WO2009144992A1 - 導光板、バックライト装置および液晶表示装置 - Google Patents

導光板、バックライト装置および液晶表示装置 Download PDF

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誠 大植
浩二 山渕
有史 八代
博昭 重田
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シャープ株式会社
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    • G02B6/0073—Light emitting diode [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light guide plate, a backlight device, and a liquid crystal display device.
  • a liquid crystal display device that displays an image using a liquid crystal display panel (a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates) is known.
  • This liquid crystal display device is characterized in that it is thinner and consumes less power than other display devices, such as an OA device such as a personal computer, a portable information terminal device such as an electronic notebook or a mobile phone, In addition, it is widely adopted as a display device mounted on a camera-integrated VTR or the like.
  • the liquid crystal display device as described above has a backlight device for illuminating the liquid crystal display panel, and is configured to display an image by illuminating the liquid crystal display panel with the backlight device.
  • the backlight device for illuminating the liquid crystal display panel is a light source composed of a light emitting diode element (LED) or a fluorescent tube, or a light guide that guides light generated by the light source and emits the light toward the liquid crystal display panel side. It has a light plate.
  • a large number of optical sheets are formed on the light exit surface of the light guide plate. Etc.) (see, for example, Patent Document 1).
  • the diffraction grating pattern 102 is provided over the entire surface of the light emitting surface (front surface) of the light guide plate 101, and the prism pattern 103 is formed over the entire surface of the light reflecting surface (back surface).
  • a prism pattern 103 having a prism angle (angle ⁇ in FIG. 15) set to about 40 ° is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses that a hologram pattern is provided over the entire light emitting surface (front surface) of the light guide plate and a prism pattern is provided over the entire light reflecting surface (back surface).
  • Patent Document 4 a diffraction grating pattern is provided over the entire light exit surface (front surface) of the light guide plate, and the thickness of the light guide plate gradually decreases as the distance from the light incident surface (predetermined side end surface) increases.
  • the light reflecting surface (back surface) is inclined.
  • the prism pattern 103 when light having a ⁇ angle of more than 11 ° is incident on the prism pattern 103, the light refracts through the inclined surface of the prism pattern 103 and is refracted again on the surface facing the inclined surface of the prism pattern 103. In other words, the light traveling angle is changed by the prism pattern 103, and as a result, the light distribution characteristic is changed.
  • the prism pattern 103 is provided over the entire surface of the light reflection surface (back surface) of the light guide plate 101, a large amount of light is incident on the prism pattern 103.
  • the light distribution characteristics change from the light incident surface 101a (predetermined side end surface) side of the light guide plate 101 toward the anti-light incident surface (surface opposite to the light incident surface 101a of the light guide plate 101) 101b side.
  • the ratio will increase. That is, the incident angle of light to the diffraction grating pattern 102 is greatly different between the region on the light incident surface 101a side and the region on the anti-light incident surface 101b side of the light guide plate 101.
  • the emission angle differs greatly between the region on the light incident surface 101a side of the light guide plate 101 and the region on the anti-light incident surface 101b side. As a result, uniform outgoing light cannot be obtained over the entire surface, causing glare.
  • Patent Document 4 is not preferable from the viewpoint of reducing the thickness of the backlight device.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a light guide plate and a backlight device capable of suppressing the occurrence of glare while reducing the thickness. And a liquid crystal display device.
  • a light guide plate includes a light incident surface for introducing light, and a light emitting surface for emitting light introduced from the light incident surface in a planar shape. And a light reflecting surface for reflecting the light introduced from the light incident surface toward the light emitting surface side.
  • the diffraction grating pattern is formed on the light emitting surface, and the prism pattern is formed on the light reflecting surface. There is no prism pattern in the region on the light incident surface side of the light reflecting surface.
  • the pattern formation region is smaller than the diffraction grating pattern formation region.
  • light reflection / refraction by the prism pattern does not occur in the region on the light incident surface side of the light guide plate, and other than the region on the light incident surface side of the light guide plate. Reflection of the light by the prism pattern occurs only in the region.
  • the prism pattern is formed under appropriate conditions (conditions such that the light in the light guide plate does not exceed the critical angle as much as possible)
  • the light incident on the light guide plate in the region other than the region on the light incident surface side of the light guide plate The angle of light (angle formed with the direction perpendicular to the light incident surface of the light guide plate) gradually increases from the surface side toward the side opposite to the light incident surface (surface opposite to the light incident surface of the light guide plate). Therefore, the light distribution characteristics can be made substantially the same between the region on the light incident surface side and the region on the anti-light incident surface side of the light guide plate.
  • the incident angle of the light to the diffraction grating pattern is substantially the same in the region on the light incident surface side of the light guide plate and the region on the anti-light incident surface side.
  • the region on the light incident surface side of the light guide plate and the region on the anti-light incident surface side are substantially the same.
  • uniform outgoing light can be obtained over the entire surface, and the occurrence of glare can be suppressed.
  • light is efficiently emitted from the diffraction grating pattern, so that the light use efficiency can be improved.
  • the light guide plate according to the first aspect is used in the backlight device, it is not necessary to dispose an optical sheet on the light exit surface of the light guide plate, so that the device can be easily reduced in thickness.
  • the prism pattern includes a groove extending in a direction parallel to the light incident surface, and an angle of 0.5 ° to 20 ° with respect to the light reflecting surface. It is formed to have an inclined surface. If comprised in this way, in areas other than the area
  • the angle of light (the angle formed between the direction perpendicular to the light incident surface of the light guide plate) can be gradually raised as it goes to.
  • the diffraction grating pattern is formed so that the grating pitch is 360 nm or more and 470 nm or less and the grating height is 160 nm or more and 240 nm or less. If comprised in this way, high diffraction efficiency can be obtained with respect to the light of a several different wavelength.
  • a backlight device includes the light guide plate according to the first aspect and a light source for generating light introduced into the light guide plate. If comprised in this way, the backlight apparatus which is thin and it is hard to generate glare can be obtained easily.
  • a liquid crystal display device includes the backlight device according to the second aspect and a liquid crystal display panel illuminated by the backlight device. With this configuration, it is possible to easily obtain a thin liquid crystal display device that is less likely to cause glare.
  • the present invention it is possible to easily obtain a light guide plate, a backlight device, and a liquid crystal display device that can suppress the occurrence of glare while reducing the thickness.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a diffraction grating pattern in regions B1 and B2 surrounded by a broken line in FIG. 3. It is the figure (enlarged view of area
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a prism pattern in regions C1 to C3 surrounded by a broken line in FIG. It is a figure for demonstrating the behavior of the light in the light-guide plate by one Embodiment shown in FIG. It is a figure for demonstrating the behavior of light when the prism pattern is not provided in the light reflection surface of the light-guide plate. It is sectional drawing of the backlight apparatus using the light-guide plate shown in FIG. It is sectional drawing of the liquid crystal display device which mounted
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a prism pattern in regions E1 to E3 surrounded by a broken line in FIG. It is a side view of the conventional light-guide plate. It is a figure for demonstrating the behavior of the light in the conventional light-guide plate.
  • the light guide plate 1 according to the present embodiment is as shown in FIG. 1 and is made of a transparent material.
  • a constituent material of the light guide plate for example, polymethyl methacrylate (hereinafter referred to as PMMA), cycloolefin, polycarbonate, or the like can be used.
  • the light guide plate 1 is substantially formed in a plate shape, and has four side end surfaces and two surfaces (a front surface and a back surface) perpendicular to the four side end surfaces.
  • a predetermined side end surface among the four side end surfaces of the light guide plate 1 serves as a light incident surface 1 a for introducing light generated by the light source 2 into the light guide plate 1.
  • the front surface of the light guide plate 1 is a light emission surface 1b for emitting light in the light guide plate 1 in a planar shape, and the back surface of the light guide plate 1 transmits light in the light guide plate 1 to the light emission surface 1b.
  • It is a light reflecting surface 1c for reflecting toward the side. Note that these surfaces are substantially rectangular.
  • a diffraction grating pattern 11 formed over the entire surface of the light emitting surface 1b of the light guide plate 1 is integrally provided in a region corresponding to the effective light emitting area 10a. ing.
  • the diffraction grating pattern 11 is a periodic concavo-convex structure, and has a grating pitch of 360 to 470 nm (preferably 400 nm) and a grating height of 160 to 240 nm (preferably 200 nm). Is formed.
  • the diffraction grating pattern 11 is easily formed on the light emitting surface 1b of the light guide plate 1 by using a method such as an imprint method. be able to.
  • the optimum grating pitch d of the diffraction grating pattern 11 is determined by the constituent material of the light guide plate 1 and is calculated from the following equation (1).
  • the optimum grating pitch d of the diffraction grating pattern 11 is 400 nm. Furthermore, when the constituent material of the light guide plate 1 is cycloolefin (refractive index: 1.53), the optimum grating pitch d of the diffraction grating pattern 11 is 415 nm, and the constituent material of the light guide plate 1 is PMMA (refractive index). : 1.49), the optimum grating pitch d of the diffraction grating pattern 11 is 430 nm. Note that the allowable range of the optimum grating pitch d of the diffraction grating pattern 11 is ⁇ 40 nm.
  • the intensity of the emitted light increases as the light incident surface 1a of the light guide plate 1 is closer. As the distance from the light incident surface 1a increases, the intensity of the emitted light decreases. For this reason, in order to make the intensity
  • a unit in which the diffraction grating pattern 11 is provided in the entire 100 ⁇ m square is regarded as one unit, and the arrangement density of units in the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 is set to about 40%. It is preferable that the unit arrangement density in the region on the side of the light incident surface 1d of the light guide plate 1 is set to 100%, and the unit arrangement density in the region therebetween is gradation.
  • the light in the light guide plate 1 does not exceed the critical angle as much as possible in the region corresponding to the effective light emitting area 10 a of the light reflecting surface 1 c of the light guide plate 1.
  • the prism pattern 12 formed under such conditions is integrally provided.
  • the prism pattern 12 extends linearly and continuously in a direction parallel to the light incident surface 1a of the light guide plate 1, and is dug from the light reflecting surface 1c of the light guide plate 1 toward the light emitting surface 1b. It consists of a serrated prism groove (groove).
  • the prism pattern 12 has an inclined surface that is inclined with respect to the light reflecting surface 1 c of the light guide plate 1 and a surface that is perpendicular to the light reflecting surface 1 c of the light guide plate 1.
  • the prism pattern 12 is formed such that the size of the prism grooves (length L in FIG. 5) is 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and the pitch of the prism grooves is 30 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less. Furthermore, the prism pattern 12 is formed so that the inclination angle of the prism groove (angle ⁇ in FIG. 5) is 0.5 ° or more and 20 ° or less.
  • the prism pattern 12 is not formed over the entire area corresponding to the effective light emitting area 10a. Specifically, in the region corresponding to the effective light emitting area 10a, the prism pattern 12 does not exist in the region on the light incident surface 1a side of the light reflecting surface 1c of the light guide plate 1, and the light reflecting surface of the light guide plate 1 The prism pattern 12 exists only in a region other than the region 1c on the light incident surface 1a side.
  • the region where the prism pattern 12 is formed is smaller than the region where the diffraction grating pattern 11 is formed, and the region on the light incident surface 1a side of the light reflecting surface 1c of the light guide plate 1 Is a flat portion (see region C1 in FIGS. 6 and 7). Furthermore, the prism pattern 12 is formed so that the pitch of the prism grooves gradually decreases from the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 toward the anti-light incident surface 1d side in the region corresponding to the effective light emitting area 10a. (See regions C2 and C3 in FIGS. 6 and 7).
  • the prism angle of the prism pattern 12 is set to 2 °, and the prism pitch of the prism pattern 12 is gradually decreased from 500 ⁇ m to 55 ⁇ m from the light incident surface 1 a side of the light guide plate 1 toward the anti-light incident surface 1 d side, If the length of the flat portion existing in the region on the light incident surface 1a side of the light reflecting surface 1c of the light guide plate 1 is about 6 mm (when the thickness of the light guide plate 1 is 0.6 mm), the intensity of the emitted light is increased over the entire surface. It becomes possible to make uniform over.
  • the prism angle of the prism pattern 12 may be constant, or may not be constant as long as the light within the light guide plate 1 does not exceed the critical angle.
  • the light reflecting surface 1c of the light guide plate 1 is not provided with the prism pattern 12, light distribution is performed from the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 toward the anti-light incident surface 1d side as shown in FIG.
  • the characteristics become steep. That is, since the incident angle of light to the diffraction grating pattern 11 is different between the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 and the region on the anti-light incident surface 1d side, the emission light from the diffraction grating pattern 11 is emitted.
  • the angle differs between the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 and the region on the anti-light incident surface 1d side.
  • the light distribution characteristic in the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 and the light distribution characteristic in the region on the anti-light incident surface 1d side of the light guide plate 1 are substantially the same.
  • the incident angle of light to the diffraction grating pattern 11 is substantially the same in the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 and the region on the anti-light incident surface 1d side.
  • the emission angle of the incident light is substantially the same in the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 and the region on the anti-light incident surface 1d side.
  • the backlight device 10 is of an edge light type and includes at least the light guide plate 1, the light source 2, and the reflection sheet 3 shown in FIG.
  • the light guide plate 1, the light source 2, and the reflection sheet 3 are supported by a frame 4 made of polycarbonate or the like.
  • the light source 2 is composed of a light emitting diode element (LED) and is disposed so that the light emitting surface thereof faces the light incident surface 1 a of the light guide plate 1.
  • a flexible printed wiring board (FPC) 5 is connected to the light source 2.
  • the reflection sheet 3 is made of polyethylene terephthalate (PET) or the like and is disposed on the light reflection surface 1 c side of the light guide plate 1.
  • This liquid crystal display device includes at least the backlight device 10 shown in FIG. 10 and the liquid crystal display panel 20. Then, the liquid crystal display panel 20 is illuminated by the backlight device 10 so that an image is displayed on the display surface of the liquid crystal display panel 20.
  • the liquid crystal display panel 20 includes a pair of substrates 21 and 22 that sandwich a liquid crystal layer (not shown), a polarizing plate 23, and the like.
  • One substrate 21 is a substrate provided with a thin film transistor (TFT) or the like
  • the other substrate 22 is a substrate provided with a color filter or the like.
  • the polarizing plate 23 is arrange
  • An FPC 24 is connected to one substrate 22.
  • the liquid crystal display panel 20 is formed by, for example, bonding a pair of substrates 21 and 22 so as to sandwich a liquid crystal layer (not shown), and etching the substrate with a hydrofluoric acid chemical solution.
  • the polarizing plate 23 is attached to each of the surfaces on the opposite side of the liquid crystal layer 22. And if the backlight apparatus 10 is bonded around the liquid crystal display panel 20, a liquid crystal display device will be completed.
  • the emission angle of the emitted light from the diffraction grating pattern 11 is substantially different between the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 and the region on the anti-light incident surface 1d side. Accordingly, uniform emission light can be obtained over the entire surface, and the occurrence of glare can be suppressed. In addition, since light is efficiently emitted from the diffraction grating pattern 11, the light utilization efficiency can be improved. Furthermore, in the backlight device 10 using the light guide plate 1 according to the present embodiment, it is not necessary to dispose an optical sheet on the light emitting surface 1b of the light guide plate 1, so that the thickness of the device can be easily reduced.
  • the prism angle of the prism pattern 12 is not less than 0.5 ° and not more than 20 °, regions other than the region on the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 can be easily obtained.
  • the angle of light can be gradually raised from the light incident surface 1a side of the light guide plate 1 toward the anti-light incident surface 1d side.
  • the grating pitch of the diffraction grating pattern 11 is set to 360 nm or more and 470 nm or less, and the grating height is set to 160 nm or more and 240 nm or less, so that light of a plurality of different wavelengths can be obtained.
  • high diffraction efficiency can be obtained.
  • the prism grooves extending continuously in the direction parallel to the light incident surface of the light guide plate are formed on the light reflecting surface of the light guide plate.
  • the present invention is not limited to this, and a predetermined number of prisms are formed.
  • the grooves may be arranged with a flat portion in a direction parallel to the light incident surface of the light guide plate.
  • the prism width in a direction parallel to the light incident surface of the light guide plate may be constant, and the prism pitch may be gradually decreased from the light incident surface side of the light guide plate toward the counter light incident surface side. .
  • the prism pitch in the direction from the light incident surface side of the light guide plate to the light incident surface side is constant, and the prism width in the direction parallel to the light incident surface of the light guide plate is reflected from the light incident surface side of the light guide plate. You may increase gradually as it goes to the surface side. Further, the prism pitch and the prism width may be constant, and the prism angle may be gradually increased from the light incident surface side of the light guide plate toward the anti-light incident surface side.
  • FIG.12 and FIG.13 a prism groove 12a extending in a direction parallel to the light incident surface 1a of the light guide plate 1 and a prism groove 12b extending in a direction perpendicular to the light incident surface 1a of the light guide plate 1 are provided. You may form in the light reflection surface 1c.

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Abstract

　薄型化を図りながら、ギラツキが発生するのを抑制することが可能な導光板を提供する。この導光板（１）は、光入射面（１ａ）と、光出射面（１ｂ）と、光反射面（１ｃ）とを備えている。そして、回折格子パターン（１１）が光出射面（１ｂ）に形成されているとともに、プリズムパターン（１２）が光反射面（１ｃ）に形成されており、光反射面（１ｃ）の光入射面（１ａ）側の領域にはプリズムパターン（１２）が存在しておらず、プリズムパターン（１２）の形成領域が回折格子パターン（１１）の形成領域よりも小さくなっている。

Description

導光板、バックライト装置および液晶表示装置
　この発明は、導光板、バックライト装置および液晶表示装置に関する。
　従来、表示装置として、液晶表示パネル（一対の基板間に液晶層が挟持されたもの）を用いて画像を表示する液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置は、他の表示装置に比べて、薄型で、かつ、消費電力が小さいという特徴を有しており、パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、電子手帳や携帯電話機などの携帯情報端末機器、および、カメラ一体型ＶＴＲなどに装着される表示装置として広く採用されている。
　また、上記のような液晶表示装置は、液晶表示パネルを照明するためのバックライト装置を持っており、バックライト装置により液晶表示パネルを照明することで画像を表示するように構成されている。この液晶表示パネルを照明するためのバックライト装置は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）または蛍光管からなる光源や、その光源で生成された光を導光して液晶表示パネル側に向けて出射する導光板などを備えている。そして、液晶表示パネルに向かう方向への輝度を高め、かつ、視角による輝度の変化が急峻になるのを抑制するために、導光板の光出射面上に多数の光学シート（拡散シートやプリズムシートなど）を配置している（たとえば、特許文献１参照）。
　ところで、近年では、液晶表示装置の薄型化を図るために、バックライト装置のさらなる薄型化が望まれている。しかしながら、上記したバックライト装置の構成において、薄型化を図るために光学シートを省略してしまうと、輝度特性や視角特性が低下してしまうという不都合が発生する。
　そこで、従来では、導光板の所定面に回折格子パターンやプリズムパターンなどを一体的に形成し、導光板自体に輝度特性や視角特性を向上させる機能を持たせる技術が提案されている（たとえば、特許文献２～４参照）。
　特許文献２には、図１４および図１５に示すように、導光板１０１の光出射面（前面）の全面にわたって回折格子パターン１０２を設けるとともに、光反射面（裏面）の全面にわたってプリズムパターン１０３を設け、そのプリズムパターン１０３のプリズム角（図１５中の角度α）を約４０°に設定したものが開示されている。
　また、特許文献３には、導光板の光出射面（前面）の全面にわたってホログラムパターンを設けるとともに、光反射面（裏面）の全面にわたってプリズムパターンを設けたものが開示されている。
　また、特許文献４には、導光板の光出射面（前面）の全面にわたって回折格子パターンを設けるとともに、導光板の厚みが光入射面（所定の側端面）から離れるにしたがって徐々に小さくなるように光反射面（裏面）を傾斜させたものが開示されている。
特開２００６－１３３２７４号公報 特開２００７－１７８８２９号公報 特開２００４－１１１３８３号公報 特開２００１－１５５５２０号公報
　特許文献２の構成では、図１５に示すように、１１°のβ角（導光板１０１の光反射面（裏面）との間でなす角度）の光がプリズムパターン１０３に入射すると、その光がプリズムパターン１０３の傾斜面で反射されて導光板１０１の光出射面のほぼ法線方向に進行する。また、１１°より小さいβ角の光がプリズムパターン１０３に入射すると、その光がプリズムパターン１０３の傾斜面で全反射されて右斜め方向に進行する。また、１１°より大きいβ角の光は、プリズムパターン１０３に入射すると、プリズムパターン１０３の傾斜面を突き抜けて屈折し、プリズムパターン１０３の傾斜面と対向する面で再度屈折する。すなわち、プリズムパターン１０３によって光の進行角度が変わり、その結果、配光特性が変化することになる。
　ここで、特許文献２の構成では、図１４に示したように、導光板１０１の光反射面（裏面）の全面にわたってプリズムパターン１０３を設けているため、光のプリズムパターン１０３への入射が数多く繰り返され、導光板１０１の光入射面１０１ａ（所定の側端面）側から反光入射面（導光板１０１の光入射面１０１ａとは反対側の面）１０１ｂ側に行くにしたがって配光特性の変化の割合が大きくなっていく。すなわち、回折格子パターン１０２への光の入射角度が導光板１０１の光入射面１０１ａ側の領域と反光入射面１０１ｂ側の領域とで大きく異なることになるため、回折格子パターン１０２からの出射光の出射角度が導光板１０１の光入射面１０１ａ側の領域と反光入射面１０１ｂ側の領域とで大きく異なってしまう。これにより、全面にわたって均一な出射光が得られなくなり、ギラツキが発生する原因となってしまう。
　また、特許文献３の構成についても、導光板の光反射面（裏面）の全面にわたってプリズムパターンを設けているため、上記した特許文献１の構成の場合と同様の問題が発生する。
　また、特許文献４の構成では、導光板の光反射面（裏面）にプリズムパターンを設けてはいないが、導光板の光反射面（裏面）を傾斜させているため、上記した特許文献１の構成の場合と同様の問題が発生する。なお、導光板の光反射面（裏面）を傾斜させると、導光板の厚みを小さくするのが困難になってしまうという不都合が生じる。さらに、導光板の光反射面（裏面）上に反射シートを配置する場合、その反射シートを導光板の傾斜した光反射面（裏面）に沿わす必要があるため、反射シートを支持するためのフレームの支持部を導光板の光反射面（裏面）の傾斜角度と同じ角度で傾斜させなければならないという不都合も生じる。これらの理由により、特許文献４の構成は、バックライト装置の薄型化の観点から好ましくない。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、薄型化を図りながら、ギラツキが発生するのを抑制することが可能な導光板、バックライト装置および液晶表示装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による導光板は、光を導入するための光入射面と、光入射面から導入された光を面状に出射するための光出射面と、光出射面とは反対側の面であり、光入射面から導入された光を光出射面側に向けて反射するための光反射面とを備えている。そして、回折格子パターンが光出射面に形成されているとともに、プリズムパターンが光反射面に形成されており、光反射面の光入射面側の領域にはプリズムパターンが存在しておらず、プリズムパターンの形成領域が回折格子パターンの形成領域よりも小さくなっている。
　第１の局面による導光板では、上記のように構成することによって、導光板の光入射面側の領域においてはプリズムパターンによる光の反射屈折が起こらず、導光板の光入射面側の領域以外の領域においてのみプリズムパターンによる光の反射が起こることになる。この場合、プリズムパターンを適切な条件（導光板内の光ができるだけ臨界角を超えないような条件）で形成すれば、導光板の光入射面側の領域以外の領域において、導光板の光入射面側から反光入射面（導光板の光入射面とは反対側の面）側に行くにしたがって光の角度（導光板の光入射面に対して垂直な方向との間でなす角度）が徐々に立ち上がっていくため、導光板の光入射面側の領域と反光入射面側の領域とで配光特性を実質的に同じにすることができる。これにより、光の回折格子パターンへの入射角度が導光板の光入射面側の領域と反光入射面側の領域とで実質的に同じになるため、回折格子パターンからの出射光の出射角度が導光板の光入射面側の領域と反光入射面側の領域とで実質的に同じになる。その結果、全面にわたって均一な出射光を得ることができ、ギラツキが発生するのを抑制することが可能となる。また、第１の局面による導光板では、回折格子パターンからの光の出射が効率的に行われるため、光の利用効率を向上させることもできる。さらに、第１の局面による導光板をバックライト装置に用いれば、導光板の光出射面上に光学シートを配置する必要がないので、装置の薄型化を容易に図ることができる。
　上記第１の局面による導光板において、好ましくは、プリズムパターンは、光入射面に対して平行な方向に延びる溝部からなり、かつ、光反射面に対して０．５°以上２０°以下の角度で傾斜した面を有するように形成されている。このように構成すれば、容易に、導光板の光入射面側の領域以外の領域において、導光板の光入射面側から反光入射面（導光板の光入射面とは反対側の面）側に行くにしたがって光の角度（導光板の光入射面に対して垂直な方向との間でなす角度）を徐々に立ち上げることができる。
　上記第１の局面による導光板において、好ましくは、回折格子パターンは、格子ピッチが３６０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下となり、格子高さが１６０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下となるように形成されている。このように構成すれば、互いに異なる複数の波長の光に対して高い回折効率を得ることができる。
　この発明の第２の局面によるバックライト装置は、上記第１の局面による導光板と、導光板に導入される光を生成するための光源とを備えている。このように構成すれば、薄型で、かつ、ギラツキが発生しにくいバックライト装置を容易に得ることができる。
　この発明の第３の局面による液晶表示装置は、上記第２の局面によるバックライト装置と、バックライト装置により照明される液晶表示パネルとを備えている。このように構成すれば、薄型で、かつ、ギラツキが発生しにくい液晶表示装置を容易に得ることができる。
　以上のように、本発明によれば、薄型化を図りながら、ギラツキの発生を抑制することが可能な導光板、バックライト装置および液晶表示装置を容易に得ることができる。
本発明の一実施形態による導光板の側面図である。 図１に示した一実施形態による導光板の光出射面の一部を拡大した図（図１の破線で囲まれた領域Ａ１の拡大図）である。 図１に示した一実施形態による導光板を光出射面側から見た場合の平面図である。 図３の破線で囲まれた領域Ｂ１およびＢ２における回折格子パターンの模式図である。 図１に示した一実施形態による導光板の光反射面の一部を拡大した図（図１の破線で囲まれた領域Ａ２の拡大図）である。 図１に示した一実施形態による導光板を光反射面側から見た場合の平面図である。 図６の破線で囲まれた領域Ｃ１～Ｃ３におけるプリズムパターンの模式図である。 図１に示した一実施形態による導光板内における光の挙動を説明するための図である。 導光板の光反射面にプリズムパターンが設けられていない場合の光の挙動を説明するための図である。 図１に示した導光板を用いたバックライト装置の断面図である。 図１０に示したバックライト装置を装着した液晶表示装置の断面図である。 本実施形態の変形例による導光板を光反射面側から見た場合の平面図である。 図１２の破線で囲まれた領域Ｅ１～Ｅ３におけるプリズムパターンの模式図である。 従来の導光板の側面図である。 従来の導光板内における光の挙動を説明するための図である。
符号の説明
　　　１　導光板
　　　１ａ　光入射面
　　　１ｂ　光出射面
　　　１ｃ　光反射面
　　　２　光源
　　　１０　バックライト装置
　　　１１　回折格子パターン
　　　１２　プリズムパターン
　　　２０　液晶表示パネル
　まず、図１～図７を参照して、本実施形態による導光板１について説明する。
　本実施形態による導光板１は、図１に示すようなものであって、透明な材料からなっている。この導光板１の構成材料としては、たとえば、ポリメチルメタクリレート（以下、ＰＭＭＡと言う）、シクロオレフィンおよびポリカーボネートなどを用いることが可能である。
　また、導光板１は、実質的に板状に形成されており、４つの側端面と、その４つの側端面に対して垂直な２つの面（前面および裏面）とを有している。そして、導光板１の４つの側端面のうちの所定の側端面は、光源２で生成された光を導光板１内に導入するための光入射面１ａとなっている。さらに、導光板１の前面は、導光板１内の光を面状に出射するための光出射面１ｂとなっており、導光板１の裏面は、導光板１内の光を光出射面１ｂ側に向けて反射するための光反射面１ｃとなっている。なお、これらの面は、実質的に矩形状である。
　また、図１および図２に示すように、導光板１の光出射面１ｂの有効発光エリア１０ａに対応する領域には、その領域の全面にわたって形成された回折格子パターン１１が一体的に設けられている。この回折格子パターン１１は、周期的な凹凸構造体であり、格子ピッチが３６０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下（好ましくは、４００ｎｍ）となるとともに、格子高さが１６０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下（好ましくは、２００ｎｍ）となるように形成されている。なお、回折格子パターン１１のアスペクト比が１：１程度であれば、インプリント法などの方法を用いることにより、容易に、導光板１の光出射面１ｂへの回折格子パターン１１の形成を行うことができる。
　また、この回折格子パターン１１の最適な格子ピッチｄは、導光板１の構成材料によって決まるものであり、以下の式（１）から算出される。
ｄ＝５５０ｎｍ／ｓｉｎ６０°×（導光板の構成材料の屈折率）　・・・　（１）
　したがって、導光板１の構成材料がポリカーボネート（屈折率：１．５９）である場合には、回折格子パターン１１の最適な格子ピッチｄが４００ｎｍになる。さらに、導光板１の構成材料がシクロオレフィン（屈折率：１．５３）である場合には、回折格子パターン１１の最適な格子ピッチｄが４１５ｎｍとなり、導光板１の構成材料がＰＭＭＡ（屈折率：１．４９）である場合には、回折格子パターン１１の最適な格子ピッチｄが４３０ｎｍとなる。なお、回折格子パターン１１の最適な格子ピッチｄの許容範囲としては、±４０ｎｍである。
　ところで、導光板１の光出射面１ｂに形成された回折格子パターン１１の形成密度が全面にわたって一定であれば、導光板１の光入射面１ａに近いほど出射光の強度が大きくなり、導光板１の光入射面１ａから離れるにしたがって出射光の強度が小さくなっていく。このため、出射光の強度を全面にわたって均一にするためには、図３および図４に示すように、導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面（導光板１の光入射面１ａとは反対側の面）１ｄ側に行くにしたがって回折格子パターン１１の形成密度を徐々に高くする必要がある。したがって、たとえば、１００μｍ角内の全体に回折格子パターン１１が設けられたものを１つのユニットとしてとらえ、導光板１の光入射面１ａ側の領域におけるユニットの配置密度を４０％程度に設定するとともに、導光板１の反光入射面１ｄ側の領域におけるユニットの配置密度を１００％に設定し、その間の領域におけるユニットの配置密度をグラデーションにするのが好ましい。
　ここで、本実施形態では、図１および図５に示すように、導光板１の光反射面１ｃの有効発光エリア１０ａに対応する領域に、導光板１内の光ができるだけ臨界角を超えないような条件で形成されたプリズムパターン１２が一体的に設けられている。このプリズムパターン１２は、導光板１の光入射面１ａに対して平行な方向に直線的に連続して延び、かつ、導光板１の光反射面１ｃから光出射面１ｂ側に向かって掘り込まれた鋸歯状のプリズム溝（溝部）からなっている。すなわち、プリズムパターン１２は、導光板１の光反射面１ｃに対して傾斜した傾斜面と、導光板１の光反射面１ｃに対して垂直な面とを有していることになる。また、プリズムパターン１２は、プリズム溝の大きさ（図５中の長さＬ）が１０μｍ以上１００μｍ以下となり、プリズム溝のピッチが３０μｍ以上５００μｍ以下となるように形成されている。さらに、プリズムパターン１２は、そのプリズム溝の傾斜角度（図５中の角度θ）が０．５°以上２０°以下となるように形成されている。
　なお、プリズムパターン１２は、回折格子パターン１１とは異なり、有効発光エリア１０ａに対応する領域の全面にわたっては形成されていない。具体的には、有効発光エリア１０ａに対応する領域において、導光板１の光反射面１ｃの光入射面１ａ側の領域にはプリズムパターン１２が存在しておらず、導光板１の光反射面１ｃの光入射面１ａ側の領域以外の領域にのみプリズムパターン１２が存在している。言い換えれば、有効発光エリア１０ａに対応する領域において、プリズムパターン１２の形成領域が回折格子パターン１１の形成領域よりも小さくなっており、導光板１の光反射面１ｃの光入射面１ａ側の領域が平坦部となっている（図６および図７の領域Ｃ１参照）。さらに、プリズムパターン１２は、有効発光エリア１０ａに対応する領域において、プリズム溝のピッチが導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面１ｄ側に行くにしたがって徐々に小さくなるように形成されている（図６および図７の領域Ｃ２およびＣ３参照）。
　たとえば、プリズムパターン１２のプリズム角を２°とするとともに、プリズムパターン１２のプリズムピッチを導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面１ｄ側に行くにしたがって５００μｍから５５μｍに徐々に小さくし、導光板１の光反射面１ｃの光入射面１ａ側の領域に存在する平坦部の長さを６ｍｍ程度（導光板１の厚みが０．６ｍｍの場合）にすれば、出射光の強度を全面にわたって均一にすることが可能となる。なお、プリズムパターン１２のプリズム角については、一定であってもよいし、導光板１内の光が臨界角を超えない範囲であれば一定でなくてもよい。
　次に、図８を参照して、本実施形態による導光板１内における光の挙動について説明する。
　この実施形態では、図８に示すように、光源２で生成された光が導光板１の光入射面１ａから導入されると、回折格子パターン１１やプリズムパターン１２が存在しない領域においては、その間で光の全反射が繰り返し行われることにより、光が導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面１ｄ側に向かって進行する。また、回折格子パターン１１の法線との間でなす角度が小さい方向に進行する光については、回折格子パターン１１を介して導光板１の外部に出射される。このときの導光板１の光入射面１ａ側の領域における配光特性は、矢視Ｄ１のようになっている。
　この際、導光板１の光反射面１ｃにプリズムパターン１２が設けられていなければ、図９に示すように、導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面１ｄ側に行くにしたがって配光特性が急峻になる。すなわち、光の回折格子パターン１１への入射角度が導光板１の光入射面１ａ側の領域と反光入射面１ｄ側の領域とで異なることになるため、回折格子パターン１１からの出射光の出射角度が導光板１の光入射面１ａ側の領域と反光入射面１ｄ側の領域とで異なってしまう。
　その一方、本実施形態では、図８に示すように、導光板１の光入射面１ａ側の領域においてはプリズムパターン１２による光の反射が起こらないが、導光板１の光入射面１ａ側の領域以外の領域においてはプリズムパターン１２による光の反射が起こる。このため、導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面１ｄ側に向かって光が徐々に立ち上がっていくことにより、回折格子パターン１１の法線との間でなす角度が小さい方向に進行する光が増加していく。このため、導光板１の反光入射面１ｄ側の領域における配光特性が矢視Ｄ２のようになる。すなわち、導光板１の光入射面１ａ側の領域における配光特性と、導光板１の反光入射面１ｄ側の領域における配光特性とが実質的に同じようになる。これにより、光の回折格子パターン１１への入射角度が導光板１の光入射面１ａ側の領域と反光入射面１ｄ側の領域とで実質的に同じになるため、回折格子パターン１１からの出射光の出射角度が導光板１の光入射面１ａ側の領域と反光入射面１ｄ側の領域とで実質的に同じになる。
　次に、図１０を参照して、図１に示した導光板１を用いたバックライト装置１０の構成について説明する。
　このバックライト装置１０は、エッジライト型であって、図１に示した導光板１と、光源２と、反射シート３とを少なくとも備えている。そして、導光板１、光源２および反射シート３は、ポリカーボネートなどからなるフレーム４によって支持されている。
　光源２は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）からなっているとともに、その発光面が導光
板１の光入射面１ａと対向するように配置されている。なお、この光源２には、フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）５が接続されている。反射シート３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなっているとともに、導光板１の光反射面１ｃ側に配置されている。
　次に、図１１を参照して、図１０に示したバックライト装置１０を装着した液晶表示装置の構成について説明する。
　この液晶表示装置は、図１０に示したバックライト装置１０と、液晶表示パネル２０とを少なくとも備えている。そして、バックライト装置１０により液晶表示パネル２０が照明されることにより、液晶表示パネル２０の表示面に画像が表示されるように構成されている。
　液晶表示パネル２０は、液晶層（図示せず）を挟持する一対の基板２１および２２や、偏光板２３などによって構成されている。一方の基板２１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが設けられた基板であり、他方の基板２２は、カラーフィルタなどが設けられた基板である。そして、基板２１および２２の液晶層側とは反対側の面上に、偏光板２３がそれぞれ配置されている。なお、一方の基板２２には、ＦＰＣ２４が接続されている。
　この液晶表示パネル２０は、たとえば、液晶層（図示せず）を挟み込むように一対の基板２１および２２を貼り合せ、それをフッ酸系の薬液でエッチングすることにより薄型化した後、基板２１および２２の液晶層側とは反対側の面上の各々に偏光板２３を貼り付けることによって得られる。そして、その液晶表示パネル２０の周囲にバックライト装置１０を貼り合わせれば、液晶表示装置が完成する。
　本実施形態では、上記のように構成することによって、回折格子パターン１１からの出射光の出射角度が導光板１の光入射面１ａ側の領域と反光入射面１ｄ側の領域とで実質的に同じになるため、全面にわたって均一な出射光を得ることができ、ギラツキが発生するのを抑制することが可能となる。また、回折格子パターン１１からの光の出射が効率的に行われるため、光の利用効率を向上させることもできる。さらに、本実施形態による導光板１を用いたバックライト装置１０では、導光板１の光出射面１ｂ上に光学シートを配置する必要がないので、装置の薄型化を容易に図ることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、プリズムパターン１２のプリズム角を０．５°以上２０°以下に設定することによって、容易に、導光板１の光入射面１ａ側の領域以外の領域において、導光板１の光入射面１ａ側から反光入射面１ｄ側に行くにしたがって光の角度を徐々に立ち上げることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、回折格子パターン１１の格子ピッチを３６０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下に設定し、格子高さを１６０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下に設定することによって、互いに異なる複数の波長の光に対して高い回折効率を得ることができる。
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　たとえば、上記実施形態では、導光板の光入射面に対して平行な方向に連続して延びるプリズム溝を導光板の光反射面に形成したが、本発明はこれに限らず、所定数のプリズム溝が導光板の光入射面に対して平行な方向に平坦部を挟んで配列されていてもよい。この場合には、導光板の光入射面に対して平行な方向におけるプリズム幅を一定とし、導光板の光入射面側から反光入射面側に行くにしたがってプリズムピッチを徐々に小さくしてもよい。また、導光板の光入射面側から反光入射面側に向かう方向におけるプリズムピッチを一定とし、導光板の光入射面に対して平行な方向におけるプリズム幅を導光板の光入射面側から反光入射面側に行くにしたがって徐々に大きくしてもよい。さらに、プリズムピッチおよびプリズム幅を一定とし、導光板の光入射面側から反光入射面側に行くにしたがってプリズム角を徐々に大きくしてもよい。
　また、上記実施形態では、導光板の光入射面に対して平行な方向に延びるプリズム溝のみを導光板の光反射面に形成したが、本発明はこれに限らず、図１２および図１３に示すように、導光板１の光入射面１ａに対して平行な方向に延びるプリズム溝１２ａと、導光板１の光入射面１ａに対して垂直な方向に延びるプリズム溝１２ｂとを導光板１の光反射面１ｃに形成してもよい。

Claims (5)

  1. 　光を導入するための光入射面と、
    　前記光入射面から導入された光を面状に出射するための光出射面と、
    　前記光出射面とは反対側の面であり、前記光入射面から導入された光を前記光出射面側に向けて反射するための光反射面とを備え、
    　回折格子パターンが前記光出射面に形成されているとともに、プリズムパターンが前記光反射面に形成されており、
    　前記光反射面の前記光入射面側の領域には前記プリズムパターンが存在しておらず、前記プリズムパターンの形成領域が前記回折格子パターンの形成領域よりも小さくなっていることを特徴とする導光板。
  2. 　前記プリズムパターンは、前記光入射面に対して平行な方向に延びる溝部からなり、かつ、前記光反射面に対して０．５°以上２０°以下の角度で傾斜した面を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
  3. 　前記回折格子パターンは、格子ピッチが３６０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下となり、格子高さが１６０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
  4. 　請求項１～３のいずれかに記載の導光板と、
    　前記導光板に導入される光を生成するための光源とを備えていることを特徴とするバックライト装置。
  5. 　請求項４に記載のバックライト装置と、
    　前記バックライト装置により照明される液晶表示パネルとを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
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