WO2013008569A1 - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

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WO2013008569A1
WO2013008569A1 PCT/JP2012/064877 JP2012064877W WO2013008569A1 WO 2013008569 A1 WO2013008569 A1 WO 2013008569A1 JP 2012064877 W JP2012064877 W JP 2012064877W WO 2013008569 A1 WO2013008569 A1 WO 2013008569A1
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light
light guide
incident
guide plate
prism
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PCT/JP2012/064877
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壮史 石田
龍三 結城
佳嗣 川東
一郎 梅川
秀悟 八木
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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
    • 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
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    • 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
    • G02B6/0038—Linear indentations or grooves, e.g. arc-shaped grooves or meandering grooves, extending over the full length or width of the light guide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/10—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes comprising a linear array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • 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
    • G02B6/005—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.
  • Patent Document 1 A conventional display device such as a liquid crystal display device is disclosed in Patent Document 1.
  • This display device includes an illumination device that forms a backlight and a display panel, and an image is displayed by irradiating the display panel with illumination light emitted from the illumination device.
  • the lighting device includes a light guide plate that guides light incident from a light source and emits illumination light.
  • the light guide plate is made of a resin molded product having a substantially rectangular shape in plan view, the front and back surfaces of which are formed in a plane.
  • the light guide plate has an incident surface facing the light source on the peripheral surface, and an exit surface for illumination light is formed on the front surface.
  • the light guide plate is supported with its peripheral surface covered by a light-shielding frame formed of an opaque resin or the like.
  • a reflective sheet is disposed below the light guide plate so as to face the back surface of the light guide plate, and two prism sheets are disposed above the light exit surface of the light guide plate so as to face the light exit surface.
  • the reflection sheet reflects light leaking from the back surface of the light guide plate and returns it to the light guide plate.
  • a plurality of prisms extending in the optical axis direction of the light source are arranged in parallel in the longitudinal direction of the incident surface on the upper surface of one prism sheet.
  • On the upper surface of the other prism sheet a plurality of prisms extending in the longitudinal direction of the incident surface are arranged in parallel in the optical axis direction of the light source.
  • the prism sheet narrows the light emitted from the exit surface of the light guide plate in a direction orthogonal to the ridge line of the prism. For this reason, illumination light can be narrowed down in the direction orthogonal to the exit surface by the two prism sheets whose ridge lines are orthogonal to each other, and the brightness in front of the exit surface can be improved.
  • 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 guide of the light guide plate repeats reflection, and light incident on the exit surface is emitted at an incident angle smaller than the critical angle.
  • the light emitted from the light guide plate is narrowed down in the direction perpendicular to the emission surface by the two prism sheets to illuminate the display panel.
  • the prism is formed on the upper surface of the prism sheet, light emitted in a direction substantially orthogonal to the exit surface of the light guide plate in the cross section orthogonal to the ridge line is reflected by both slopes of the prism. Returned to the light guide plate. For this reason, light is multiple-reflected between the reflection sheet and the prism sheet, and the amount of light emitted from the peripheral surface of the light guide plate increases.
  • the light passing through the lower prism sheet is narrowed in a direction substantially orthogonal to the emission surface.
  • the light that has passed through the lower prism sheet is easily reflected by both slopes of the prism of the upper prism sheet, and more light is emitted from the peripheral surface of the light guide plate.
  • the frame is formed of, for example, white resin
  • the light emitted from the peripheral surface of the light guide plate is reflected by the frame and returned to the light guide plate to guide the light.
  • the frame is made thin for narrowing the frame, light emitted from the peripheral surface of the light guide plate passes through the frame and light leakage occurs.
  • the frame is made of, for example, black resin
  • the light emitted from the peripheral surface of the light guide plate is absorbed by the frame, so that the frame can be thinned.
  • the luminance of the illumination light decreases near the frame. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the illumination device and the display device by narrowing the frame.
  • An object of the present invention is to provide an illumination device that can be reduced in size by narrowing the frame and a display device using the same.
  • the present invention has a light source and an incident surface facing the light source at a side end surface, and guides light incident from the incident surface to emit illumination light from an exit surface arranged on the front surface.
  • a lighting device including a light guide plate that emits light and a frame-like frame that covers a peripheral surface of the light guide plate
  • the light guide plate has the incident surface and the light emission surface and faces the incident surface while being inclined.
  • a light guide unit including first prisms including a first inclined surface arranged in parallel in the optical axis direction of the light source; and a low refractive index layer having a refractive index smaller than that of the light guide unit adjacent to the back surface of the light guide unit.
  • a second prism formed on a surface opposite to the exit surface with respect to the low refractive index layer and including a second inclined surface inclined to the incident surface and facing the incident surface.
  • the frame is formed of a light absorbing material. It is set to.
  • the light emitted from the light source enters the light guide portion of the light guide plate from the incident surface.
  • the light incident on the light guide unit is reflected and guided by the front exit surface and the back surface.
  • the incident angles on the exit surface and the back surface gradually increase due to reflection on the first inclined surface.
  • 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 reflected by the first inclined surface and having an incident angle smaller than the critical angle is incident on the low refractive index layer, and light larger than the critical angle is reflected again by the first inclined surface and the incident angle becomes smaller.
  • the light When the angle is smaller than the critical angle, the light enters the low refractive index layer. Thereby, the incident angle of the light incident on the low refractive index layer is reduced to a predetermined range according to the inclination angle of the first inclined surface.
  • 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. Further, 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.
  • the present invention also includes a light source, a light guide plate that has an incident surface facing the light source at a side end surface, guides light incident from the incident surface, and emits illumination light from an exit surface disposed on the front surface;
  • a lighting device including a prism sheet disposed to face the emission surface and a frame-like frame that covers a peripheral surface of the light guide plate, the light guide plate is inclined to the incident surface and faces the first inclination.
  • a first prism including a surface is juxtaposed in the optical axis direction of the light source, and a second prism in which the prism sheet faces the light guide plate and extends in the longitudinal direction of the incident surface is juxtaposed in the optical axis direction
  • the frame is formed of a light absorbing material.
  • 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 and the back surface.
  • incident angles on the exit surface and the back surface are increased by reflection on the first inclined surface.
  • Light incident on the emission surface at an incident angle smaller than the critical angle is emitted from the emission surface.
  • the light reflected by the first inclined surface and having an incident angle smaller than the critical angle is emitted from the emitting surface, and the light larger than the critical angle is reflected again by the first inclined surface and the incident angle becomes the critical angle. If smaller than, it will radiate
  • the incident angle of the light emitted from the emission surface is reduced to a predetermined range according to the inclination angle of the first inclined surface.
  • the light emitted from the emission surface is refracted and incident from one inclined surface of the second prism provided on the lower surface of the prism sheet, reflected by the other inclined surface, and emitted in a direction substantially orthogonal to the emission surface. Further, light emitted from the peripheral surface after being guided through the light guide plate is absorbed by a frame made of a light absorbing material.
  • the frame is formed of a black resin.
  • a reflective sheet is provided to face the back surface of the light guide plate. According to this configuration, the light emitted from the back surface of the light guide plate is reflected by the reflection sheet and returned to the light guide plate.
  • a plurality of the light sources are arranged in the longitudinal direction of the incident surface, and the third prism extends in the optical axis direction and is arranged in the longitudinal direction of the incident surface. It is provided on the light guide plate. According to this configuration, light emitted from a plurality of light sources arranged in parallel in the longitudinal direction of the incident surface enters the light guide plate from the incident surface. Light that reaches the third prism after being guided through the light guide plate is diffused and reflected in the longitudinal direction of the incident 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 frame covering the peripheral surface of the light guide plate is made of a light absorbing material
  • the light guide plate has the first prism including the first inclined surface, the light guide portion having the first refractive surface, the low refractive index layer, and the second inclination. And a second prism including a surface.
  • the frame covering the peripheral surface of the light guide plate is made of a light absorbing material
  • the first prism including the first inclined surface is provided on the light guide plate
  • the second prism is provided on the lower surface of the prism sheet.
  • Side surface sectional drawing which shows the display apparatus of 1st Embodiment of this invention.
  • 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.
  • the backlight 20 includes a light source 21 and a light guide plate 30 disposed in a frame-like frame 25, and an opening on the lower surface of the frame 25 is closed by a reflection sheet 24.
  • the frame 25 is formed of a light absorbing material such as a resin molded product containing a black pigment.
  • the frame 25 may be formed by applying a light absorbing material such as a black paint on a base material such as resin or metal.
  • 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 with a transparent resin or the like.
  • 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 that emits illumination light.
  • 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 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.
  • the light guide plate 30 includes 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. If the light guide part 35 is formed of acrylic, the translucency can be further improved as compared with the case where it is formed of polycarbonate.
  • a plurality of prisms 32 (third prisms) extending in the Y direction are juxtaposed in the X direction on the emission surface 30 b of the light guide 35.
  • the prism 32 is recessed on the exit surface 30b and has a cross-sectional shape such as an arc, an elliptical arc, other curves, or a triangle.
  • the light emitted from the light source 21 and incident from the incident surface 30a is diffused and reflected by the prism 32 in the longitudinal direction (X direction) of the incident surface 30a.
  • the incident light can be made uniform by diffusing the light incident from the plurality of light sources 21 composed of LEDs that emit point light in the X direction.
  • the prism 32 may be omitted.
  • a plurality of prisms 33 (first prisms) arranged in the Y direction are provided between the adjacent prisms 32 on the light exit surface 30 b of the light guide plate 30.
  • a horizontal plane 34 parallel to the XY plane is provided between the prisms 33 adjacent in the Y direction. The horizontal surface 34 may be omitted by forming the prism 33 continuously.
  • 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 low refractive index layer 36 is adjacent to the back surface 35a 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 (second prisms) 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.
  • the light Q5 traveling from the incident surface 30a toward the back surface 35a of the light guide 35 is repeatedly reflected between the light exit surface 30b and the back surface 35a and enters 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 incident angle of the light guide 35 with respect to the light guiding low refractive index layer 36 is decreased by 2 ⁇ ⁇ , and sequentially enters the low refractive index layer 36 and is emitted from the emission surface 30b.
  • emitted from the end surface 30c (refer FIG. 4) facing the entrance plane 30a can be decreased.
  • the frame 25 can be thinned to narrow the frame of the backlight 20, and the backlight 20 and the display device 1 can be downsized.
  • FIG. 6 shows a diagram in which the traveling direction of the light incident on the light guide 35 is projected onto a plane parallel to the incident surface 30a.
  • the spread component in the Z direction of light incident on the light guide 35 is ⁇ z
  • the spread component in the X direction is ⁇ x.
  • the incident angle of light to the low refractive index layer 24 is 90 ° - ⁇ z.
  • the conditions for the light to enter the low refractive index layer 24 are 90 ° ⁇ z ⁇ 2 and 0 ⁇ 90 ° ⁇ z ⁇ 90 °, so that the formula (3) is obtained.
  • Formula (4) is obtained from FIG.
  • the possible range of ⁇ x is 0 ° ⁇ ⁇ x ⁇ 19.95 °
  • the spread of light in the X direction can be suppressed.
  • the effect of suppressing the spread of light in the X direction is slightly weakened by the prism 32.
  • the inclination angle of the inclined surface of the prism 32 most of the effect of suppressing the spread of light in the X direction can be maintained.
  • the frame 25 that covers the peripheral surface of the light guide plate 30 is made of a light absorbing material
  • the light guide plate 30 includes the prism 33 (first prism) including the inclined surface 33b (first inclined surface). 35, a low refractive index layer 36, and a prism 38 (second prism) including an inclined surface 38b (second inclined surface) disposed on the back surface.
  • the incident angles of the exit surface 30a and the back surface 35a of the light guide 35 are gradually reduced, and after the light guide having an incident angle in a predetermined range is incident on the low refractive index layer 36, the light is emitted from the exit surface 30a.
  • the light emitted from the end face 30c of the light guide plate 30 can be reduced, and a decrease in luminance of illumination light in the vicinity of the frame 25 made of the light absorbing material can be prevented. Therefore, the frame 25 can be thinned and the backlight 20 and the display device 1 can be downsized.
  • the frame 25 made of a light absorbing material can be easily formed from black resin.
  • a prism 32 that extends in the Y direction and is arranged in parallel in the X direction is provided on the emission surface 30b of the light guide plate 30, a plurality of light sources that emit points.
  • the light incident from the light source 21 can be diffused in the X direction to make the illumination light uniform.
  • the prism 33 may be provided at the interface between the light guide 35 and the low refractive index layer 36. Further, the prism 32 may be provided so as to protrude from the light exit surface 30 b of the light guide plate 30.
  • FIG. 7 shows a side sectional view of the display device 1 of the second embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals.
  • the shape of the light guide plate 30 is different from that of the first embodiment, and a prism sheet 23 is provided.
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • the prism sheet 23 is arranged facing the light exit surface 30b of the light guide plate 30, and a plurality of prisms 23a (second prisms) 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
  • FIG. 8 is a side sectional view showing details of the light guide plate 30 and the prism sheet 23.
  • a plurality of prisms 33 similar to those of the first embodiment are arranged in parallel in the Y direction.
  • a horizontal plane 34 parallel to the XY plane is provided between the prisms 33 adjacent in the Y direction.
  • the horizontal surface 34 may be omitted by forming the prism 33 continuously.
  • 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.
  • a prism 32 (third prism, see FIG. 3) that is adjacent to the prism 33 in the X direction and extends in the Y direction is recessed in the back surface 30d of the light guide plate 30 in the same manner as in the first embodiment.
  • the prism 32 (third prism) may protrude from the back surface 30 d of the light guide plate 30.
  • the light emitted from the light source 21 enters the light guide plate 30 from the incident surface 30a.
  • the light incident on the light guide plate 30 is reflected and guided by the exit surface 30b and the back surface 30d.
  • the incident angles of the exit surface 30b and the back surface 30d are gradually reduced by reflection on the inclined surface 33b.
  • the incident angle of the exit surface 30b becomes smaller by 2 ⁇ ⁇ , and when it becomes smaller than the critical angle ⁇ 1, the light exits from the exit surface. Therefore, the incident angle range of the light emitted from the emission surface 30b is ⁇ 1 to ⁇ 1-2 ⁇ ⁇ .
  • the light emitted from the light guide plate 30 enters the prism sheet 23.
  • the prism 23a is provided on the lower surface of the prism sheet 23, it is possible to prevent light that is reflected by both slopes of the prism 23a and returned to the light guide plate 30 as in the conventional example.
  • the light incident on the prism sheet 23 is reflected by one slope of the prism 23a and guided upward. Thereby, the illumination light is narrowed down in the direction (Y direction) with the directivity angle orthogonal to the ridgeline by the prism 23a, 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 incident angle with respect to the light exit surface 30b of the light guide plate 30 is decreased by 2 ⁇ ⁇ , and the light is emitted from the light exit surface 30b in order.
  • emitted from the end surface 30c (refer FIG. 7) facing the entrance plane 30a can be decreased.
  • the frame 25 can be thinned to narrow the frame of the backlight 20, and the backlight 20 and the display device 1 can be downsized.
  • the frame 25 covering the peripheral surface of the light guide plate 30 is made of a light absorbing material, and the light guide plate 30 is provided with the prism 33 (first prism) including the inclined surface 33b (first inclined surface) and the prism.
  • a prism 23 a (second prism) is provided on the lower surface of the sheet 23.
  • 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.

Abstract

光源（２１）と、光源（２１）に対向する入射面（３０ａ）を側端面に有す るとともに入射面（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、導光板（３０）の外周部を支持する枠状のフレーム（２５）とを備えた照明装置（２０）において、導光板（３０）が、入射面（３０ａ）及び出射面（３０ｂ）を有するとともに入射面（３０ａ）に傾斜して対面する傾斜面（３３ｂ）を含むプリズム（３３）を光軸方向（Ｘ）に並設した導光部（３５）と、導光部（３５）の背面（３５ａ）に隣接して導光部（３５）よりも屈折率の小さい低屈折率層（３６）と、低屈折率層（３６）に対して出射面（３０ｂ）と反対側の面に形成されるとともに入射面（３０ａ）に傾斜して対面する傾斜面（３８ｂ）を含むプリズム（３８）を光軸方向（Ｘ）に並設した集光部（３７）とを有し、フレーム（２５）を光吸収材により形成した。

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。
　従来の液晶表示装置等の表示装置は特許文献１に開示されている。この表示装置はバックライトを形成する照明装置と表示パネルとを備え、照明装置から出射された照明光により表示パネルを照射して画像が表示される。
　照明装置は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を備えている。導光板は前面及び背面を平面に形成された平面視略矩形の樹脂成形品から成り、光源に対向する入射面を周面に有して前面に照明光の出射面が形成される。導光板は不透明な樹脂等により形成された遮光性のフレームにより周面を覆われて支持される。
　導光板の下方には反射シートが導光板の背面に対向して配され、導光板の出射面の上方には２つのプリズムシートが出射面に対向して配される。反射シートは導光板の背面から漏れる光を反射して導光板に戻す。
　一方のプリズムシートの上面には光源の光軸方向に延びた複数のプリズムが入射面の長手方向に並設される。他方のプリズムシートの上面には入射面の長手方向に延びた複数のプリズムが光源の光軸方向に並設される。プリズムシートは導光板の出射面から出射された光をプリズムの稜線に直交する方向に絞り込む。このため、稜線が直交する２つのプリズムシートによって照明光を出射面に直交する方向に絞り込み、出射面の正面の輝度を向上させることができる。
　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。導光板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に入射した光が出射される。導光板から出射された光は２つのプリズムシートによって出射面に直交する方向に絞り込まれ、表示パネルを照明する。
特開２００９－３０１９１２号公報（第２頁－第６頁、第２図）
　上記従来の照明装置によると、プリズムシートの上面にプリズムが形成されるため、稜線に直交する断面において導光板の出射面に略直交する方向に出射された光がプリズムの両斜面で反射して導光板に戻される。このため、光が反射シートとプリズムシートとの間で多重反射し、導光板の周面から出射される光が多くなる。
　特に、稜線が直交する２つのプリズムシートが設けられるため、下方のプリズムシートを通過した光が出射面に略直交する方向に絞られる。これにより、下方のプリズムシートを通過した光が上方のプリズムシートのプリズムの両斜面で反射し易くなり、導光板の周面から出射される光がより多くなる。
　この時、フレームが例えば、白色の樹脂等により形成されると、導光板の周面から出射された光がフレームで反射して導光板に戻されて導光する。しかしながら、狭額縁化のためにフレームを薄くすると、導光板の周面から出射された光がフレームを透過して光漏れが発生する。
　一方、フレームが例えば、黒色の樹脂等により形成されると、導光板の周面から出射された光がフレームで吸収されるためフレームを薄くすることができる。しかしながら、導光板の周面から出射された光が導光板に戻らないため、フレームの近傍で照明光の輝度が低下する。従って、狭額縁化による照明装置及び表示装置の小型化が困難となる問題があった。
　本発明は、狭額縁化によって小型化を図ることの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、光源と、前記光源に対向する入射面を側端面に有するとともに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、前記導光板の周面を覆う枠状のフレームとを備えた照明装置において、前記導光板が、前記入射面及び前記出射面を有するとともに前記入射面に傾斜して対面する第１傾斜面を含む第１プリズムを前記光源の光軸方向に並設した導光部と、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傾斜面を含む第２プリズムを前記光軸方向に並設した集光部とを有し、前記フレームが光吸収材により形成される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の導光部に入射する。導光部に入射した光は前面の出射面及び背面で反射して導光する。導光部の導光は第１傾斜面での反射によって出射面及び背面の入射角が徐々に大きくなる。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。この時、第１傾斜面で反射して入射角が臨界角よりも小さくなった光が低屈折率層に入射し、臨界角よりも大きい光は再度第１傾斜面で反射して入射角が臨界角よりも小さくなると低屈折率層に入射する。これにより、低屈折率層に入射する光の入射角は第１傾斜面の傾斜角に応じて所定範囲に絞られる。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。また、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、導光部を導光して周面から出射された光は光吸収材から成るフレームにより吸収される。
　また本発明は、光源と、前記光源に対向する入射面を側端面に有するとともに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、前記出射面に対向して配置されるプリズムシートと、前記導光板の周面を覆う枠状のフレームとを備えた照明装置において、前記導光板が前記入射面に傾斜して対面する第１傾斜面を含む第１プリズムを前記光源の光軸方向に並設されるとともに、前記プリズムシートが前記導光板に面して前記入射面の長手方向に延びる第２プリズムを前記光軸方向に並設され、前記フレームが光吸収材により形成される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出射面及び背面で反射して導光する。導光部の導光は第１傾斜面での反射によって出射面及び背面の入射角が大きくなる。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。この時、第１傾斜面で反射して入射角が臨界角よりも小さくなった光が出射面から出射し、臨界角よりも大きい光は再度第１傾斜面で反射して入射角が臨界角よりも小さくなると出射面から出射する。これにより、出射面から出射される光の入射角は第１傾斜面の傾斜角に応じて所定範囲に絞られる。出射面から出射された光はプリズムシートの下面に設けた第２プリズムの一方の斜面から屈折して入射し、他方の斜面で反射して出射面に略直交する方向に出射される。また、導光板を導光して周面から出射された光は光吸収材から成るフレームにより吸収される。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記フレームが黒色の樹脂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、前記導光板の背面に対向する反射シートを設けたことを特徴としている。この構成によると、導光板の背面から出射された光が反射シートで反射して導光板に戻される。
　また本発明は、上記構成の照明装置において、前記光源が前記入射面の長手方向に複数並設され、前記光軸方向に延びて前記入射面の長手方向に並設される第３プリズムを前記導光板に設けたことを特徴としている。この構成によると、入射面の長手方向に複数並設した光源から出射された光は入射面から導光板に入射する。導光板を導光して第３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。
　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、導光板の周面を覆うフレームが光吸収材から成り、導光板が第１傾斜面を含む第１プリズムを有する導光部と低屈折率層と背面に配した第２傾斜面を含む第２プリズムとを有する。これにより、導光部の出射面及び背面の入射角を徐々に小さくし、入射角が所定範囲の導光が低屈折率層に入射した後に出射面から出射される。このため、導光板の周面から出射される光を少なくすることができ、光吸収材から成るフレーム近傍の照明光の輝度低下を防止することができる。従って、フレームを薄型化して照明装置の小型化を図ることができる。
　また本発明によると、導光板の周面を覆うフレームが光吸収材から成り、導光板に第１傾斜面を含む第１プリズムが設けられるとともにプリズムシートの下面に第２プリズムが設けられる。これにより、導光板の出射面及び背面の入射角を徐々に小さくし、入射角が所定範囲の導光が出射面から出射される。このため、導光板の周面から出射される光を少なくすることができ、光吸収材から成るフレーム近傍の照明光の輝度低下を防止することができる。従って、フレームを薄型化して照明装置の小型化を図ることができる。
本発明の第１実施形態の表示装置を示す斜視図 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垂直な断面を示す断面図 本発明の第１実施形態の表示装置のバックライトの導光板の集光部の入射面に垂直な断面を示す断面図 本発明の第１実施形態の表示装置のバックライトの導光板の導光の進行方向を入射面に平行な面に投影した概念図 本発明の第２実施形態の表示装置を示す側面断面図 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、図２は第１実施形態の表示装置を示す斜視図及び側面断面図である。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。
　バックライト２０は枠状のフレーム２５内に光源２１及び導光板３０が配され、フレーム２５の下面の開口部が反射シート２４により塞がれる。フレーム２５は黒色顔料を含有した樹脂成形品等の光吸収材により形成される。樹脂や金属等の基材上に黒色塗料等の光吸収材を塗布してフレーム２５を形成してもよい。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。
　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、図４はバックライト２０の導光板３０を示す斜視図及び側面断面図である。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Ｙ方向に延びる複数のプリズム３２（第３プリズム）がＸ方向に並設される。プリズム３２は出射面３０ｂ上に凹設され、円弧、楕円弧その他の曲線や三角形等の断面形状を有している。
　光源２１から出射して入射面３０ａから入射した光はプリズム３２によって入射面３０ａの長手方向（Ｘ方向）に拡散して反射される。これにより、点発光するＬＥＤから成る複数の光源２１から入射した光をＸ方向に拡散して照明光を均一化することができる。尚、光源２１が入射面３０ａの長手方向に延びる線状に形成される場合はプリズム３２を省いてもよい。
　導光板３０の出射面３０ｂの隣接するプリズム３２間には、Ｙ方向に並設される複数のプリズム３３（第１プリズム）が設けられる。Ｙ方向に隣接するプリズム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。
　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。
　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（第２プリズム）が設けられる。プリズム３８は図５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５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。
　また、図４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。
　上記により、導光部３５の導光の低屈折率層３６に対する入射角が２・βづつ小さくなり、順に低屈折率層３６に入射して出射面３０ｂから出射される。これにより、入射面３０ａに対向する端面３０ｃ（図４参照）から出射される光を少なくすることができる。
　このため、フレーム２５を光吸収材により形成しても吸収される光が少なく、フレーム２５の近傍における照明光の輝度低下を防止することができる。従って、フレーム２５を薄型化してバックライト２０の狭額縁化を図り、バックライト２０及び表示装置１を小型化することができる。
　次に、導光部３５を導光する光のＸ方向の光の広がりが抑制されることを説明する。導光部３５を導光する光のＹ方向に対する進行方向の角度をθとすると、入射面３０ａから入射した光（Ｑ１、Ｑ５）の角度θに関して式（１）が成り立つ。また、式（２）の条件を満たす光が低屈折率層２４に入射する。入射面３０ａから入射した光（Ｑ１、Ｑ５）について説明するが、反射を繰り返した光（Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）についても同様である。
　θ≦φ１＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ１）　・・・（１）
　９０゜－θ＜φ２＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）　・・・（２）
　図６は導光部３５に入射した光の進行方向を入射面３０ａに平行な面に投影した図を示している。導光部３５に入射した光のＺ方向の広がり成分をθｚとし、Ｘ方向の広がり成分をθｘとしている。低屈折率層２４への光の入射角は９０゜－θｚである。また、光が低屈折率層２４に入射するための条件は、９０゜－θｚ＜φ２であり、０＜９０゜－θｚ＜９０゜であるので、式（３）が得られる。また、図６から式（４）が得られる。
　ｃｏｓ（９０゜－θｚ）＝ｓｉｎθｚ＞ｃｏｓφ２　・・・（３）
　ｓｉｎ２θｘ＝ｓｉｎ２θ－ｓｉｎ２θｚ　・・・（４）
　ここで、式（１）及び式（３）よりｓｉｎθ≦ｓｉｎφ１、ｃｏｓφ２＜ｓｉｎθｚ≦ｓｉｎφ１であるので、式（４）を用いて、式（５）が得られる。
　０≦ｓｉｎ２θｘ＜ｓｉｎ２φ１－ｃｏｓ２φ２　・・・（５）
　例えば、ｎ１＝１．５９、ｎ２＝１．３５であれば、θｘの取り得る範囲は、０゜≦θｘ＜１９．９５゜となり、Ｘ方向の光の広がりを抑制することが可能となる。尚、Ｘ方向の光の広がりを抑制する効果は、プリズム３２により若干弱められる。しかし、プリズム３２の斜面の傾斜角を大きくすることで、Ｘ方向の光の広がりを抑制する効果の大部分を維持することが可能となる。
　本実施形態によると、導光板３０の周面を覆うフレーム２５が光吸収材から成り、導光板３０が傾斜面３３ｂ（第１傾斜面）を含むプリズム３３（第１プリズム）を有する導光部３５と、低屈折率層３６と、背面に配した傾斜面３８ｂ（第２傾斜面）を含むプリズム３８（第２プリズム）とを有する。
　これにより、導光部３５の出射面３０ａ及び背面３５ａの入射角を徐々に小さくし、入射角が所定範囲の導光が低屈折率層３６に入射した後に出射面３０ａから出射される。このため、導光板３０の端面３０ｃから出射される光を少なくすることができ、光吸収材から成るフレーム２５近傍の照明光の輝度低下を防止することができる。従って、フレーム２５を薄型化してバックライト２０及び表示装置１の小型化を図ることができる。
　また、黒色の樹脂により光吸収材から成るフレーム２５を容易に形成することができる。
　また、光源２１がＸ方向に複数並設され、Ｙ方向に延びてＸ方向に並設されるプリズム３２（第３プリズム）を導光板３０の出射面３０ｂ上に設けたので、点発光する複数の光源２１から入射した光をＸ方向に拡散して照明光を均一化することができる。
　本実施形態において、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。また、プリズム３２を導光板３０の出射面３０ｂに突設してもよい。
　次に、図７は第２実施形態の表示装置１の側面断面図を示している。説明の便宜上、前述の図１～図６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の形状が第１実施形態と異なり、プリズムシート２３が設けられている。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（第２プリズム）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。
　図８は導光板３０及びプリズムシート２３の詳細を示す側面断面図である。導光板３０の背面３０ｄには第１実施形態と同様の複数のプリズム３３（第１プリズム）がＹ方向に並設される。Ｙ方向に隣接するプリズム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。
　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。
　尚、導光板３０の背面３０ｄには第１実施形態と同様に、プリズム３３に対してＸ方向に隣接してＹ方向に延びるプリズム３２（第３プリズム、図３参照）が凹設される。プリズム３２（第３プリズム）を導光板３０の背面３０ｄに突設してもよい。
　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に入射した光は出射面３０ｂ及び背面３０ｄで反射して導光する。この時、傾斜面３３ｂでの反射によって出射面３０ｂ及び背面３０ｄの入射角が徐々に小さくなる。そして、出射面３０ｂの入射角は２・βづつ小さくなり、臨界角φ１よりも小さくなると出射面から出射される。このため、出射面３０ｂから出射される光の入射角の範囲はφ１～φ１－２・βになる。
　導光板３０から出射された光はプリズムシート２３に入射する。この時、プリズム２３ａがプリズムシート２３の下面に設けられるため、従来例のようにプリズム２３ａの両斜面で反射して導光板３０に戻される光を防止できる。プリズムシート２３に入射した光はプリズム２３ａの一方の斜面で反射して上方に導かれる。これにより、照明光がプリズム２３ａ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。
　上記により、導光板３０の導光の出射面３０ｂに対する入射角が２・βづつ小さくなり、順に出射面３０ｂから出射される。これにより、入射面３０ａに対向する端面３０ｃ（図７参照）から出射される光を少なくすることができる。
　このため、フレーム２５を光吸収材により形成しても吸収される光が少なく、フレーム２５の近傍における照明光の輝度低下を防止することができる。従って、フレーム２５を薄型化してバックライト２０の狭額縁化を図り、バックライト２０及び表示装置１を小型化することができる。
　本実施形態によると、導光板３０の周面を覆うフレーム２５が光吸収材から成り、導光板３０に傾斜面３３ｂ（第１傾斜面）を含むプリズム３３（第１プリズム）が設けられるとともにプリズムシート２３の下面にプリズム２３ａ（第２プリズム）が設けられる。これにより、導光板３０の出射面３０ｂ及び背面３０ｄの入射角を徐々に小さくし、入射角が所定範囲の導光が出射面３０ｂから出射される。このため、導光板３０ｂの端面３０ｃから出射される光を少なくすることができ、光吸収材から成るフレーム２５近傍の照明光の輝度低下を防止することができる。従って、フレーム２５を薄型化してバックライト２０及び表示装置１の小型化を図ることができる。
　また、第１、第２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
　　２３ａ　プリズム（第２プリズム）
　　２４　　反射シート
　　３０　　導光板
　　３０ａ　入射面
　　３０ｂ　出射面
　　３２　　プリズム（第３プリズム）
　　３２ａ　頂部
　　３２ｂ　底部
　　３３　　プリズム（第１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
　　３８　　プリズム（第２プリズム）

Claims (6)

  1. 　光源と、前記光源に対向する入射面を側端面に有するとともに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、前記導光板の周面を覆う枠状のフレームとを備えた照明装置において、前記導光板が、前記入射面及び前記出射面を有するとともに前記入射面に傾斜して対面する第１傾斜面を含む第１プリズムを前記光源の光軸方向に並設した導光部と、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傾斜面を含む第２プリズムを前記光軸方向に並設した集光部とを有し、前記フレームが光吸収材により形成されることを特徴とする照明装置。
  2. 　光源と、前記光源に対向する入射面を側端面に有するとともに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、前記出射面に対向して配置されるプリズムシートと、前記導光板の周面を覆う枠状のフレームとを備えた照明装置において、前記導光板が前記入射面に傾斜して対面する第１傾斜面を含む第１プリズムを前記光源の光軸方向に並設されるとともに、前記プリズムシートが前記導光板に面して前記入射面の長手方向に延びる第２プリズムを前記光軸方向に並設され、前記フレームが光吸収材により形成されることを特徴とする照明装置。
  3. 　前記フレームが黒色の樹脂により形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
  4. 　前記導光板の背面に対向する反射シートを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
  5. 　前記光源が前記入射面の長手方向に複数並設され、前記光軸方向に延びて前記入射面の長手方向に並設される第３プリズムを前記導光板に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
  6. 　請求項１または請求項２に記載の照明装置と、前記導光板の前記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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