WO2013002015A1 - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

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WO2013002015A1
WO2013002015A1 PCT/JP2012/064879 JP2012064879W WO2013002015A1 WO 2013002015 A1 WO2013002015 A1 WO 2013002015A1 JP 2012064879 W JP2012064879 W JP 2012064879W WO 2013002015 A1 WO2013002015 A1 WO 2013002015A1
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light
light guide
prism
incident
guide plate
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PCT/JP2012/064879
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English (en)
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壮史 石田
龍三 結城
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0053—Prismatic sheet or layer; Brightness enhancement element, sheet or layer

Definitions

  • the present invention relates to an illumination device including a light guide plate and a display device using the same.
  • a conventional illumination device used for a backlight of a liquid crystal display device is disclosed in Patent Document 1.
  • the illumination device includes a plurality of light sources and a light guide plate that guides light incident from the light sources and emits illumination light.
  • the light source is composed of LEDs and is arranged in parallel in one direction.
  • the light guide plate is made of a resin molded product formed in a substantially rectangular shape in plan view, and has an incident surface facing the light source on the side surface and an illumination light emitting surface on the front surface.
  • a plurality of inclined surfaces extending in the longitudinal direction of the incident surface and inclined toward the incident surface are arranged in parallel in the optical axis direction of the light source.
  • a plurality of prisms extending in the optical axis direction of the light source are arranged side by side in the longitudinal direction of the incident surface on the exit surface of the front surface of the light guide plate.
  • the prisms are arranged at a predetermined pitch in the longitudinal direction of the incident surface, and flat portions including flat surfaces are provided between the prisms.
  • the prism has a circular arc shape in cross section parallel to the longitudinal direction of the incident surface.
  • the light emitted from the light source enters the light guide plate from the incident surface.
  • the light that has entered the light guide plate is reflected by the exit surface and the back surface of the light guide plate and guided in the optical axis direction of the light source.
  • the light that reaches the prism through the light guide plate is diffused and reflected in the longitudinal direction of the incident surface.
  • the incident angle to the exit surface is reduced by reflection on the inclined surface on the back surface, so that light incident on the exit surface is emitted at an incident angle smaller than the critical angle by repeating reflection.
  • the illumination light is diffused in the optical axis direction and the longitudinal direction of the incident surface and emitted from the emission surface.
  • the prism formed on the light guide plate is formed so that the inclination angle with respect to the flat portion at the bottom rising from the flat portion is optimized according to the arrangement of the light source and the shape of the light guide plate. That is, when the inclination angle is reduced, the light guide diffusion effect is reduced, and therefore, a bright line with high luminance is generated between adjacent light sources in the illumination light. Further, when the inclination angle is increased, the light guide diffusion effect is enhanced, and the light collection effect of the emitted light is enhanced, so that a spot-like high brightness portion is generated in the illumination light.
  • the height from the flat portion of the prism varies depending on the processing accuracy when the light guide plate is formed. Since the prism has an arc-shaped cross-sectional shape, the inclination angle of the bottom with respect to the flat portion varies when the height varies. For this reason, there has been a problem that the luminance of the illumination light cannot be made uniform due to variations in the height of the prisms.
  • the present invention has a plurality of light sources arranged in parallel in one direction and an incident surface facing the light source at a side end surface to guide the light incident from the incident surface to the front surface. And a light guide plate that emits illumination light from an emission surface disposed on the light source plate, wherein the light guide plate extends in the optical axis direction of the light source and is juxtaposed in the longitudinal direction of the incident surface.
  • a plurality of prisms for diffusing the light guide in a direction having at least a curved surface section having a curved cross-sectional shape, and a curvature radius of a bottom rising from the surface of the light guide plate is larger than a curvature radius of the top section It is characterized by that.
  • the light emitted from the light source enters the light guide plate from the incident surface.
  • Light incident on the light guide plate is reflected and guided by the exit surface of the light guide plate and the surface facing the exit surface.
  • the light that reaches the prism through the light guide plate is diffused and reflected in the longitudinal direction of the incident surface.
  • the prism may be provided on the exit surface of the light guide plate or on the surface facing the exit surface. Further, the prism may project from the light guide plate or may be recessed.
  • the present invention is characterized in that the bottom of the prism is formed by a flat surface in the illumination device configured as described above.
  • the present invention is characterized in that, in the illumination device configured as described above, a cross-sectional shape of the prism is formed by an elliptical arc having a long axis perpendicular to the longitudinal direction.
  • the aspect ratio of the elliptical arc is set to 1.25 or more.
  • the prism is formed on the emission surface, and the first inclined surface that is inclined to the incident surface and faces the incident surface and arranged in parallel in the optical axis direction is disposed between the prisms. It is characterized by providing.
  • the prism and the first inclined surface are arranged adjacent to each other in the longitudinal direction of the incident surface on the exit surface of the light guide plate.
  • the light guide of the light guide plate has a larger traveling angle with respect to the optical axis direction due to the reflection on the first inclined surface, and the light incident on the emission surface is emitted at an incident angle smaller than the critical angle by repeating the reflection.
  • the light guide plate has a refractive index higher than that of the light guide unit adjacent to a light guide unit having the incident surface and the output surface, and a back surface of the light guide unit.
  • a small low-refractive-index layer and a second inclined surface that is formed on the surface opposite to the exit surface with respect to the low-refractive-index layer and faces the incident surface while being inclined are arranged in parallel in the optical axis direction. It has the condensing part.
  • the light incident on the light guide portion of the light guide plate is reflected and guided by the front exit surface and the back surface of the light guide portion.
  • Light incident on the back surface of the light guide unit at an incident angle smaller than the critical angle enters the low refractive index layer.
  • Light incident on the low refractive index layer and incident on the second inclined surface at an incident angle larger than the critical angle is reflected in the direction of the exit surface, passes through the light guide, and exits from the exit surface.
  • the light incident on the second inclined surface at an incident angle smaller than the critical angle is refracted by the second inclined surface when exiting from the condensing unit and reenters the condensing unit. And when the incident angle of a 2nd inclined surface becomes larger than a critical angle, it will reflect in the direction of an output surface.
  • the display device of the present invention is characterized by including the illumination device having the above-described configuration and a display panel disposed so as to face the emission surface of the light guide plate.
  • the prism that diffuses the light guide in the longitudinal direction of the incident surface has a curved surface section with a curved cross section at least at the top, and the curvature radius of the bottom rising from the surface of the light guide plate is larger than the curvature radius of the top. .
  • FIG. 1 is a side sectional view showing a display device according to the first embodiment.
  • the display device 1 includes a display panel 10 and a backlight 20 (illumination device).
  • the display panel 10 includes a liquid crystal display panel, and liquid crystal 14 is injected between an active matrix substrate 11 including switching elements such as TFTs and a counter substrate 12 facing the active matrix substrate 11.
  • a polarizing film 13 is disposed on each of the light receiving surface side of the active matrix substrate 11 and the light emitting surface side of the counter substrate 12.
  • FIG. 2 is a perspective view of the backlight 20.
  • the backlight 20 includes a light source 21, a light guide plate 30, a prism sheet 23, and a reflection sheet 24.
  • the light source 21 is composed of LEDs, and a plurality of light sources 21 are arranged in parallel in one direction (X direction).
  • the light guide plate 30 is formed in a rectangular shape in plan view using a transparent resin such as acrylic or polycarbonate.
  • the side surface of the light guide plate 30 faces the light source 21 to form an incident surface 30a on which light emitted from the light source 21 enters, and the front surface facing the display panel 10 forms an output surface 30b (see FIG. 1) that emits illumination light. To do.
  • the longitudinal direction of the incident surface 30a is referred to as X direction
  • the optical axis direction of the light source 21 orthogonal to the X direction is referred to as Y direction
  • the emission direction of the light guide plate 30 orthogonal to the X direction and Y direction is referred to as Z direction.
  • the prism sheet 23 is arranged facing the light exit surface 30b of the light guide plate 30, and a plurality of prisms 23a extending in the X direction and arranged in parallel in the Y direction are provided on the lower surface (the light guide plate 30 side).
  • the cross-sectional shape of the prism 23a is formed in a substantially isosceles triangle, and the directivity angle of the light emitted from the emission surface 30b is narrowed down to a direction (Y direction) orthogonal to the ridgeline. Thereby, the brightness
  • the reflection sheet 24 reflects the light emitted from the back surface of the light guide plate 30 and returns it to the light guide plate 30 to improve the light utilization efficiency.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the light guide plate 30.
  • flat portions 31 having a plane parallel to the XY plane and prisms 32 protruding from the flat portion 31 are alternately arranged in the X direction.
  • a plurality of prisms 32 are arranged side by side in the X direction and are formed in a kamaboko shape extending in the Y direction.
  • the flat portion 31 is formed flat in the X direction.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a cross section parallel to the incident surface 30 a of the light guide plate 30.
  • the prism 32 is formed such that the height H in the Z direction and the width W in the X direction from the flat portion 31 are set to predetermined values, and are arranged in parallel in the X direction at a pitch P.
  • the height H is about 10 ⁇ m
  • the width W is about 25 ⁇ m
  • the pitch P is about 40 ⁇ m. It is desirable to form the width W to be 50% or more of the pitch P.
  • the bottom 32b rising from the flat surface 31 of the prism 32 is formed by an inclined plane.
  • a curved surface portion 32c having a curved cross section having an arc shape is provided continuously to the bottom portion 32b.
  • the cross-sectional shape of the curved surface portion 32c is not limited to an arc, but may be an elliptical arc or other curved line.
  • the top part 32a of the prism 32 is formed by the curved surface part 32c. Since the curvature radius of the bottom part 32b becomes infinite, it is larger than the curvature radius of the top part 32a.
  • the height H of the prism 32 varies depending on the processing accuracy when forming the mold.
  • the inclination angle ⁇ (for example, 70 °) of the bottom portion 32b with respect to the flat portion 31 can be made constant with respect to the fluctuation of the height H.
  • the light emitted from the light source 21 enters the light guide plate 30 from the incident surface 30a.
  • Light incident on the light guide plate 30 is reflected and guided by the exit surface 30 b and the back surface of the light guide plate 30.
  • the light that has guided the light guide plate 30 and reached the prism 32 is diffused and reflected in the longitudinal direction (X direction) of the incident surface 30a.
  • the light guide of the light guide plate 30 is repeatedly reflected, and the light incident on the exit surface 30b is emitted at an incident angle smaller than the critical angle.
  • the illumination light is diffused in the optical axis direction (Y direction) and the longitudinal direction of the incident surface 30a (X direction) and emitted from the emission surface 30b.
  • the illumination light emitted from the light guide plate 30 is narrowed down in the direction (Y direction) with the directivity angle orthogonal to the ridge line by the prism sheet 23 and irradiates the display panel 10.
  • An image is displayed on the display panel 10 by transmitting the illumination light through a desired pixel of the display panel 10.
  • the prism 32 for diffusing the light guide in the longitudinal direction of the incident surface 30a has the curved surface portion 32c having a curved cross-sectional shape at the top portion 32a, and the bottom portion 32b rising from the flat portion 31 on the surface of the light guide plate 30. It is formed by a plane. Therefore, even if the height H of the prism 32 varies depending on the processing accuracy when the light guide plate 30 is formed, the inclination angle ⁇ of the bottom portion 32b of the prism 32 with respect to the flat portion 31 can be made constant. Therefore, the uniformity of the luminance of the illumination light emitted from the backlight 20 (illumination device) can be improved.
  • the pitch P and the width W of the prism 32 coincide with each other and the flat portion 31 is not provided, the height H and the pitch P of the prism 32 vary depending on the processing accuracy when the light guide plate 30 is formed. Even if this occurs, the inclination angle ⁇ of the bottom 32b of the prism 32 can be made constant.
  • the prism 32 may be provided on a surface facing the light exit surface 30 b of the light guide plate 30.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of a cross section parallel to the incident surface 30 a of the light guide plate 30.
  • the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the cross-sectional shape of the prism 32 is formed by an elliptical arc whose major axis direction is orthogonal to the flat portion 31 (X direction) continuously from the top portion 32a and the bottom portion 32b.
  • the top part 32a and the bottom part 32b of the prism 32 are formed by the curved surface part 32c, and the curvature radius of the bottom part 32b is larger than the curvature radius of the top part 32a.
  • the aspect ratio of the elliptical arc forming the cross-sectional shape of the prism 32 is 1.25 or more.
  • the height H of the prism 32 is 10 .mu.m and the inclination angle .alpha. Is 70.degree.
  • the aspect ratio is larger than 1.25, the fluctuation of the inclination angle .alpha. It can be within ⁇ 10 °.
  • the aspect ratio of the elliptical arc forming the cross-sectional shape of the prism 32 is 2.5 or more
  • the height H of the prism 32 is 10 ⁇ m and the inclination angle ⁇ is 70 °
  • the fluctuation of the height H is ⁇ 3 ⁇ m.
  • the variation of the inclination angle ⁇ can be made within about ⁇ 5 °.
  • the prism 32 that diffuses the light guide in the longitudinal direction of the incident surface 30a has the curved surface portion 32c having a curved cross-sectional shape at the top portion 32a, and the curvature radius of the bottom portion 32b rising from the flat portion 31 is that of the top portion 32a. It is larger than the radius of curvature.
  • the height H of the prism 32 varies depending on the processing accuracy when the light guide plate 30 is formed, the variation in the inclination angle ⁇ with respect to the flat portion 31 of the bottom portion 32b of the prism 32 can be reduced. Therefore, the uniformity of the luminance of the illumination light emitted from the backlight 20 (illumination device) can be improved.
  • the pitch P and the width W of the prism 32 coincide with each other and the flat portion 31 is not provided, the height H and the pitch P of the prism 32 vary depending on the processing accuracy when the light guide plate 30 is formed. Even if this occurs, the variation in the inclination angle ⁇ of the bottom 32b of the prism 32 can be reduced.
  • the prism 32 may be provided on a surface facing the light exit surface 30 b of the light guide plate 30.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the backlight 20 of the display device 1 of the third embodiment.
  • a prism 23 a is provided on the upper surface (display panel 10 (see FIG. 1) side) of the prism sheet 23.
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • the prism sheet 23 is arranged facing the light exit surface 30b (see FIG. 1) of the light guide plate 30, and a plurality of prisms 23a extend in the X direction and are arranged in parallel in the Y direction.
  • the cross-sectional shape of the prism 23a is formed in a substantially isosceles triangle, and the directivity angle of the light emitted from the emission surface 30b is narrowed down to a direction (Y direction) orthogonal to the ridgeline. Thereby, the brightness
  • the light guide plate 30 has the same prism 32 as in the first embodiment, and the bottom 32b (see FIG. 4) rising from the flat surface 31 of the prism 32 is formed by a flat surface.
  • a curved curved surface portion 32c (see FIG. 4) having a circular cross section is provided on the upper portion of the prism 32 continuously from the bottom portion 32b.
  • the cross-sectional shape of the curved surface portion 32c is not limited to an arc, but may be an elliptical arc or other curved line.
  • the top part 32a of the prism 32 is formed by the curved surface part 32c. Since the curvature radius of the bottom part 32b becomes infinite, it is larger than the curvature radius of the top part 32a.
  • the prism 32 for diffusing the light guide in the longitudinal direction of the incident surface 30 a has the curved surface portion 32 c having a curved cross-sectional shape at the top portion 32 a and rises from the flat portion 31.
  • 32b is formed by a plane.
  • the pitch P and the width W of the prism 32 coincide with each other and the flat portion 31 is not provided, the height H and the pitch P of the prism 32 vary depending on the processing accuracy when the light guide plate 30 is formed. Even if this occurs, the inclination angle ⁇ of the bottom 32b of the prism 32 can be made constant.
  • the cross-sectional shape of the prism 32 of the light guide plate 30 may be formed by an elliptical arc that is continuous with the top portion 32a and the bottom portion 32b and whose major axis direction is orthogonal to the flat portion 31 as in the second embodiment. Further, the prism 32 may be provided on the surface facing the light exit surface 30 b of the light guide plate 30.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the light guide plate 30 of the backlight 20 of the display device 1 according to the fourth embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the shape of the prism 32 of the light guide plate 30 is different from that of the first embodiment.
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • a flat portion 31 having a plane parallel to the XY plane and a prism 32 recessed with respect to the flat portion 31 are alternately arranged in the X direction on the emission surface 30b of the light guide plate 30.
  • a plurality of prisms 32 extend in the Y direction and are arranged in parallel in the X direction.
  • the flat portion 31 is formed flat in the X direction.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of a cross section parallel to the incident surface 30 a of the light guide plate 30.
  • the prism 32 is formed with a depth D in the Z direction and a width W in the X direction from the flat portion 31 at predetermined values, and is arranged in parallel in the X direction at a pitch P.
  • the bottom 32b rising from the flat surface 31 of the prism 32 is formed by a flat surface.
  • a curved curved surface portion 32c having a circular cross-sectional shape that is continuous with the bottom portion 32b is provided below the prism 32.
  • the cross-sectional shape of the curved surface portion 32c is not limited to an arc, but may be an elliptical arc or other curved line.
  • the top part 32a of the prism 32 is formed by the curved surface part 32c. Since the curvature radius of the bottom part 32b becomes infinite, it is larger than the curvature radius of the top part 32a.
  • the depth D of the prism 32 varies depending on the processing accuracy when forming the mold.
  • the inclination angle ⁇ (for example, 70 °) of the bottom portion 32b with respect to the flat portion 31 can be made constant with respect to the variation of the depth D.
  • the prism 32 for diffusing the light guide in the longitudinal direction of the incident surface 30 a has the curved surface portion 32 c having a curved cross-sectional shape at the top portion 32 a and rises from the flat portion 31.
  • 32b is formed by a plane.
  • the pitch P and the width W of the prism 32 coincide with each other and the flat portion 31 is not provided, the height H and the pitch P of the prism 32 vary depending on the processing accuracy when the light guide plate 30 is formed. Even if this occurs, the inclination angle ⁇ of the bottom 32b of the prism 32 can be made constant.
  • the cross-sectional shape of the prism 32 recessed on the light exit surface 30b of the light guide plate 30 is continuous with the top portion 32a and the bottom portion 32b and the major axis direction is orthogonal to the flat portion 31 as in the second embodiment. You may form by an elliptical arc.
  • the prism 32 may be provided on the surface facing the light exit surface 30 b of the light guide plate 30.
  • the prism 23a of the prism sheet 23 may be provided on the upper surface (the display panel 10 side).
  • FIGS. 9 and 10 are a perspective view and a side sectional view showing the light guide plate 30 of the backlight 20 of the display device 1 according to the fifth embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
  • the configuration of the light guide plate 30 is different from that of the first embodiment, and the prism sheet 23 (see FIG. 1) is omitted.
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • the light guide plate 30 has a light guide part 35, a low refractive index layer 36, and a light collecting part 37 stacked in the Z direction.
  • the light guide 35 is formed of a transparent resin such as acrylic or polycarbonate, and has an incident surface 30a and an output surface 30b, and guides light incident from the light source 21.
  • the refractive index n1 of the light guide 35 is preferably 1.42 or more, more preferably 1.59 to 1.65.
  • the refractive index n1 can be about 1.49.
  • the refractive index n1 can be about 1.59.
  • the light transmissivity can be further improved as compared with the case where the light guide part 35 is made of polycarbonate.
  • Flat portions 31 and prisms 32 are alternately provided in the X direction on the exit surface 30b of the light guide 35.
  • the flat portion 31 is provided with a plurality of prisms 33 extending in the X direction and arranged in parallel in the Y direction. Between the adjacent prisms 33, a horizontal plane 34 parallel to the XY plane is provided. The horizontal surface 34 may be omitted by forming the prism 33 continuously.
  • the flat portion 31 is formed flat in the X direction on the horizontal plane 34 and the prism 33.
  • the prism 33 has a vertical surface 33a perpendicular to the XY plane and an inclined surface 33b (first inclined surface) inclined in the YZ plane.
  • the inclined surface 33b is inclined in a direction facing the incident surface 30a, and has a predetermined inclination angle ⁇ with respect to a direction (Y direction) orthogonal to the incident surface 30a.
  • the inclination angle ⁇ is preferably an angle of 5 ° or less, more preferably an angle of 0.1 ° to 3 °.
  • the length of the inclined surface 33b in the Y direction is preferably 0.25 mm or less, and more preferably 0.01 mm to 0.10 mm.
  • the prism 32 is recessed with respect to the flat portion 31 as in the fourth embodiment.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view of a cross section parallel to the incident surface 30 a of the light guide plate 30.
  • the prism 32 is formed with a depth D in the Z direction and a width W in the X direction from the flat portion 31 at predetermined values, and is arranged in parallel in the X direction at a pitch P.
  • the bottom 32b rising from the flat surface 31 of the prism 32 is formed by a flat surface.
  • a curved curved surface portion 32c having a circular cross-sectional shape that is continuous with the bottom portion 32b is provided below the prism 32.
  • the cross-sectional shape of the curved surface portion 32c is not limited to an arc, but may be an elliptical arc or other curved line.
  • the top part 32a of the prism 32 is formed by the curved surface part 32c. Since the curvature radius of the bottom part 32b becomes infinite, it is larger than the curvature radius of the top part 32a.
  • the low refractive index layer 36 is adjacent to the back surface 35 a of the light guide 35 and has a lower refractive index than the light guide 35.
  • the low refractive index layer 36 is formed of a resin containing hollow particles such as a fluorine-based acrylate or a nano-sized inorganic filler.
  • the refractive index n2 of the low refractive index layer 36 is preferably less than 1.42, more preferably 1.10 to 1.35. Further, it is preferable that a relationship of n1 / n2> 1.18 is established between the refractive index n1 of the light guide 35 and the refractive index n2 of the low refractive index layer 36.
  • the refractive index n2 can be about 1.35.
  • the refractive index n2 can be made 1.30 or less.
  • the condensing part 37 is adjacent to the low refractive index layer 36 and has the same or larger refractive index than the low refractive index layer 36. Therefore, the condensing part 37 may be formed of the same member as the low refractive index layer 36.
  • a plurality of prisms 38 extending in the X direction and juxtaposed in the Y direction are provided on the back surface of the light collecting unit 37.
  • the prism 38 has a vertical surface 38a perpendicular to the XY plane and an inclined surface 38b (second inclined surface) inclined in the YZ plane.
  • the inclined surface 38b is inclined in a direction facing the incident surface 30a, and has a predetermined inclination angle ⁇ with respect to the Z direction.
  • the length of the inclined surface 38b in the Y direction is about 0.1 mm or less, preferably about 0.01 mm to about 0.025 mm.
  • the inclination angle ⁇ is the apex angle of the prism 38, and is preferably 40 ° to 50 °.
  • the vertical surface 38a may be formed inclined with respect to the Y direction. At this time, the apex angle of the prism 38 is preferably set to 40 ° to 50 °.
  • the light emitted from the light source 21 has the highest intensity in the front direction (Y direction) of the light source 21 and is approximately ⁇ in the X direction and the Z direction with respect to the front direction (Y direction). It has a 90 ° spread.
  • Light emitted from the light source 21 is refracted when entering the incident surface 30 a of the light guide 35. If the refraction angle at this time is ⁇ 0 and the critical angle between the light guide 35 and the air is ⁇ 1, ⁇ 0 ⁇ 1.
  • the light incident from the incident surface 30a of the light guide part 35 is reflected and guided between the exit surface 30b and the back surface 35a.
  • Light traveling from the incident surface 30a toward the exit surface 30b is incident on the horizontal surface 34 or the inclined surface 33b.
  • the incident angle of light incident on the horizontal plane 34 is 90 ° ⁇ 1 or more.
  • the incident angle ⁇ 1 of the incident light Q1 incident on the inclined surface 33b is 90 ° ⁇ 1- ⁇ or more.
  • the light Q3 reflected by the back surface 35a is incident on the exit surface 30a.
  • the incident angle of the light incident on the horizontal plane 34 is ⁇ 2
  • the incident angle ⁇ 3 of the light incident on the inclined surface 33b is 90 ° ⁇ 1 ⁇ 3 ⁇ ⁇ or more.
  • light incident on the emission surface 30b at an incident angle smaller than the critical angle ⁇ 1 is emitted from the emission surface 30b, and light incident at an incident angle larger than the critical angle ⁇ 1 is totally reflected.
  • the light Q4 reflected by the inclined surface 33b enters the back surface 35a at an incident angle ⁇ 4.
  • the incident angle ⁇ 4 is 90 ° ⁇ 1 ⁇ 4 ⁇ ⁇ or more.
  • the light incident on the back surface 35a with an incident angle smaller than the critical angle ⁇ 2 enters the low refractive index layer 36, and the light incident on the back surface 35a with an incident angle larger than the critical angle ⁇ 2 is totally reflected.
  • the light that is guided through the light guide portion 35 gradually decreases the incident angle of the exit surface 30b and the back surface 35a due to the reflection of the inclined surface 33b.
  • the incident angle at the interface between the light guide 35 and the low refractive index layer 36 decreases by 2 ⁇ ⁇ , and enters the low refractive index layer 36 when the incident angle becomes smaller than the critical angle ⁇ 2.
  • the range of incident angles of light incident on the low refractive index layer 36 from the light guide 35 is ⁇ 2 to ⁇ 2-2 ⁇ ⁇ .
  • the light incident on the low refractive index layer 36 passes through the low refractive index layer 36 and enters the light collecting portion 37.
  • the refractive index n3 of the light condensing part 37 is the same as or larger than the refractive index n2 of the low refractive index layer 36, total reflection at the interface between the low refractive index layer 36 and the light converging part 37 does not occur.
  • the light incident on the condensing unit 37 is incident on the inclined surface 38b of the prism 38 as shown in FIG.
  • Light incident on the inclined surface 38b at an incident angle larger than the critical angle ⁇ 3 between the light collecting portion 37 and air is totally reflected in the direction of the exit surface 30b.
  • the light incident on the inclined surface 38b at an incident angle smaller than the critical angle ⁇ 3 is refracted and emitted from the condensing unit 37, and is refracted and incident again from the vertical surface 38a to the condensing unit 37.
  • the light is refracted and the incident angle of the inclined surface 38b gradually increases, so that the light is totally reflected by the inclined surface 38b.
  • the light reflected by the inclined surface 38b is emitted from the emission surface 30b.
  • the directivity angle of the light emitted from the emission surface 30b can be narrowed down to the direction (Y direction) orthogonal to the ridgelines of the prisms 33 and 38. Therefore, the prism sheet 23 (see FIGS. 1 and 6) of the first and third embodiments can be omitted.
  • the light Q5 traveling from the incident surface 30a toward the back surface 35a of the light guide 35 is similarly reflected between the exit surface 30b and the back surface 35a and is incident on the low refractive index layer 36. . Then, the light is reflected by the inclined surface 38b of the prism 38 and is emitted from the emission surface 30b.
  • the prism 32 for diffusing the light guide in the longitudinal direction of the incident surface 30 a has the curved surface portion 32 c having a curved cross-sectional shape at the top portion 32 a and rises from the flat portion 31.
  • 32b is formed by a plane.
  • the prism 32 is formed on the exit surface 30b, and the inclined surface 33b (first inclined surface) that is inclined and faces the entrance surface 30a is provided between the prisms 32. Therefore, the light guide plate 30 is guided to the exit surface 30b. The incident angle of the light incident on the light beam can be gradually reduced, and the light guide can be diffused by the prism 32.
  • the light guide plate 30 includes a light guide portion 35, a low refractive index layer 36, and a light collecting portion 37, and an inclined surface 38b (second inclined surface) is provided on a surface opposite to the exit surface 30b with respect to the low refractive index layer 36. ), The directivity angle of the light emitted from the emission surface 30b can be narrowed down. Therefore, the prism sheet 23 (see FIG. 1) is not required, and the costs of the backlight 20 and the display device 1 can be reduced.
  • the cross-sectional shape of the prism 32 recessed on the light exit surface 30b of the light guide plate 30 is continuous with the top portion 32a and the bottom portion 32b and the major axis direction is orthogonal to the flat portion 31 as in the second embodiment. You may form by an elliptical arc. Further, as in the first and second embodiments, the prism 32 may be provided on the emission surface 30b.
  • the prism 33 may be provided at the interface between the light guide 35 and the low refractive index layer 36.
  • the flat portion 31 may be omitted by matching the pitch P and the width W of the prism 32.
  • the inclination angle ⁇ of the bottom 32b of the prism 32 can be made constant even if the height H and the pitch P of the prism 32 vary due to the processing accuracy when forming the light guide plate 30 in the mold. .
  • the backlight 20 may be used as a lighting fixture that illuminates indoors or outdoors.
  • the present invention can be used for a backlight device including a light guide plate, a lighting device such as a lighting fixture, and a display device such as a liquid crystal display device using the lighting device.

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Abstract

　一方向に並設される複数の光源２１と、光源２１に対向する入射面３０ａを側端面に有して入射面３０ａから入射した光を導光して前面に配される出射面３０ｂから照明光を出射する導光板３０とを備えた照明装置２０において、導光板３０が、光源２１の光軸方向Ｙに延びて入射面２０ａの長手方向Ｘに並設されるとともに長手方向Ｘに導光を拡散させる複数のプリズム３２を有し、プリズム３２は断面形状が曲線の曲面部３２ｃを少なくとも頂部３２ａに有するとともに、導光板３０の表面から立ち上がる底部３２ｂの曲率半径が頂部３２ａの曲率半径よりも大きい。

Description

照明装置及び表示装置
　本発明は、導光板を備えた照明装置及びそれを用いた表示装置に関する。
　液晶表示装置のバックライト等に用いられる従来の照明装置は特許文献１に開示されている。この照明装置は複数の光源と、光源から入射した光を導光して照明光を出射する導光板とを備えている。光源はＬＥＤから成り、一方向に並設される。
　導光板は平面視略矩形に形成された樹脂成形品から成り、光源に対向する入射面を側面に有して前面に照明光の出射面を有している。導光板の背面には入射面の長手方向に延びて入射面に面して傾斜する傾斜面が光源の光軸方向に複数並設される。
　導光板の前面の出射面には光源の光軸方向に延びる複数のプリズムが入射面の長手方向に並設される。プリズムは入射面の長手方向に所定のピッチで配され、各プリズム間には平面から成る平坦部が設けられる。また、プリズムは入射面の長手方向に平行な断面形状が円弧に形成される。
　光源から出射された光は入射面から導光板に入射する。導光板に入射した光は導光板の出射面及び背面で反射して光源の光軸方向に導光する。この時、導光板を導光してプリズムに到達した光は入射面の長手方向に拡散して反射される。導光板の導光は背面の傾斜面での反射によって出射面への入射角が小さくなるため、反射を繰り返して臨界角よりも小さい入射角で出射面に入射した光が出射される。これにより、照明光が光軸方向及び入射面の長手方向に拡散して出射面から出射される。
特開２００９－１２９７９２号公報（第７頁－第１３頁、第４図）
　導光板に形成されるプリズムは平坦部から立ち上がる底部の平坦部に対する傾斜角が光源の配置や導光板の形状に応じて最適になるように形成される。即ち、該傾斜角が小さくなると導光の拡散効果が低下するため、照明光には隣接する光源間に線状の輝度の高い輝線が生じる。また、該傾斜角が大きくなると導光の拡散効果が高くなる一方で、出射光の集光効果が高くなるため照明光には点状の高輝度部分が生じる。
　しかしながら、上記従来の照明装置によると、導光板の金型形成時の加工精度によってプリズムの平坦部からの高さにばらつきが生じる。プリズムが円弧状の断面形状を有するため、高さがばらつくと平坦部に対する底部の傾斜角が変動する。このため、プリズムの高さのばらつきによって照明光の輝度を均一にできない問題があった。
　尚、プリズムのピッチと幅とが一致して平坦部が設けられない場合も同様に、プリズムの高さ及びピッチのばらつきによってプリズムの底部の傾斜角が変動する。また、プリズムが出射面に凹設される場合も同様に、深さのばらつきによって照明光の輝度を均一にできない問題があった。
　本発明は、照明光の輝度の均一性を向上できる照明装置及びそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために本発明は、一方向に並設される複数の光源と、前記光源に対向する入射面を側端面に有して前記入射面から入射した光を導光して前面に配される出射面から照明光を出射する導光板とを備えた照明装置において、前記導光板が、前記光源の光軸方向に延びて前記入射面の長手方向に並設されるとともに前記長手方向に導光を拡散させる複数のプリズムを有し、前記プリズムは断面形状が曲線の曲面部を少なくとも頂部に有するとともに、前記導光板の表面から立ち上がる底部の曲率半径が頂部の曲率半径よりも大きいことを特徴としている。
　この構成によると、光源から出射された光は入射面から導光板に入射する。導光板に入射した光は導光板の出射面及び出射面に対向する面で反射して導光する。この時、導光板を導光してプリズムに到達した光は入射面の長手方向に拡散して反射される。導光板内での反射を繰り返すことによって出射面に臨界角よりも小さい入射角で入射した光は出射面から出射される。プリズムは導光板の出射面に設けてもよく出射面に対向する面に設けてもよい。また、プリズムは導光板に突設してもよく、凹設してもよい。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記プリズムの底部が平面により形成されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記プリズムの断面形状が前記長手方向に直交する長軸を有した楕円弧により形成されることを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記楕円弧のアスペクト比を１．２５以上にしたことを特徴としている。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記プリズムが前記出射面に形成され、前記入射面に傾斜して対面するとともに前記光軸方向に並設される第１傾斜面を前記プリズム間に設けたことを特徴としている。
　この構成によると、導光板の出射面上にプリズムと第１傾斜面とが入射面の長手方向に隣接して配される。導光板の導光は第１傾斜面での反射によって光軸方向に対する進行方向の角度が大きくなり、反射を繰り返して臨界角よりも小さい入射角で出射面に入射した光が出射される。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記導光板は、前記入射面及び前記出射面を有する導光部と、前記導光部の背面に隣接して前記導光部よりも屈折率の小さい低屈折率層と、前記低屈折率層に対して前記出射面と反対側の面に形成されるとともに前記入射面に傾斜して対面する第２傾斜面を前記光軸方向に並設した集光部とを有することを特徴としている。
　この構成によると、導光板の導光部に入射した光は導光部の前面の出射面及び背面で反射して導光する。導光部の背面に臨界角よりも小さい入射角で入射した光は低屈折率層に入射する。低屈折率層に入射して第２傾斜面に臨界角よりも大きい入射角で入射した光は出射面の方向に反射し、導光部を透過して出射面から出射される。第２傾斜面に臨界角よりも小さい入射角で入射した光は集光部から出射する際に第２傾斜面で屈折し、集光部に再入射する。そして、第２傾斜面の入射角が臨界角よりも大きくなると出射面の方向に反射する。
　また本発明の表示装置は、上記各構成の照明装置と、前記導光板の出射面に対向して配置される表示パネルとを備えたことを特徴としている。
　本発明によると、導光を入射面の長手方向に拡散させるプリズムは断面形状が曲線の曲面部を少なくとも頂部に有し、導光板の表面から立ち上がる底部の曲率半径が頂部の曲率半径よりも大きい。これにより、導光板の金型形成時の加工精度によってプリズムの高さまたは深さにばらつきが生じても、プリズムの底部の傾斜角の変動を小さくすることができる。従って、照明光の輝度の均一性を向上することができる。
本発明の第１実施形態の表示装置を示す側面断面図 本発明の第１実施形態の表示装置のバックライトを示す斜視図 本発明の第１実施形態の表示装置のバックライトの導光板を示す斜視図 本発明の第１実施形態の表示装置のバックライトの導光板の入射面に平行な断面を示す断面図 本発明の第２実施形態の表示装置のバックライトの導光板のの入射面に平行な断面を示す断面図 本発明の第３実施形態の表示装置のバックライトを示す斜視図 本発明の第４実施形態の表示装置のバックライトの導光板を示す斜視図 本発明の第４実施形態の表示装置のバックライトの導光板のプリズムを示す断面図 本発明の第５実施形態の表示装置のバックライトの導光板を示す斜視図 本発明の第５実施形態の表示装置のバックライトの導光板の入射面に垂直な断面を示す断面図 本発明の第５実施形態の表示装置のバックライトの導光板の入射面に平行な断面を示す断面図 本発明の第５実施形態の表示装置のバックライトの導光板の集光部の入射面に垂直な断面を示す断面図
　以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の表示装置を示す側面断面図である。表示装置１は表示パネル１０とバックライト２０（照明装置）とを備えている。表示パネル１０は液晶表示パネルから成り、ＴＦＴ等のスイッチング素子を含むアクティブマトリックス基板１１と、アクティブマトリックス基板１１に対向する対向基板１２との間に液晶１４が注入される。アクティブマトリックス基板１１の受光面側及び対向基板１２の出射面側にはそれぞれ偏光フィルム１３が配される。
　図２はバックライト２０の斜視図を示している。バックライト２０は光源２１、導光板３０、プリズムシート２３及び反射シート２４を備えている。光源２１はＬＥＤから成り、複数の光源２１が一方向（Ｘ方向）に並設される。
　導光板３０はアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂等によって平面視矩形に形成される。導光板３０の側面は光源２１に対向して光源２１の出射光が入射する入射面３０ａを形成し、表示パネル１０に対向する前面は照明光を出射する出射面３０ｂ（図１参照）を形成する。
　以下の説明において、入射面３０ａの長手方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する光源２１の光軸方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する導光板３０の出射方向をＺ方向という。
　プリズムシート２３は導光板３０の出射面３０ｂに面して配され、Ｘ方向に延びてＹ方向に並設される複数のプリズム２３ａが下面（導光板３０側）に設けられる。プリズム２３ａの断面形状は略二等辺三角形に形成され、出射面３０ｂから出射された光の指向角を稜線に直交する方向（Ｙ方向）に絞り込む。これにより、出射面３０ｂの正面の輝度を向上させることができる。
　反射シート２４は導光板３０の背面から出射される光を反射して導光板３０に戻し、光の利用効率を向上させることができる。
　図３は導光板３０の斜視図を示している。導光板３０の出射面３０ｂにはＸ－Ｙ面に平行な平面の平坦部３１と平坦部３１に対して突出するプリズム３２とがＸ方向に交互に配される。これにより、プリズム３２はＸ方向に複数並設され、Ｙ方向に延びたかまぼこ状に形成される。また、平坦部３１はＸ方向に平坦に形成される。
　図４は導光板３０の入射面３０ａに平行な断面の断面図を示している。プリズム３２は平坦部３１からのＺ方向の高さＨ及びＸ方向の幅Ｗが所定値に形成され、ピッチＰでＸ方向に並設される。例えば、高さＨが約１０μｍ、幅Ｗが約２５μｍ、ピッチＰが約４０μｍに形成される。幅ＷをピッチＰの５０％以上に形成すると望ましい。
　プリズム３２の平坦面３１から立ち上がる底部３２ｂは傾斜した平面により形成される。プリズム３２の上部には底部３２ｂに連続して断面形状が円弧から成る曲線の曲面部３２ｃが設けられる。曲面部３２ｃの断面形状は円弧に限らず、楕円弧その他の曲線により形成してもよい。これにより、プリズム３２の頂部３２ａが曲面の曲面部３２ｃにより形成される。底部３２ｂの曲率半径は無限大となるため、頂部３２ａの曲率半径よりも大きくなっている。
　導光板３０は樹脂成形品により形成されるため金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨにばらつきが生じる。この時、プリズム３２の底部３２ｂが平面により形成されるため、平坦部３１に対する底部３２ｂの傾斜角α（例えば、７０゜）を高さＨの変動に対して一定にすることができる。
　上記構成の表示装置１において、光源２１から出射された光は入射面３０ａから導光板３０に入射する。導光板３０に入射した光は導光板３０の出射面３０ｂ及び背面で反射して導光する。この時、導光板３０を導光してプリズム３２に到達した光は入射面３０ａの長手方向（Ｘ方向）に拡散して反射される。導光板３０の導光は反射を繰り返して臨界角よりも小さい入射角で出射面３０ｂに入射した光が出射される。これにより、照明光が光軸方向（Ｙ方向）及び入射面３０ａの長手方向（Ｘ方向）に拡散して出射面３０ｂから出射される。
　導光板３０から出射された照明光はプリズムシート２３によって指向角を稜線に直交する方向（Ｙ方向）に絞り込まれ、表示パネル１０を照射する。表示パネル１０の所望の画素を照明光が透過することによって表示パネル１０上に画像が表示される。
　本実施形態によると、導光を入射面３０ａの長手方向に拡散させるプリズム３２は断面形状が曲線の曲面部３２ｃを頂部３２ａに有し、導光板３０の表面の平坦部３１から立ち上がる底部３２ｂが平面により形成される。これにより、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの平坦部３１に対する傾斜角αを一定にすることができる。従って、バックライト２０（照明装置）から出射される照明光の輝度の均一性を向上することができる。
　また、プリズム３２のピッチＰと幅Ｗとが一致して平坦部３１が設けられない場合も同様に、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨ及びピッチＰにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの傾斜角αを一定にすることができる。
　尚、プリズム３２を導光板３０の出射面３０ｂに対向する面に設けてもよい。
　次に、第２実施形態の表示装置１について説明する。本実施形態は導光板３０のプリズムの断面形状が第１実施形態と異なり、その他の部分は第１実施形態と同様である。図５は導光板３０の入射面３０ａに平行な断面の断面図を示している。説明の便宜上、前述の図１～図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。
　プリズム３２の断面形状は頂部３２ａ及び底部３２ｂに連続して長軸方向が平坦部３１（Ｘ方向）に直交した楕円弧により形成される。これにより、プリズム３２の頂部３２ａ及び底部３２ｂが曲面の曲面部３２ｃにより形成され、底部３２ｂの曲率半径が頂部３２ａの曲率半径よりも大きくなっている。
　従って、導光３０板の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨにばらつきが生じても、平坦部３１に対する底部３２ｂの傾斜角α（例えば、７０゜）の変動を小さくすることができる。
　尚、プリズム３２の断面形状を形成する楕円弧のアスペクト比を１．２５以上にするとより望ましい。例えば、プリズム３２の高さＨを１０μｍ、傾斜角αを７０゜とした際にアスペクト比が１．２５よりも大きいと、高さＨの±３μｍの変動に対して傾斜角αの変動を約±１０゜以内にすることができる。
　また、プリズム３２の断面形状を形成する楕円弧のアスペクト比を２．５以上にすると、プリズム３２の高さＨを１０μｍ、傾斜角αを７０゜とした際に、高さＨの±３μｍの変動に対して傾斜角αの変動を約±５゜以内にすることができる。
　本実施形態によると、導光を入射面３０ａの長手方向に拡散させるプリズム３２は断面形状が曲線の曲面部３２ｃを頂部３２ａに有し、平坦部３１から立ち上がる底部３２ｂの曲率半径が頂部３２ａの曲率半径よりも大きい。これにより、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの平坦部３１に対する傾斜角αの変動を小さくすることができる。従って、バックライト２０（照明装置）から出射される照明光の輝度の均一性を向上することができる。
　また、プリズム３２のピッチＰと幅Ｗとが一致して平坦部３１が設けられない場合も同様に、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨ及びピッチＰにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの傾斜角αの変動を小さくすることができる。
　尚、プリズム３２を導光板３０の出射面３０ｂに対向する面に設けてもよい。
　次に、図６は第３実施形態の表示装置１のバックライト２０を示す斜視図である。説明の便宜上、前述の図１～図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態はプリズムシート２３の上面（表示パネル１０（図１参照）側）にプリズム２３ａが設けられる。その他の部分は第１実施形態と同様である。
　プリズムシート２３は導光板３０の出射面３０ｂ（図１参照）に面して配され、複数のプリズム２３ａがＸ方向に延びてＹ方向に並設される。プリズム２３ａの断面形状は略二等辺三角形に形成され、出射面３０ｂから出射された光の指向角を稜線に直交する方向（Ｙ方向）に絞り込む。これにより、出射面３０ｂの正面の輝度を向上させることができる。
　導光板３０は第１実施形態と同様のプリズム３２を有し、プリズム３２の平坦面３１から立ち上がる底部３２ｂ（図４参照）は平面により形成される。プリズム３２の上部には底部３２ｂに連続して断面形状が円弧から成る曲線の曲面部３２ｃ（図４参照）が設けられる。曲面部３２ｃの断面形状は円弧に限らず、楕円弧その他の曲線により形成してもよい。これにより、プリズム３２の頂部３２ａが曲面の曲面部３２ｃにより形成される。底部３２ｂの曲率半径は無限大となるため、頂部３２ａの曲率半径よりも大きくなっている。
　本実施形態によると、第１実施形態と同様に、導光を入射面３０ａの長手方向に拡散させるプリズム３２は断面形状が曲線の曲面部３２ｃを頂部３２ａに有し、平坦部３１から立ち上がる底部３２ｂが平面により形成される。これにより、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの平坦部３１に対する傾斜角αを一定にすることができる。従って、バックライト２０（照明装置）から出射される照明光の輝度の均一性を向上することができる。
　また、プリズム３２のピッチＰと幅Ｗとが一致して平坦部３１が設けられない場合も同様に、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨ及びピッチＰにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの傾斜角αを一定にすることができる。
　本実施形態において、導光板３０のプリズム３２の断面形状を第２実施形態と同様に、頂部３２ａ及び底部３２ｂに連続して長軸方向が平坦部３１に直交した楕円弧により形成してもよい。また、プリズム３２を導光板３０の出射面３０ｂに対向する面に設けてもよい。
　次に、図７は第４実施形態の表示装置１のバックライト２０の導光板３０を示す斜視図である。説明の便宜上、前述の図１～図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は導光板３０のプリズム３２の形状が第１実施形態と異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
　導光板３０の出射面３０ｂにはＸ－Ｙ面に平行な平面の平坦部３１と平坦部３１に対して凹むプリズム３２とがＸ方向に交互に配される。これにより、プリズム３２はＹ方向に延び、Ｘ方向に複数並設される。また、平坦部３１はＸ方向に平坦に形成される。
　図８は導光板３０の入射面３０ａに平行な断面の断面図を示している。プリズム３２は平坦部３１からのＺ方向の深さＤ及びＸ方向の幅Ｗが所定値に形成され、ピッチＰでＸ方向に並設される。
　プリズム３２の平坦面３１から立ち上がる底部３２ｂは平面により形成される。プリズム３２の下部には底部３２ｂに連続して断面形状が円弧から成る曲線の曲面部３２ｃが設けられる。曲面部３２ｃの断面形状は円弧に限らず、楕円弧その他の曲線により形成してもよい。これにより、プリズム３２の頂部３２ａが曲面の曲面部３２ｃにより形成される。底部３２ｂの曲率半径は無限大となるため、頂部３２ａの曲率半径よりも大きくなっている。
　導光板３０は樹脂成形品により形成されるため金型形成時の加工精度によってプリズム３２の深さＤにばらつきが生じる。この時、プリズム３２の底部３２ｂが平面により形成されるため平坦部３１に対する底部３２ｂの傾斜角α（例えば、７０゜）を深さＤの変動に対して一定にすることができる。
　本実施形態によると、第１実施形態と同様に、導光を入射面３０ａの長手方向に拡散させるプリズム３２は断面形状が曲線の曲面部３２ｃを頂部３２ａに有し、平坦部３１から立ち上がる底部３２ｂが平面により形成される。これにより、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の深さＤにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの平坦部３１に対する傾斜角αを一定にすることができる。従って、バックライト２０（照明装置）から出射される照明光の輝度の均一性を向上することができる。
　また、プリズム３２のピッチＰと幅Ｗとが一致して平坦部３１が設けられない場合も同様に、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨ及びピッチＰにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの傾斜角αを一定にすることができる。
　本実施形態において、導光板３０の出射面３０ｂに凹設されるプリズム３２の断面形状を第２実施形態と同様に、頂部３２ａ及び底部３２ｂに連続して長軸方向が平坦部３１に直交した楕円弧により形成してもよい。また、プリズム３２を導光板３０の出射面３０ｂに対向する面に設けてもよい。また、第３実施形態と同様に、プリズムシート２３のプリズム２３ａを上面（表示パネル１０側）に設けてもよい。
　次に、図９、図１０は第５実施形態の表示装置１のバックライト２０の導光板３０を示す斜視図及び側面断面図である。説明の便宜上、前述の図１～図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は導光板３０の構成が第１実施形態と異なり、プリズムシート２３（図１参照）が省かれている。その他の部分は第１実施形態と同様である。
　導光板３０はＺ方向に積層された導光部３５、低屈折率層３６及び集光部３７を有している。導光部３５はアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂等により形成され、入射面３０ａ及び出射面３０ｂを有して光源２１から入射した光を導光する。
　導光部３５の屈折率ｎ１は、１．４２以上であるのが好ましく、１．５９～１．６５であればより好ましい。導光部３５をアクリルにより形成すると、屈折率ｎ１を約１．４９にすることができる。また、導光部３５をポリカーボネートにより形成すると、屈折率ｎ１を約１．５９にすることができる。導光部３５をアクリルにより形成するとポリカーボネートにより形成した場合に比して透光性をより向上させることができる。
　導光部３５の出射面３０ｂには平坦部３１とプリズム３２とがＸ方向に交互に設けられる。平坦部３１にはＸ方向に延びてＹ方向に並設される複数のプリズム３３が設けられる。隣接するプリズム３３間にはＸ－Ｙ面に平行な水平面３４が設けられる。プリズム３３を連続して形成して水平面３４を省いてもよい。尚、平坦部３１は水平面３４上及びプリズム３３上でＸ方向に平坦に形成される。
　プリズム３３はＸ－Ｙ面に垂直な垂直面３３ａとＹ－Ｚ面内で傾斜した傾斜面３３ｂ（第１傾斜面）とを有している。傾斜面３３ｂは入射面３０ａに対向する方向に傾斜し、入射面３０ａに直交する方向（Ｙ方向）に対して所定の傾斜角βを有する。傾斜角βは５°以下の角度であるのが好ましく、０．１°～３°の角度であればより好ましい。また、傾斜面３３ｂのＹ方向の長さは０．２５ｍｍ以下であるのが好ましく、０．０１ｍｍ～０．１０ｍｍであればより好ましい。
　プリズム３２は第４実施形態と同様に平坦部３１に対して凹設される。図１１は導光板３０の入射面３０ａに平行な断面の断面図を示している。プリズム３２は平坦部３１からのＺ方向の深さＤ及びＸ方向の幅Ｗが所定値に形成され、ピッチＰでＸ方向に並設される。
　プリズム３２の平坦面３１から立ち上がる底部３２ｂは平面により形成される。プリズム３２の下部には底部３２ｂに連続して断面形状が円弧から成る曲線の曲面部３２ｃが設けられる。曲面部３２ｃの断面形状は円弧に限らず、楕円弧その他の曲線により形成してもよい。これにより、プリズム３２の頂部３２ａが曲面の曲面部３２ｃにより形成される。底部３２ｂの曲率半径は無限大となるため、頂部３２ａの曲率半径よりも大きくなっている。
　図９、図１０において、低屈折率層３６は導光部３５の背面３５ａに隣接し、導光部３５よりも低い屈折率を有している。低屈折率層３６はフッ素系のアクリレートや、ナノサイズの無機フィラー等の中空粒子が含有された樹脂等により形成される。低屈折率層３６の屈折率ｎ２は、１．４２未満であるのが好ましく、１．１０～１．３５であればより好ましい。また、導光部３５の屈折率ｎ１と低屈折率層３６の屈折率ｎ２との間には、ｎ１／ｎ２＞１．１８の関係が成り立つことが好ましい。
　低屈折率層３６をフッ素系のアクリレートにより形成すると、屈折率ｎ２を約１．３５にすることができる。低屈折率層３６を中空粒子を含有した樹脂により形成すると、屈折率ｎ２を１．３０以下にすることができる。
　集光部３７は低屈折率層３６に隣接し、低屈折率層３６に対して同じまたは大きい屈折率を有している。従って、集光部３７を低屈折率層３６と同一部材により形成してもよい。
　集光部３７の背面にはＸ方向に延びてＹ方向に並設される複数のプリズム３８が設けられる。プリズム３８は図１２に示すようにＸ－Ｙ面に垂直な垂直面３８ａとＹ－Ｚ面内で傾斜した傾斜面３８ｂ（第２傾斜面）とを有している。傾斜面３８ｂは入射面３０ａに対向する方向に傾斜し、Ｚ方向に対して所定の傾斜角γを有する。
　傾斜面３８ｂのＹ方向の長さは約０．１ｍｍ以下であり、約０．０１ｍｍ～約０．０２５ｍｍであることが好ましい。傾斜角γはプリズム３８の頂角となり、４０゜～５０゜であるのが好ましい。尚、垂直面３８ａをＹ方向に対して傾斜して形成してもよい。この時、プリズム３８の頂角を４０゜～５０゜にするとよい。
　上記構成の表示装置１において、光源２１から出射された光は光源２１の正面方向（Ｙ方向）に最も高い強度を有し、正面方向（Ｙ方向）に対してＸ方向及びＺ方向に約±９０°の広がりを有する。光源２１の出射光は導光部３５の入射面３０ａに入射する際に屈折する。この時の屈折角をθ０とし、導光部３５と空気との臨界角をφ１とすると、θ０＜φ１となる。φ１はａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）であり、例えば、ｎ１＝１．５９とすると、φ１＝３９゜である。即ち、入射面３０ａから入射した光のＹ方向に対するＸ方向及びＺ方向の広がり角が±φ１になる。
　導光部３５の入射面３０ａから入射した光は出射面３０ｂと背面３５ａとの間で反射して導光する。入射面３０ａから出射面３０ｂに向かう光は水平面３４または傾斜面３３ｂに入射する。水平面３４に入射する光の入射角は９０°－φ１以上である。傾斜面３３ｂに入射する入射する光Ｑ１の入射角θ１は９０°－φ１－β以上である。
　この時、出射面３０ｂに臨界角φ１よりも小さい入射角で入射した光が出射面３０ｂから出射され、臨界角φ１よりも大きい入射角で入射した光は全反射する。傾斜面３３ｂで反射した光Ｑ２は背面３５ａに入射角θ２で入射する。入射角θ２は９０°－φ１－２・β以上である。この時、導光部３５と低屈折率層３６との臨界角φ２よりも小さい入射角で背面３５ａに入射した光は低屈折率層３６に入射する。また、臨界角φ２よりも大きい入射角で背面３５ａに入射した光は全反射する。臨界角φ２＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）であり、例えば、ｎ１＝１．５９、ｎ２＝１．３５とすると、φ２＝５８゜である。
　背面３５ａで反射した光Ｑ３は出射面３０ａに入射する。この時、水平面３４に入射する光の入射角はθ２であり、傾斜面３３ｂに入射する光の入射角θ３は９０°－φ１－３・β以上である。上記と同様に、出射面３０ｂに臨界角φ１よりも小さい入射角で入射した光が出射面３０ｂから出射され、臨界角φ１よりも大きい入射角で入射した光は全反射する。
　この時、傾斜面３３ｂで反射した光Ｑ４は背面３５ａに入射角θ４で入射する。入射角θ４は９０°－φ１－４・β以上である。そして、臨界角φ２よりも小さい入射角で背面３５ａに入射した光は低屈折率層３６に入射し、臨界角φ２よりも大きい入射角で背面３５ａに入射した光は全反射する。
　即ち、導光部３５を導光する光は傾斜面３３ｂの反射によって出射面３０ｂ及び背面３５ａの入射角が徐々に小さくなる。そして、導光部３５と低屈折率層３６との界面の入射角は２・βづつ小さくなり、臨界角φ２よりも小さくなると低屈折率層３６に入射する。このため、導光部３５から低屈折率層３６に入射する光の入射角の範囲はφ２～φ２－２・βになる。
　低屈折率層３６に入射した光は低屈折率層３６を透過し、集光部３７に入射する。この時、集光部３７の屈折率ｎ３は低屈折率層３６の屈折率ｎ２に対して同じまたは大きいので、低屈折率層３６と集光部３７との界面での全反射は生じない。
　集光部３７に入射した光は図１２に示すように、プリズム３８の傾斜面３８ｂに入射する。傾斜面３８ｂに集光部３７と空気との臨界角φ３よりも大きい入射角で入射した光は出射面３０ｂの方向に全反射する。臨界角φ３＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ３）である。例えば、ｎ１＝ｎ３＝１．５９とすると、φ３＝３９゜であり、ｎ１＝１．５９、ｎ２＝ｎ３＝１．３５とすると、φ３＝４８゜である。
　傾斜面３８ｂに臨界角φ３よりも小さい入射角で入射した光は集光部３７から屈折して出射され、垂直面３８ａから集光部３７に屈折して再度入射する。これにより、集光部３７に対して出射と入射を繰り返すと、光が屈折して傾斜面３８ｂの入射角が徐々に大きくなるため傾斜面３８ｂで全反射する。
　傾斜面３８ｂで反射した光は出射面３０ｂから出射される。これにより、出射面３０ｂから出射された光の指向角をプリズム３３、３８の稜線に直交する方向（Ｙ方向）に絞り込むことができる。従って、第１、第３実施形態のプリズムシート２３（図１、図６参照）を省くことができる。
　また、図１０において、入射面３０ａから導光部３５の背面３５ａに向かって進行する光Ｑ５も同様に、出射面３０ｂと背面３５ａとの間で反射を繰り返して低屈折率層３６に入射する。そして、プリズム３８の傾斜面３８ｂで反射して出射面３０ｂから出射される。
　本実施形態によると、第１実施形態と同様に、導光を入射面３０ａの長手方向に拡散させるプリズム３２は断面形状が曲線の曲面部３２ｃを頂部３２ａに有し、平坦部３１から立ち上がる底部３２ｂが平面により形成される。これにより、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の深さＤにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの平坦部３１に対する傾斜角αを一定にすることができる。従って、バックライト２０（照明装置）から出射される照明光の輝度の均一性を向上することができる。
　また、プリズム３２を出射面３０ｂに形成し、入射面３０ａに傾斜して対面する傾斜面３３ｂ（第１傾斜面）をプリズム３２間に設けたので、導光板３０を導光して出射面３０ｂに入射する光の入射角を徐々に小さくするとともに、プリズム３２で導光を拡散させることができる。
　また、導光板３０が導光部３５、低屈折率層３６及び集光部３７を有し、低屈折率層３６に対して出射面３０ｂと反対側の面に傾斜面３８ｂ（第２傾斜面）を設けたので、出射面３０ｂから出射された光の指向角を絞り込むことができる。従って、プリズムシート２３（図１参照）を必要とせず、バックライト２０及び表示装置１のコストを削減することができる。
　本実施形態において、導光板３０の出射面３０ｂに凹設されるプリズム３２の断面形状を第２実施形態と同様に、頂部３２ａ及び底部３２ｂに連続して長軸方向が平坦部３１に直交した楕円弧により形成してもよい。また、第１、第２実施形態と同様に、プリズム３２を出射面３０ｂに突設してもよい。
　また、プリズム３３を導光部３５と低屈折率層３６との界面に設けてもよい。この時、プリズム３２のピッチＰと幅Ｗとを一致させて平坦部３１を省いてもよい。この場合も同様に、導光板３０の金型形成時の加工精度によってプリズム３２の高さＨ及びピッチＰにばらつきが生じても、プリズム３２の底部３２ｂの傾斜角αを一定にすることができる。
　また、第１～第５実施形態において、バックライト２０を屋内や屋外を照明する照明器具として用いてもよい。
　本発明によると、導光板を備えたバックライトや照明器具等の照明装置及び照明装置を用いた液晶表示装置等の表示装置に利用することができる。
　　　１　　表示装置
　　１０　　表示パネル
　　１１　　アクティブマトリックス基板
　　１２　　対向基板
　　１３　　偏光フィルム
　　２０　　バックライト（照明装置）
　　２１　　光源
　　２３　　プリズムシート
　　２４　　反射シート
　　３０　　導光板
　　３０ａ　入射面
　　３０ｂ　出射面
　　３１　　平坦部
　　３２　　プリズム
　　３２ａ　頂部
　　３２ｂ　底部
　　３３、３８　プリズム
　　３３ａ、３８ａ　垂直面
　　３３ｂ、３８ｂ　傾斜面
　　３４　　水平面
　　３５　　導光部
　　３６　　低屈折率層
　　３７　　集光部

Claims (7)

  1. 　一方向に並設される複数の光源と、前記光源に対向する入射面を側端面に有して前記入射面から入射した光を導光して前面に配される出射面から照明光を出射する導光板とを備えた照明装置において、前記導光板が、前記光源の光軸方向に延びて前記入射面の長手方向に並設されるとともに前記長手方向に導光を拡散させる複数のプリズムを有し、前記プリズムは断面形状が曲線の曲面部を少なくとも頂部に有するとともに、前記導光板の表面から立ち上がる底部の曲率半径が頂部の曲率半径よりも大きいことを特徴とする照明装置。
  2. 　前記プリズムの底部が平面により形成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記プリズムの断面形状が前記長手方向に直交する長軸を有した楕円弧により形成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  4. 　前記楕円弧のアスペクト比を１．２５以上にしたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  5. 　前記プリズムが前記出射面に形成され、前記入射面に傾斜して対面するとともに前記光軸方向に並設される第１傾斜面を前記プリズム間に設けたことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  6. 　前記導光板は、前記入射面及び前記出射面を有する導光部と、前記導光部の背面に隣接して前記導光部よりも屈折率の小さい低屈折率層と、前記低屈折率層に対して前記出射面と反対側の面に形成されるとともに前記入射面に傾斜して対面する第２傾斜面を前記光軸方向に並設した集光部とを有することを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
  7. 　請求項１～請求項６のいずれかに記載の照明装置と、前記導光板の出射面に対向して配置される表示パネルとを備えたことを特徴とする表示装置。
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