大きい。また、 LEDでなくてもすべての光源に対し効率よく光を伝えることが可能である。

なお、以上の導光装置およびこれを用いた表示装置は、これらの用途に限定されるものではない。例えば、光源は本装置に付属するものでなくても良く、周囲環境の照明の光源でも構わない。これを利用すると周囲光を例えばレンズで集光し三角プリズムに入射して導光板へ伝え、反射型液晶のフロントライトゃ透過型液晶の補助光源としたり、印刷物の照明光源として使用したりすることが可能である。

以上により、上記実施形態 4, 9によれば、図 14に示すように、光源である LED群 13と、色混合用の導光板 41と、光出射面を持つ導光板 42と、光出射面を持つ導光板 42と、 LED群 13からの光線を導光板 41の一方端面に導く三角プリズム 12と、導光板 41の他方端面からの光線を導光板 42の一方端面に導く三角プリズム 12A、 12 Bとを備えた導光装置 40をバックライ卜として、液晶表示パネル 92の後方に配設すると共に、導光装置 40は各導光板 4 1, 42および三角プリズム 12 , 12 A, 12 Bの各光学部材間に気体層を介在させている。このように、光源の LED群 13および二つの導光板 41, 42 を備えた導光装置 40において、光源からの光と導光板 41の光路間、導光板 4 1, 42の光路間に各三角プリズムをそれぞれ備え、導光板 41, 42および三角プリズム 12， 12 A, 12 Bの各光学部間に気体層を介在させているため、複数色の光源を用いた場合の輝度ムラや色ムラを軽減でき、かつ光の進行方向を各三角プリズムの臨界反射にて効率よく変えることができる。

(実施形態 10)

上記実施形態 1~9のように、導光板の一端面（一方端面）からの光源光の入射に限定されるものではなく、複数の端面からの光源光の入射であってもかまわない。例えば二端面（対向する両端面）から光を入射させた事例について図 15 に示している。

図 15は、本発明の導光装置の実施形態 10における概略光進行状態を示す断面図である。なお、この事例では左右対称の構成となっているため、左右で同じ機能を持つ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図 15において、この導光装置 400は、厚みを持つ板状の導光板 401， 4 0 1および 402と、光の方向を 90度変えるための三角プリズム 12、 12、 1 2A、 12A、 12 Bおよび 12 Bと、複数の光源としての LED群 13、 1 3と、漏れ光を一方向に反射させるための反射部材 403とを備えている。

導光板 401は、三角プリズム 12と三角プリズム 12 Aとの間に設けられ、三角プリズム 1 2からの出射光を矢印方向（左右方向）に導光させて三角プリズム 1 2 A側に出射させるための光混合用の平行平面板である。また、導光板 4 0 2は、両三角プリズム 1 2 B、 1 2 B間に設けられ、両三角プリズム 1 2 Bからの出射光を左右方向に導光させて矢印方向 Lに出射させるための光出射面を有している。

三角プリズム 1 2、 1 2 Aおよび 1 2 Bは断面が直角二等辺三角形状のプリズムであり、その表面がわずかな間隙を置いて、導光板 4 0 1または 4 0 2の端面に対向して配設されている。また、三角プリズム 1 2 Aと三角プリズム 1 2 Bの各一面も互いに対向して配設されている。なお、導光板 4 0 1、 4 0 2および三角プリズム 1 2、 1 2 Aおよび 1 2 Bの光学部材の屈折率を 1 . 4 9とし、これら光学部材の周りは気体で満たされている。つまり、三角プリズム 1 2、 1 2 A と導光板 4 0 1との対向面間、三角プリズム 1 2 Aと三角プリズム 1 2 Bとの対向面間および、三角プリズム 1 2 Bと導光板 4 0 2との対向面間には気体層が存在する。この気体層は屈折率 1の空気層である。

£ 0群1 3は、赤、緑、青色を混合して白色にするための赤光源（赤 L E

D) 、緑光源（緑 L E D) 、青光源（青 L E D) がこの順に繰り返して例えば一列に複数個並べられている。

反射部材 4 0 3は、導光板 4 0 1と導光板 4 0 2との間に挟み込まれた状態で配設されている。この反射部材 4 0 3は白色 P E T (poly e thylene tereph thal ate；ポリエチレンテレフタレート樹脂）に代表される拡散反射板であってもよく、ミラーなどの鏡面反射板であってもよい。この反射部材 4 0 3の利用は本実施形態 1 0の場合だけに対して効果的なものではなく、上記実施形態 1 ~ 9の導光板から面光源として光出射させる全ての場合に光量向上効果があることは言うまでもない。

上記構成により、 L E D群 1 3からの光は、三角プリズム 1 2に入射され、 9 0度方向を変えて出射し、上記実施形態 1〜 9で詳述したとおり、効率良く導光板 401内に入射される。さらに、導光板 401からの出射光は、三角プリズム

12 A、三角プリズム 12Bを介して 180度方向を変えて、導光板 402内に入射される。導光板 402では、両端面からの光が矢印 Lの方向に出射される。このとき、反射部材 403を導光板 402の背面側に設けて漏れ光をも矢印の方向に効率よく光出射させる。

以上により、本実施形態 10の導光装置 400では、導光板 401は光を混合する領域として用い、三角プリズム 12A、 12Bにより、面光源として光を出射する導光板 402に効率よく光を導光させることができ、二端面（左右両端面）から光を入射することが可能な構成で、一方端面からのみ光を入射する上記実施形態 1〜 9の場合に比べて明るい面光源とすることができる。

これによつて、導光装置 400を液晶表示装置などの表示装置に用いて、より明るい表示画面とすることができる。

なお、本実施形態 10の変形例として、図 16に導光装置 500を示している。この導光装置 500は、厚みを持つ板状の導光板 502と、光の方向を 90度変えるための三角プリズム 12 B、 12Bと、複数の光源としての LED群 13、 13と、光を反射させる反射部材 503とを備えている。この場合、図 15に示す各一対の導光板 401および三角プリズム 12、 12 Bが省略され、 LED群 13からの光源光が直に三角プリズム 12 Bの一面側から入射されて、導光板 5 02では、両端面からの光が矢印 Lの方向に出射される。よって、導光板 401 による光減衰がない分だけ、上記実施形態 10の場合よりも更に明るくなる。また、このような導光装置 500を上下に二つ重ね合わせれば、上記実施形態 10の場合よりも格段に明るい面光源となる。この場合には、反射部材 503は省略される。また、三角プリズム 12B、 12Bの配置も、上下の各導光装置 5 00で平面的に 90度だけ位置をずらすようにすればよい。さらに、対向する二端面だけでなく、すべての端面（例えば四端面）に三角プリズムを設け、すべての端面（例えば四端面）から光を入射するように構成してもよい。

以上により、本発明によれば、光源と導光板とを備えた導光装置において、光源からの光と導光板の光路間に光路を 9 0度変える第 1三角プリズムを介在させ、かつ導光板と第 1三角プリズム間に気体層を介在したため、効率良く光の進行方向を変化させる導光装置を得ることができ、しかも複数色の光源を用いて白色光とする場合にも輝度ムラや色ムラを軽減することができる。

また、第 1導光板と第 2導光板の光路間に光路を 1 8 0度変える第 2三角プリズム（二つの三角プリズム）を介在し、かつ第 1導光板および第 2導光板と第 2 三角プリズムとの間および、二つの三角プリズム間に気体層の間隙を介在させたため、効率良く光の進行方向を変化させる導光装置を得ることができ、しかも、複数色の光源を用いて白色光とする場合にも輝度ムラや色ムラを軽減することができる。産業上の利用可能性

例えば液晶表示装置などの表示装置に用いられる面光源の分野において、複数の光源を用いた場合の輝度ムラゃ色ムラを軽減でき、かつ光の進行方向を効率よく変えることができる。

Claims

請求の範囲

1 . 光源からの光を導光板に入射させて所定の光出射面から光を出射させる導光装置において、

該導光板の一方端面と光源間に、該光源光の方向を所定角度変えて該導光板の一方端面に光源光を導くための第 1三角プリズムが設けられ、該導光板と第 1三角プリズム間には気体層が介在されている導光装置。

2 . 光源からの光を導光板に入射させて所定の光出射面から光を出射させる導光装置において、

該導光板は第 1導光板と第 2導光板が厚み方向に配設され、該第 1導光板と第

2導光板の各一方端面間に、一方の導光板からの光の方向を所定角度変えて他方の導光板に導くための第 2三角プリズムが配設され、該第 1導光板および第 2導光板と該第 2三角プリズムとの各間に気体層が介在されている導光装置。

3 . 請求の範囲第 1項記載の導光装置において、前記導光板の他方端面と光源間に、前記第 1三角プリズムとは別に、該光源光の方向を所定角度変えて該導光板の他方端面に光源光を導くための第 1三角プリズムが更に設けられ、当該第 1 三角プリズムと該導光板間には気体層が介在されている導光装置。

4 . 請求の範囲第 2項記載の導光装置において、前記導光板は前記第 2導光板と第 3導光板が厚み方向に配設され、該第 2導光板と第 3導光板の各他方端面間に、前記第 2三角プリズムとは別に、一方の導光板からの光の方向を所定角度変えて他方の導光板に導くための第 2三角プリズムが更に配設され、該第 2導光板および第 3導光板と当該第 2三角プリズムとの各間に気体層が介在されている導光装置。

5 . 請求の範囲第 4項記載の導光装置において、前記第 3導光板は前記第 1導光板と並設されている導光装置。

6 . 請求の範囲第 3項または第 4項記載の導光装置において、前記一方端面と他方端面とは対向している導光装置。

7 . 請求の範囲第 2項または第 4項記載の導光装置において、前記第 2三角プリズムは二つの三角プリズムで構成され、該二つの三角プリズムの間に気体層が介在されている導光装置。

8 . 請求の範囲第 7項記載の導光装置において、前記二つの三角プリズム間に平行平面板が介在され、該平行平面板と該二つの三角プリズム間に気体層がそれぞれ介在されている導光装置。

9 . 請求の範囲第 2項記載の導光装置において、前記第 1導光板の一方端面に対する他方端面と光源間に、該光源光の方向を所定角度変えて該第 1導光板の他方端面に光源光を導くための第 1三角プリズムが設けられ、該導光板と第 1三角プリズム間には気体層が介在されている導光装置。

1 0 . 請求の範囲第 4項記載の導光装置において、前記第 1導光板の一方端面に対する他方端面と光源間および、前記第 3導光板の他方端面に対する一方端面と光源間にそれぞれ、該光源光の方向を所定角度変えて該第 1導光板の他方端面および該第 3導光板の一方端面に光源光をそれぞれ導くための各第 1三角プリズムが設けられ、該導光板と各第 1三角プリズム間には気体層が介在されている導

1 1 . 請求の範囲第 2項または第 4項記載の導光装置において、少なくとも一部が前記第 1導光板と第 2導光板の間にあって、該第 2導光板の前記所定の光出射面とは反対側の面に対向するように反射部材が配置されている導光装置。

1 2 . 請求の範囲第 1項または第 3項記載の導光装置において、前記導光板の前記所定の光出射面とは反対側の面に対向するように反射部材が配置されている

1 3 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置において、前記三角プリズムおよび導光板を通過する光路において光出射面の面積よりも当該光出射面からの光が入射する光入射面の面積の方が大きい導光装置。

1 4 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置において、前記三角プリズムおよび導光板の光入射面と光出射面の少なくとも一部には反射防止膜が被覆されている導光装置。

1 5 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置において、前記導光板の厚みは光源から光路が遠くなるにつれ薄くなつている導光装置。

1 6 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置において、前記三角プリズムの断面が直角二等辺三角形であり、光の方向を 9 0度変える導光装置。

1 7 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置において、前記三角プリズムの斜面側にミラー部材または反射部材を配設した導光装置。

1 8 . 請求の範囲第 1 7項記載の導光装置において、前記三角プリズムの斜面と前記ミラ一部材または反射部材との間に気体層が介在されている導光装置。

1 9 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置において、前記光源は三原色の発光ダイオード群である導光装置。

2 0 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置の少なくとも一部が外気と遮断されている導光装置。

2 1 . 請求の範囲第 2 0項記載の導光装置の前記外気と遮断されている部分に乾燥窒素を封入した導光装置。

2 2 . 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれかに記載の導光装置を用いて表示用光源とした表示装置。