JP5927536B2 - 導光板および面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に、液晶表示パネル等のバックライトユニット（Ｂａｃｋ Ｌｉｇｈｔ Ｕｎｉｔ）に使用される面光源装置に関する。

近年、液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力駆動などの特徴により、その応用範囲が急速に広まっている。液晶表示装置は、一般的に、自発光装置ではないためバックライトのような別途の光源が必要である。バックライトユニットは、主に、光源と、光源から出射された光を導光して面発光させる導光板（Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅ Ｐｌａｔｅ）とにより構成される。

一般的に、バックライトユニットは、光源の位置によって直下型方式とエッジライト方式（Ｅｄｇｅ Ｌｉｇｈｔ Ｔｙｐｅ）などに分類される。直下型方式によれば、導光板の直下に多数の光源、例えば冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が設けられ、光源から入射した光を、導光板にて拡散させ複数の光学シートを介して液晶表示装置パネルに照射する。エッジライト方式によれば、導光板の側端に光源が設けられ、光源から入射した光を導光板にて拡散させ、複数の光学シートを介して液晶表示パネルに照射する。

図２８は、ＬＥＤを採用したエッジライト方式のバックライトユニットの一例を示す。

図２８に示すように、導光板１０１の側面部には、点光源であるＬＥＤ１０６が複数個配置されている。また、導光板１０１の上方には、拡散シート１０２が配置されており、拡散シート１０２は、導光板１０１から出射された光を広く拡散させる。さらに、拡散シート１０２の上方にはプリズムシート１０３（Ｐｒｉｓｍ Ｓｈｅｅｔ １０３）が配置され、プリズムシート１０３の上方にはプリズムシート１０４が配置され、プリズムシート１０４の上方には光学シート１０５が配置されており、それぞれ光を視認方向に集光させることにより高輝度化を図っている。

導光板１０１の材料には、従来より、透明樹脂などのパネルが使用されている。導光板１０１は、出射面と出射面に対向する底面との間の側面に、冷陰極管や複数のＬＥＤ１０６が並べられた点状光源などの一次光源が配置される入射面を有する。また、導光板１０１の底面には散乱ドットが印刷されており、このドットの大きさや密度などを調整することにより、視認方向の輝度分布が均一になるように調整される。このような構成において、一次光源から出射した光は、入射面を介して導光板１０１に入射し、導光板内部を通って、出射面から液晶表示部に向けて出射される。しかしながら、導光板の底面の散乱ドットの影響により、導光板１０１から出射された直後の光は広い角度に広がる配向分布を有するため、視認方向に光が向きにくい。

そこで、導光板１０１から出射された光を視認方向に集光させて高輝度化を図るため、互いに直交する２枚のプリズムシート１０３、プリズムシート１０４、および光学シート１０５が使用される。しかしながら、このような構成では、価格が高価なプリズムシートを２枚使用する必要があり、ユニットの構成部品点数が増え、組み立てが煩雑になるという課題があった。

そこで上記課題を解決するために、導光板の出射面や出射面に対向する底面などにプリズムを形成することにより、出射面から出射させる光を視認方向に向ける提案が多数なされているが、プリズム形状が規則的に並んで配置されると、入射面近傍に目玉（光が集まる部分、輝点）や明暗線が発生して、面光源の均一性が損なわれてしまう。また、ＬＥＤチップ１個当たりの高輝度化に伴いＬＥＤの設置間隔は従来よりも広がっているため、ＬＥＤの指向性の影響を受けやすくなっている。

上記課題を解決するため、出射面形状に複数のプリズムを使用して、目玉・明暗線を改善する提案がなされている（例えば、特許文献１）。

図２９および図３０は、特許文献１に記載された導光板２２の出射面形状を示す。

図２９は、特許文献１の実施例１における導光板２２の斜視図である。導光板２２は、光源からの入射面２２１と、入射面２２１に隣接する出射面２２３と、を有する。出射面２２３は、入射面２２１に隣接する第１の領域２２３Ａと、入射面２２１とは異なる位置にて第１の領域２２３Ａに隣接する第２の領域２２３Ｂとで構成される。

図３０は、導光板２２の上面図である。第１の領域２２３Ａと第２の領域２２３Ｂとの境界を、入射面２２１に平行な架空の境界線III−IIIとする。

図２９、３０に示すように、出射面２２３の第２の領域２２３Ｂには、複数の細長いプリズムレンズ２２５が形成されており、プリズムレンズ２２５の各側面エッジは、入射面２２１に垂直な方向に沿って延びる。さらに、出射面２２３の第１の領域２２３Ａには、規則的かつ定期的に配置された複数の細長い四面体レンズ２２６が形成される。

図２９に示すように、プリズムレンズ２２５は、Ｖ字突起で構成され、第２の領域２２３Ｂの全面に並べて配置されている。図３１は、図３０のIII−III線の断面図を示し、図３１に示されるように、各Ｖ字突起は三角形断面を有する。

図３１に示すように、特許文献１の実施例１によれば、各三角形断面の頂角θ１は、約１７５°以下で設定されている。また、各三角形断面の下端の長さは約２．０ｍｍ以下で設定されており、各プリズムレンズ２２５の各三角形断面の高さＨも約２．０ｍｍ以下で設定されている。

また、図２９において、四面体レンズ２２６は、入射面に平行な方向沿いに、プリズムレンズ２２５と対応するように並んで整列される。各四面体レンズ２２６は、プリズムレンズ２２５に面する第１の側面２２６１と、互いに対向する第２の側面２２６３および第３の側面２２６５と、底面（図示せず）とを有する。第１の側面２２６１は、図３０の境界線III−IIIに位置する。また、図３０に示すように、境界線III−IIIにて四面体レンズ２２６の第１の側面２２６１とプリズムレンズ２２５の終端が相互接続しており、各四面体レンズ２２６と各プリズムレンズ２２５がそれぞれ対応して接続する。これに伴い、プリズムレンズ２２５の三角形断面の頂角θ１と対応して、各第１の側面２２６１の頂角も約１７５°以下で設定されている。また、各第１の側面２２６１の下端の長さは約２．０ｍｍ以下で設定され、各第１の側面２２６１の高さＨも２．０ｍｍ以下で設定されている。

図３２は、図２５のIV−IV線の断面図を示す。図３２に示すように、四面体レンズ２２６の第２の側面２２６３と第３の側面２２６５で定義される尾根は、投影した角θ２および出射面２２３から相対する増加点（入射面２２１と第２の側面２２６３および第３の側面２２６５の尾根の線とが交わる点）を有する。特許文献１の実施例１によれば、角θ２は約８５°以下で設定されている。

特許文献１では、上記の構成を採用することによって、出射面に発生する目玉・明暗線を抑制することができると提案されている。

米国特許第７４３１４９１号明細書

しかしながら、前記特許文献１の構成では、出射面において入射面と隣接する領域からプリズムが構成されているため、ＬＥＤの設置間隔が広くなると、ＬＥＤの指向性の影響により入射面近傍の出射面に明暗部が発生する。また、導光板外形寸法と有効発光領域とを等しく設定するとＬＥＤの熱の影響によって導光板が伸縮し、安定的に有効発光領域から出射できなくなる可能性があるため、導光板外形寸法を有効発光領域よりも大きくしておくことが望ましい。そうした場合、有効発光領域の外部にプリズム形状が存在すると、その領域において本来、液晶表示装置に使用されない光が出射面へ出射してしまう。その結果、光の利用効率が下がり、必要以上に電力を消費してしまう。

また、図３０の構成では、出射面における入射面付近の光の広がりが大きくなり、液晶画面をスクロール発光させた際に不必要な箇所に光がもれてしまう。このような光は残像として画面に映り、画面品質を落としてしまうため、分割発光性が損なわれることとなる。

したがって、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、出射面において入射面と隣接する領域が平面部分として形成されるとともに、出射面において当該平面部分と隣接する領域は入射面に垂直に延びる複数のプリズム突起が形成されることにより、分割発光性を損なわず、かつ目玉や明暗線の発生を抑制する導光板を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、複数の点光源から出射された光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記出射面に対向する面であるとともに、前記入射面から入射した光を出射面に向けて伝播反射させる伝播反射面と、を有する導光板であって、前記伝播反射面には、前記入射面に平行に延びる複数のプリズム溝が形成され、前記出射面において前記入射面と隣接する領域にある平面部は、平面部分として形成され、前記出射面において前記平面部と隣接する領域にあるプリズム部は、前記入射面に垂直に延びる複数のプリズム突起が形成されることを特徴とする。

本発明の第２態様によれば、複数の点光源から出射された光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記出射面に対向する面であるとともに、前記入射面から入射した光を前記出射面に向けて伝播反射させる伝播反射面と、を有する導光板であって、前記伝播反射面には、前記入射面に平行に延びる複数のプリズム溝が形成され、前記出射面において前記入射面と隣接する領域にある平面部は、平面部分として形成され、前記出射面において前記平面部と隣接する領域にある第１プリズム部は、前記入射面に垂直に延びる複数のプリズム突起および平面部分がそれぞれ前記入射面に平行な方向において交互に形成され、前記出射面において前記平面部とは隣接せずに前記第１プリズム部と隣接する領域にある第２プリズム部は、平面部分が形成されず前記入射面に垂直に延びる複数のプリズム突起が形成されることを特徴とする。

本発明の第３態様によれば、複数の点光源から出射された光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記出射面に対向する面であるとともに、前記入射面から入射した光を前記出射面に向けて伝播反射させる伝播反射面と、を有する導光板であって、前記伝播反射面には、前記入射面に平行に延びる複数のプリズム溝が形成され、前記出射面において前記入射面と隣接する領域にある平面部は、平面部分として形成され、前記出射面において前記平面部と隣接する領域にある伝播補助領域は、前記入射面に垂直に延びる複数の傾斜したプリズム突起および平面部分がそれぞれ前記入射面に平行な方向において交互に形成され、前記出射面において前記伝播補助領域と隣接する領域にある第１プリズム部は、前記入射面に垂直に延びる複数の傾斜したプリズム突起および平面部分がそれぞれ前記入射面に平行な方向において交互に形成され、前記出射面において前記伝播補助領域とは隣接せずに前記プリズム部と隣接する領域にある第２プリズム部は、平面部分が形成されず前記入射面に垂直に延びる複数の高さが一定のプリズム突起が形成されることを特徴とする。

本発明の第４態様によれば、第１から第３態様のいずれか１つに記載の導光板において、各領域における前記プリズム突起の上端には湾曲部が形成されていることを特徴とする。

本発明の第５態様によれば、第４態様に記載の導光板において、前記プリズム突起において、湾曲部の長さが直線部の長さに対して、０．３以上１．０以下の範囲であることを特徴とする。

本発明の第６態様によれば、第３態様に記載の導光板において、前記伝播補助領域のプリズム突起の尾根と前記第１プリズム部のプリズム突起の尾根は連続して形成され、前記伝播補助領域のプリズム突起の尾根の傾きは、前記第１プリズム部のプリズム突起の尾根の傾きより大きいことを特徴とする。

本発明の第７態様によれば、第１から第６態様のいずれか１つに記載の導光板において、前記プリズム突起の高さは、前記入射面から前記導光板の中央に向かって一定もしくは連続的に増加することを特徴とする。

本発明の第８態様によれば、第１から第７態様のいずれか１つに記載の導光板において、前記プリズム突起の各プリズム尾根は、直線を含む曲線で形成されることを特徴とする。

本発明の第９態様によれば、第１から第８態様のいずれか１つに記載の導光板において、前記プリズム突起の前記入射面に平行な断面における断面形状はＶ字形状であることを特徴とする。

本発明の第１０態様によれば、第１から第９態様のいずれか１つに記載の導光板において、前記プリズム溝は、前記導光板の中央で溝深さを最大とし前記入射面に向かうにつれて連続的に浅く形成されることを特徴とする。

本発明の第１１態様によれば、第１から第１０態様のいずれか１つに記載の導光板と、複数の点光源と、を備えることを特徴とする。

本発明の第１２態様によれば、第１から第１０態様のいずれか１つに記載の導光板と、少なくとも１つの拡散シートと、少なくとも１枚のプリズムシートと、前記導光板からの光を制御する複数の光学シートと、導光板を挟んで前記拡散シートの反対側に設けられるとともに前記出射面へ光を反射させる反射シートと、ＬＥＤと、を備えることを特徴とする。

以上のように、本発明の導光板によれば、分割発光特性および、光の利用効率を損なうことなく、目玉・明暗線を抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる面光源装置の模式断面図 本発明の実施の形態１にかかる導光板の斜視図 本発明の実施の形態１にかかる導光板のＡ部の斜視図 本発明の実施の形態１にかかる導光板の伝播反射面における断面図 本発明の実施の形態１にかかる導光板のＹ１−Ｙ１断面におけるバックライトユニットから出射された光の輝度分布図 一般的な導光板におけるＬＥＤ設置ピッチが広くなることに起因し発生する暗部発生箇所の概略図 導光板の入射面付近を出射面側から見た上面図 Ａ２３部の拡大詳細図 本発明の実施の形態１にかかる導光板のＡ部の上面図 本発明の実施の形態１にかかる導光板のＹ２−Ｙ２線の断面図 本発明の実施の形態１にかかる導光板のＸ１−Ｘ１線の断面図 本発明の実施の形態１にかかる出射面にプリズム突起が形成されない導光板の光路図 本発明の実施の形態１にかかる出射面にプリズム突起が形成されない導光板の目玉・明暗線発生位置を示す上面図 本発明の実施の形態１にかかる出射面の有効発光領域の全面にプリズム突起が形成される導光板の光路図 本発明の実施の形態１にかかる出射面の有効発光領域の全面にプリズム突起が形成される導光板の目玉・明暗線発生位置を示す上面図 本発明の実施の形態１にかかる出射面の有効発光領域にプリズム突起がある部分とない部分の両方が存在する導光板の光路図 本発明の実施の形態２にかかる導光板の斜視図 本発明の実施の形態２にかかる導光板のＢ部の斜視図 本発明の実施の形態２にかかる導光板のＢ部の上面図 本発明の実施の形態２にかかる導光板のＹ３−Ｙ３線における断面図 本発明の実施の形態２にかかる導光板のＹ４−Ｙ４線における断面図 本発明の実施の形態１の変形例にかかる導光板の斜視図 本発明の実施の形態１の変形例にかかる導光板の上面図 本発明の実施の形態１の変形例にかかる導光板のＹ５−Ｙ５線における断面図 本発明の実施の形態２の変形例にかかる導光板の斜視図 本発明の実施の形態２の変形例にかかる導光板の上面図 本発明の実施の形態２の変形例にかかる導光板のＹ６−Ｙ６線における断面図 ＬＥＤを採用した従来例にかかるエッジライト方式のバックライトユニットの斜視図 従来例にかかる導光板の斜視図 従来例にかかる導光板の上面図 従来例にかかる導光板のIII−III断面図 従来例にかかる導光板のIV−IV断面図 本発明の実施の形態３にかかる導光板の断面図 本発明の実施の形態３にかかる導光板を分割発光させた場合の輝度を表す図 本発明の実施の形態１にかかる導光板を分割発光させた場合の輝度を表す図 本発明の実施の形態３にかかる導光板の上面図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１〜図１５を参照しながら説明する。

図１は、実施の形態１にかかる面光源装置を示す断面図である。図１に示すように、面光源装置は、導光板１と、拡散シート２と、プリズムシート３と、光学シート４と、反射シート５と、ＬＥＤ６と、を備える。導光板１は、透明樹脂（例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート）等を材料として形成されている。導光板１の上方には、導光板１の上面から出射される光を拡散させる拡散シート２が設けられる。拡散シート２は、透明な樹脂などのシートの内部に屈折率の異なる材料を分散させるか、透明なシートの上に透明な球状の材料を分散させるか、若しくは透明なシートの表面に凹凸を形成することによって構成される。拡散シート２から出射される光は、広い角度に広がった配向分布を有するため、視認方向に向いていないものが多い。

そこで、拡散シート２から出射された光を視認方向に集光させて高輝度化を図るため、拡散シート２の上方にプリズムシート３（指向性シート）が設けられており、さらに高輝度化を図るために、プリズムシート３の上方に光学シート４が設けられている。

反射シート５は、導光板１の下面および後述する点状光源のＬＥＤ６を覆うようにして配置され、光を出射面１１の方向に反射させる。反射シート５は例えば、透明な樹脂シートの内部に数μｍ〜数１０μｍ程度の気泡を密に分散させるか、樹脂シート、金属板等に銀、アルミなどの反射率の高い材料を蒸着することによって構成されている。

ＬＥＤ６は点状光源であり、図１に示すように、導光板１の短辺側２箇所の側面近傍にそれぞれ複数個並べて設けられている。実施の形態１においては、片側で７０個、両側で１４０個のＬＥＤ６を等間隔に配置している。また、導光板１の厚み方向の中心とＬＥＤ６の厚み方向の中心は一致するようにしている。

（導光板１の詳細について）
次に、導光板１の形状の詳細について、図２から図１２を用いて説明する。

図２は、導光板１の外観を示す。図２に示すように、導光板１は、略直方体形状に形成され、図１に示されるＬＥＤ６から出射された光が入射する入射面１０と、入射面１０から入射した光を出射する出射面１１と、出射面１１に対向する面であるとともに、入射面１０から入射した光を出射面１１に向けて伝播反射させる伝播反射面１２と、これらの面に隣接する側面１３とを備える。これらの面は全て、光学平面に仕上げられている。図２に示すように、入射面１０に平行で側面１３に垂直な方向をＸ方向、入射面１０に垂直で側面１３に平行な方向をＹ方向、入射面１０に平行で出射面１１に垂直な方向をＺ方向とする。

図２のＡ部の詳細を図３にて説明する。図３に示すように、伝播反射面１２には、Ｘ方向に延びるプリズム溝１２ａが複数配置されている。プリズム溝１２ａを入射面１０に垂直な平面で見たときの断面はＶ字状である。また、プリズム溝１２ａの深さは、導光板１の中央で最大とし入射面１０に向かうにつれて連続的に浅くなるように構成されている。実施の形態１においては、プリズムピッチ（Ｐｉｔｃｈ ｏｆ Ｐｒｉｓｍ）を５００μｍ、プリズム溝１２ａの深さを４μｍから７０μｍの範囲で定義している。

図４は、伝播反射面１２での概略光路図を示す。図４に示すように、プリズム溝１２ａを設けることにより、光がプリズム溝１２ａに当たって光の伝播反射方向を変化させることができる。また、上述のようにプリズム溝１２ａの深さを（Ｙ方向において）増減させることによって、プリズム溝１２ａに形成される斜面の面積を増減させ、出射面１１側に伝播反射させる光量を変化させることができる。

図５は、図２のＹ１−Ｙ１線の断面における、バックライトユニットから出射される光の輝度分布を示す。プリズム溝１２ａの深さを導光板１の中央部では深くし入射面１０付近では浅く設定しているため、図５に示されるように、導光板１の中央部ほど輝度が高くなっている。このように、プリズム溝の形状を調節することにより、出射される光の輝度分布を変化させることができる。

図３に示すように、出射面１１には、入射面１０と隣接し、入射した光を拡散させながら伝播させる伝播領域１１ａと、Ｙ方向にて伝播領域１１ａと隣接し、伝播された光を拡散させながら伝播する伝播補助領域１１ｂと、Ｙ方向にて伝播補助領域１１ｂと隣接し、伝播された光を拡散させながら伝播する第１拡散伝播領域１１ｃと、Ｙ方向にて第１拡散伝播領域１１ｃと隣接し、伝播された光を拡散させながら伝播する第２拡散伝播領域１１ｄとが形成されている。

伝播領域１１ａは、プリズム突起を有さず、光学平面に仕上げられた平面で構成される平面部であり、表面粗さはＲｔ＝０．０３以下で定義されている。伝播領域１１ａにはプリズム突起が存在しないため、光は伝播領域１１ａでほとんど全反射して、伝播補助領域１１ｂへ伝播する。このように、伝播領域１１ａにおいては、入射光量に対する視認方向への出射光量が少なくなるため、視認方向への出射光量は伝播領域１１ａを除く３つの領域（伝播補助領域１１ｂ、第１拡散伝播領域１１ｃ、第２拡散伝播領域１１ｄ）によって略定まる。

ここで、一般的な導光板においてＬＥＤ設置ピッチが広くなることに起因して発生する暗部発生箇所の概略図を図６に示す。図６に示すように、ＬＥＤ６の設置間隔Ｌ１００が広くなると入射面付近に暗部Ａ２が発生しやすい。本実施の形態１では、このような暗部Ａ２の発生を防止するために、出射面１１において入射面１０に隣接する領域に伝播領域１１ａを設けている。伝播領域１１ａを設けることにより、光源からの熱によって導光板１が伸縮する影響を有効発光領域（本実施の形態１では第１拡散伝播領域１１ｃと第２拡散伝播領域１１ｄ）に与えないようにすることができ、さらに、ＬＥＤ配置位置および指向特性に依存して発生する暗部Ａ２を有効発光領域外である伝播領域１１ａに収めることができる。

次に、伝播領域１１ａの範囲の設定について詳細に説明する。図７は、導光板１の入射面１０付近を出射面１１側から見たときにＬＥＤ６から出た光の光路を示す。図７において、線ＲはＬＥＤ６の指向特性の半値角から出射された光線である。ここで、出射面１１において線Ｒと入射面１０によって囲まれた領域である交差部Ａ２２は、図６で示された暗部Ａ２に含まれ、ＬＥＤ６の配置位置および指向特性に依存して発生する。図７に示すように、ＬＥＤ設置ピッチＬｐ、ＬＥＤ単体の幅Ｌｗ、およびＬＥＤの指向性によって、交差部Ａ２２および暗部Ａ２の範囲は変化する。

図８は、Ａ２３部の拡大詳細図を示す。図７、８に示すように、ＬＥＤ６から導光板１への入射角をθｉ、屈折角をθｒ、ＬＥＤ６から導光板１までの間の屈折率をｎ１、導光板１内の屈折率をｎ２、ＬＥＤ６から入射面１０までの距離をＬｄ１、入射面１０から交差部Ａ２２までの距離（暗部発生距離）をＬｄとすると、スネルの法則から、以下の式が導かれる。

この式を展開すると、さらに以下の式が導かれる。

この式から分かるように、伝播領域１１ａの範囲は、暗部発生距離Ｌｄを目安に設定すればよい。

図３に示すように、伝播補助領域１１ｂ、第１拡散伝播領域１１ｃおよび第２拡散伝播領域１１ｄにはプリズム突起が形成されている。第１拡散伝播領域１１ｃおよび第２拡散伝播領域１１ｄをプリズム部（第１プリズム部および第２プリズム部）と呼ぶ。導光板１を上方（Ｚ方向）から見たとき、プリズム突起は、入射面１０に垂直な方向（Ｙ方向）に延びるとともに、伝播反射面１２に形成されたプリズム溝１２ａと直交する方向に延びるように形成される。

図９は、図２のＡ部における導光板１の上面図を示す。図９に示すように、伝播補助領域１１ｂに形成されるプリズムの尾根１１ｂ１、第１拡散伝播領域１１ｃに形成されるプリズムの尾根１１ｃ１、および第２拡散伝播領域１１ｄに形成されるプリズムの尾根１１ｄ１は相互に接続しており、連続した尾根が形成されている。

導光板１の形状を異なる角度から見るため、図１０に、図９のＹ２−Ｙ２線における導光板１の断面図を示し、図１１に、図９のＸ１−Ｘ１線における導光板１の断面図を示す。導光板１の詳細な形状については後述する。

（出射面４１１にプリズム突起が形成されない場合）
図１２は、出射面４１１がプリズム突起の形成されない平面として構成される場合において、導光板４０１を入射面４１０に平行な断面（ＸＺ断面）で見たときの光路図を示す。

図１２に示すように、出射面４１１にプリズム突起が形成されない場合、ＬＥＤ６から入射した光は入射面４１０を通じて導光板１に入り、導光板４０１内で反射・屈折を繰り返した後、正面方向に対して広がりを持った状態で出射面４１１から出射される。分割発光させた際には、この光の広がりによって不要な範囲にまで光が出射してしまい、光の特性を悪化させる要因となっている。この結果として導光板４０１の出射面４１１に生じる現象について、出射面４１１の上方（Ｚ方向）から見た図を図１３に示す。

図１３は、出射面４１１全体が平面部分として形成され、プリズム突起が形成されない場合において、出射面４１１に発生する目玉Ａ３・明線Ａ４を示す。

まずは、入射面４１０近傍の領域に発生する目玉Ａ３について説明する。図１２に示すように、出射面４１１においてＬＥＤ６の正面方向（Ｙ方向）に近いほど、光の入射角が小さくなる傾向があり、光が取り出されやすい。一方で、ＬＥＤ６の正面方向から離れるほど、入射角が大きくなって光が全反射するため、光が取り出されにくくなる。したがって、図１３に示すように、出射面４１１における入射面４１０近傍の領域では、ＬＥＤ６の正面方向に集中して光が取り出されることにより、周囲よりも明るい部分である目玉Ａ３が生じる。一方で、入射面４１０からある程度の距離においては、ＬＥＤ６の指向性の影響により光の強さに不均衡が生じることに起因して、光が強くなるＬＥＤ６の正面方向に明線Ａ４が発生する。なお、さらにある程度の距離になると他のＬＥＤから出射される光の影響を受けて光の強さが平均化されるため、明線Ａ４は消えていく。このように、目玉Ａ３および明線Ａ４は、ＬＥＤ６の指向性に大きく依存して発生するものであり、いずれも出射面４１１全体にプリズム突起が形成されない場合にはＬＥＤ６の正面方向に発生する。また、ＬＥＤ設置ピッチが広くなったり、ＬＥＤ１つ当たりの全光束が高くなるに連れて、目玉Ａ３・明線Ａ４の領域とその周囲の領域との明暗差はさらに大きくなる。

（出射面５１１の有効発光領域の全面にプリズム突起が形成される場合）
一方、図１４は、出射面５１１の有効発光領域の全面にプリズム突起が形成される場合（有効発光領域に平面部分が存在しない場合）において、導光板５０１を入射面５１０に平行な断面（ＸＺ断面）で見たときの光路図を示す。

図１４に示すように、プリズム突起が出射面５１１の有効発光領域の全面に形成される場合において、ＬＥＤ６から入射した光は入射面５１０を通じて導光板５０１内部に入って反射・屈折を繰り返し、その多くが出射面５１１の正面方向に集光された状態にて出射面５１１から出射される。したがって、出射面５１１にプリズム突起が形成されない場合に比べて、分割発光させた際に不要な範囲への出射光量が減り、光の直進性が向上し、分割発光特性が向上する。しかしながら、このような場合においても、上述したような目玉・明暗線が発生する。

図１５は、プリズム突起が出射面５１１の有効発光領域の全体に形成される場合に発生する目玉Ａ５、明線Ａ６を示す。このような一様にプリズム突起が形成される場合には、プリズム突起が形成されない場合と異なり、図１５に示すように、ＬＥＤ６の正面方向に近い箇所（上述のＡ３部に相当）では光が全反射し、ＬＥＤ６の正面方向から離れたＡ５部では光は全反射せずに出射面から取り出される。したがって、目玉Ａ５は、図１５に示すようにＬＥＤ６の正面方向からずれた位置にて発生する。一方で、明線Ａ６は、プリズム突起の有無を問わず、ＬＥＤ６の正面方向に発生する。ＬＥＤ設置ピッチが広くなったり、ＬＥＤ１つ当たりの全光束が高くなるに連れて、目玉Ａ５・明線Ａ６の領域とその周囲の領域との明暗差はさらに大きくなる。

（出射面１１の有効発光領域に、プリズム突起がある部分とない部分の両方が存在する場合）
図９に示すように、導光板１において、第２拡散伝播領域１１ｄには、平面部分は存在せずプリズム突起のみが存在するが、伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃには、プリズム突起がある部分とない部分（平面部分）の両方が存在し、それぞれの部分はＸ方向において交互に形成されている。

図１６は、伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃを入射面１０に平行な断面（ＸＺ断面）で見たときの光路図を示す。伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃでは、プリズム突起が形成されていることにより、プリズム突起が形成されない場合に比べて光の直進性が向上し、分割発光特性が向上する。

また、目玉・明暗線は光の強弱によって視認されるものであり、目玉の発生位置はプリズム突起の有無によって異なる。したがって、伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃに形成されるプリズム突起の高さをある範囲から滑らかに変化させることにより、プリズム突起の斜面の角度を変化させて光の出射方向を制御し、光の強さの均一化を図る。こうすることにより、目玉・明暗線の発生を防止することができる。

具体的には、図１０において、伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃのプリズム高さを入射面１０から遠くなるほど（Ｙ方向において）増加させており、第２拡散伝播領域１１ｄのプリズム高さは一定としている。実施の形態１においては、伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃの境界における高さＨ１を１５μｍとし、第２拡散伝播領域１１ｄの高さＨ２を５０μｍとしている。また、Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂ、Ｌ１１ｃ、Ｌ１１ｄの長さはＬ１１ｂ≦Ｌ１１ａ≦Ｌ１１ｃ＜Ｌ１１ｄの関係を満足する。Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂ、Ｌ１１ｃは、主に出射面１１の目玉・明暗線の発生を防止する役割を持ち、Ｌ１１ｄは、主に導光板１の視野角特性を制御する役割を持つ。

Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂ、Ｌ１１ｃ、Ｌ１１ｄの役割について、さらに詳細に説明する。Ｌ１１ａは、ＬＥＤ設置ピッチおよびＬＥＤの指向性に起因する目玉の発生や光源からの熱の影響による導光板の伸縮の影響を防ぐ役割を持つ。Ｌ１１ｂは、目玉の発生を抑制するためにＬ１１ｃの補助をする役割を持ち、ＬＥＤの指向性が強い場合により有効である。Ｌ１１ｃは、目玉・明暗線を抑制するだけでなく、プリズム突起に斜面が形成されていることにより、プリズム突起の有無によって視認される境界線を見えなくして画像の品質を向上させることができる。Ｌ１１ｄは、目玉・明暗線が発生しない範囲の光の出射方向を正面方向に集光させることができる。

実施の形態１においては、Ｌ１１ｂの傾きはＬ１１ｃの傾きよりも大きく設定されている。Ｌ１１ａ、Ｌ１１ｂ、Ｌ１１ｃの長さはそれぞれ、約７．５ｍｍ、約２ｍｍ、約３０ｍｍとしている。また、ＬＥＤ設置ピッチが短いほどＬ１１ａの長さを短くすることができ、ＬＥＤ設置ピッチが長いほどＬ１１ａの長さを長くする。Ｈ１、Ｌ１１ｂ、Ｌ１１ｃの長さについても、ＬＥＤ設置ピッチおよびＬＥＤ１個当たりの有する全光束によって適宜変化させる。実施の形態１においては、おおよそ、Ｌ１１ａ：Ｌ１１ｂ：Ｌ１１ｃ：Ｌ１１ｄ＝４：１：１５：２００である。また、図１１に示すように、出射面１１のプリズム形状の配置ピッチＰは１００μｍ、頂角θ４は約９０°としている。

以上のように、本実施の形態１にかかる導光板１によれば、平面部分である伝播領域１１ａは、光源からの熱による導光板の伸縮を抑制し、さらに、目玉を有効発光領域外に収めることにより目玉の発生を抑制する。また、伝播補助領域１１ｂおよび第１拡散伝播領域１１ｃは、斜面の形成されたプリズム突起が平面部分と混在して形成されていることにより、出射光を均一化して目玉・明暗線の発生を抑制するとともに、プリズム突起の境界線の視認性を下げて画像の品質を向上させる。また、プリズム突起が全面に形成された第２拡散伝播領域１１ｄは、光の出射方向を正面方向に集光させる。このように各プリズム突起を設定することによって、分割発光性および光の利用効率を損なうことなく、目玉・明暗線を抑制することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２にかかる面状光源装置について、図１７〜図２１を参照しながら説明する。

本実施の形態２にかかる面状光源装置は、実施の形態１にかかる面状光源装置と比較して、導光板２１の出射面３１の形状のみが異なり、その他の構成は上記実施の形態１と同様である。具体的には、プリズム突起のグループ（Ｇｒｏｕｐ）を２つ設け、そのグループの配置割合をＬＥＤ設置ピッチおよびＬＥＤ１つ当たりの有する全光束によって変化させるというものである。図１７は、本実施の形態２にかかる導光板２１を示し、図１８、１９はそれぞれ、図１７のＢ部における導光板２１の斜視図および上面図である。

図１８に示すように、２グループのプリズム突起とは、導光板２１からの光の出射方向を制御する役割を有する、伝播補助領域３１ｂと第２拡散伝播領域３１ｄとを含むプリズム突起グループＧ１と、第１拡散伝播領域３１ｃと第２拡散伝播領域３１ｄとを含むプリズム突起グループＧ２である。これらプリズム突起グループＧ１、Ｇ２の配置割合を変化させることによって、局所的に光の出射方向変化させることができ、分割発光特性の向上および目玉・明暗線の抑制が可能となる。プリズム突起についての詳細な説明は後述する。

図１９に示すように、プリズム突起グループＧ１において、伝播補助領域３１ｂに形成されるプリズムの尾根３１ｂ１および第２拡散伝播領域３１ｄに形成されるプリズムの尾根３１ｄ１は相互に接続している。同様に、プリズム突起グループＧ２において、第１拡散伝播領域３１ｃに形成されるプリズムの尾根３１ｃ１および第２拡散伝播領域３１ｄに形成されるプリズムの尾根３１ｄ１も相互に接続している。

図２０は、図１９のＹ３−Ｙ３線の断面図（プリズム突起グループＧ１）、図２１は、図１９のＹ４−Ｙ４線の断面図（プリズム突起グループＧ２）を示す。図１９のＹ−Ｙ方向の断面は、上記実施の形態１と同様の形状である。

図２０を用いて、プリズム突起グループＧ１のプリズム突起形状について説明する。図２０に示すように、伝播補助領域３１ｂのプリズム高さは入射面３０から遠くなるほど（Ｙ方向において）増加させており、第２拡散伝播領域３１ｄのプリズム高さは一定としている。実施の形態２においては、第２拡散伝播領域３１ｄの高さＨ６を５０μｍとしている。また図２１に示すＬ３１ａ、Ｌ３１ｂ、Ｌ３１ｃ、Ｌ３１ｄ、Ｌ３１ｅ，Ｌ３１ｆの長さはＬ３１ｂ≦Ｌ３１ａ≦Ｌ３１ｃ＜Ｌ３１ｄ、Ｌ３１ｅ＝Ｌ３１ｃ＋Ｌ３１ｄ、Ｌ３１ａ＝Ｌ３１ｂ＋Ｌ３１ｆの関係を満足する。Ｌ３１ｂ、Ｌ３１ｆは、主に入射面の目玉・明暗線を制御する役割を持ち、Ｌ３１ｅは、主に導光板の視野角特性を制御する役割を持つ。具体的な作用については、上記実施の形態１で示したものと同じである。

次に、図２１を用いてプリズム突起グループＧ２のプリズム突起形状について説明する。図２１に示すように、第１拡散伝播領域３１ｃのプリズム高さを入射面３０から遠くなるほど増加させており、第２拡散伝播領域３１ｄのプリズム高さは一定としている。実施の形態２においては、第１拡散伝播領域３１ｃの初期高さＨ５を０μｍとし、Ｈ６を５０μｍとしている。ただし、Ｈ５は０μｍに限られず、１〜５０μｍまで可変である。また、Ｌ３１ａ、Ｌ３１ｃ、Ｌ３１ｄの長さはＬ３１ａ≦Ｌ３１ｃ＜Ｌ３１ｄの関係を満足する。Ｌ３１ａ、Ｌ３１ｃは、主に入射面３０の目玉・明暗線を制御する役割を持ち、Ｌ３１ｄは、主に導光板２１の視野角特性を制御する役割を持つ。

図２０に示す断面形状を有するプリズム突起と図２１に示す断面形状を有するプリズム突起の配置する割合（図１８では１：１）や、Ｈ５、Ｈ６、Ｌ３１ｂ、Ｌ３１ｃの長さは、ＬＥＤ設置ピッチおよびＬＥＤ１個当たりが有する全光束の変化によって適宜変化させる。そうすることによって、光の強度の均一化を一層図ることができ、分割発光特性および、光の利用効率を損なうことなく、目玉・明暗線を抑制することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３にかかる面状光源装置について、図３３、３４Ａ、３４Ｂ、３５を参照しながら説明する。

本実施の形態３にかかる面状光源装置は、実施の形態１にかかる面状光源装置と比較して、導光板のプリズム突起の形状のみが異なり、その他の構成は上記実施の形態１と同様である。具体的には、本実施の形態３における各領域に配置されたプリズム突起の上端には湾曲部Ｗが形成されている。図３３は、本実施の形態３にかかる導光板８１のプリズム突起の断面を示す。

図３３に示すように、導光板８１のプリズム突起の延在方向に垂直な断面で見たときに、プリズム突起の上端には湾曲部Ｗが形成されており、湾曲部Ｗを除くプリズム突起の側面部分は直線部Ｓ（直線部Ｓ１およびＳ２）としてそれぞれ形成されている。各プリズム突起は、直線部Ｓにて隣のプリズム突起に隣接している。

本実施の形態３によれば、プリズム突起の上端に湾曲部Ｗが形成されることにより、導光板８１から出射する光の出射方向が分散されやすくなる。したがって、図１１に示すようにプリズム突起が直線部Ｓのみで形成される場合に比べて、輝度のばらつきを小さくすることができ、輝度を均一化することができる。

以下に、上述した構成のプリズム突起を有する導光板８１と、実施の形態１にかかる導光板１とをそれぞれ分割発光させた場合の輝度について比較を行う。

図３４Ａは、本実施の形態３にかかる導光板８１（図３３）を分割発光させた場合の正面輝度を示し、図３４Ｂは、実施の形態１にかかる導光板１（図１１）を分割発光させた場合の正面輝度を示す。図３４Ａ、３４Ｂはともに、図３５に示すように、発光部Ｉ_１に配置された特定のＬＥＤ６を発光させることにより、平均正面輝度が１００００ｃｄ／ｍ^２となるように特定の分割発光範囲Ｉ_２を分割発光させた場合の輝度を示す。図３４ＡのＸ軸は、図３５に示す導光板８１の側面８２からの距離（ｍｍ）を表すとともに、図３４ＡのＹ軸は、正面側から測定した正面輝度（ｃｄ／ｍ^２）を表す。なお、実施の形態１にかかる導光板１のプリズム突起の上端の角度（２本の直線部が成す角度）は９０度に設定されている。

図３４Ａに示すように、本実施の形態３にかかる導光板８１においては、分割発光範囲Ｉ_２（Ｘが例えば７０ｍｍ（Ｘ１）〜１３０ｍｍ（Ｘ２）の範囲）における輝度差の最大値（最大輝度差）は約１００００ｃｄ／ｍ^２である。それに対して、図３４Ｂに示すように、実施の形態１にかかる導光板１においては、最大輝度差は約１６０００ｃｄ／ｍ^２である。この結果から明らかなように、本実施の形態３にかかる導光板８１によれば、プリズム突起の上端に湾曲部Ｗが形成されていることにより、実施の形態１のようにプリズム突起が直線部Ｓのみで形成される場合に比べて輝度のばらつきを小さくすることができる。したがって、輝度の均一化を実現することができる。

さらに、プリズム突起の延在方向に垂直な断面における湾曲部Ｗの長さＷ_１および同じ断面における直線部Ｓの長さＳ_１の割合であるＷ_１／Ｓ_１と、導光板の最大輝度差との関係を表１に示す。表１における実施例３は本実施の形態３に対応し、実施例５は実施の形態１に対応する。

表１からわかるように、Ｗ_１／Ｓ_１を０．３以上とすると、最大輝度差を１００００（ｃｄ／ｍ^２）以下にすることができ、輝度の均一化を図ることができる。一方で、Ｗ_１／Ｓ_１が１を超えると、光の出射方向の広がりが大きくなりすぎて不必要な範囲にまで光が出射する場合があり、分割発光性が悪くなる。これにより、Ｗ_１／Ｓ_１の値は分割発光特性上、０．３以上１．０以下が好ましいということがわかる。

なお、本実施の形態３では、各プリズム突起にそれぞれ湾曲部が形成される場合について説明したが、例えば、湾曲部のみで形成されるプリズム突起と、直線部のみで形成される突起プリズムとをそれぞれ備えることにより、全体として湾曲部と直線部とを混在させる場合であっても良い。

また、本実施の形態３では、伝播補助領域、第１拡散伝播領域および第２拡散伝播領域を含む各領域のプリズム突起が湾曲部を有する場合について説明したが、これに限らず例えば、一部の領域におけるプリズム突起のみに湾曲部が形成され、その他の領域におけるプリズム突起には湾曲部が形成されずに直線部のみが形成される場合であっても良い。

以上のように本発明によれば、エッジライト式バックライトにおいて、使用するＬＥＤの個数およびＬＥＤ設置ピッチに応じてＬＥＤからの入射面近傍の出射面形状を変化させることにより、光の利用効率を損なうことなく、ＬＥＤの配置間隔に依存せずに、必要最小限のＬＥＤ個数で分割発光性を損なわず、省電力でＬＥＤから光を効率よく取り出すことができ、さらに、目玉・明暗線をなくすことにより均一性を損なわない導光板を実現することができる。また、分割発光性においては導光板の短手方向の特性で約２５％改善することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、上記実施の形態１、２において、伝播補助領域１１ｂ、３１ｂがない構成を採用しても良い。

図２２、２３は、上記実施の形態１について伝播補助領域１１ｂがない場合の変形例にかかる導光板４１の斜視図および上面図であり、図２４は、図２３のＹ５−Ｙ５線における導光板４１の断面図である。また、図２３のＸ３−Ｘ３線における導光板４１の断面図は、上記実施の形態１にかかる図１１と同じである。

さらに、図２５、２６は、上記実施の形態２について伝播補助領域３１ｂがない場合の変形例にかかる導光板６１の斜視図および上面図であり、図２７は、図２６のＹ６−Ｙ６線における導光板６１の断面図であり、同様に、図２６のＸ４−Ｘ４線における導光板６１の断面図は、上記実施の形態１にかかる図１１と同じである。

上記変形例は、伝播補助領域１１ｂ、３１ｂがないという点以外は上記実施の形態１、２と同様であるため、各構成要素の詳細な説明については省略する。有効発光領域外に配置される伝播補助領域１１ｂ、３１ｂは、有効発光領域に対して微小な範囲であり、導光板１、２１の品質に大きく影響を与えるものではないが、伝播補助領域１１ｂ、３１ｂを形成しない構成とすることにより、伝播補助領域１１ｂ、３１ｂにて生じる微小な光のロスを防止することができる。

また、上記実施の形態および変形例では、ＹＺ断面で見たときにプリズム突起の各プリズム尾根が直線として形成される場合について説明したが、直線を含む曲線として形成される場合であっても良い。また、入射面に平行な断面におけるプリズム突起の断面形状がＶ字形状である場合について説明したが、その他様々な形状を採用しても良い。

また、図中に示した光路や各構成要素の縮尺等は、説明のために模式的に表されており実際の光路や縮尺等とは一致しない。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２０１１年７月５日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１１−１４９２９８号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

液晶テレビ、ノートパソコン等のバックライト、照明装置の発光装置

１ 導光板
２ 拡散シート
３ プリズムシート
４ 光学シート
５ 反射シート
６ ＬＥＤ
１０、３０ 入射面
１１、３１ 出射面
１２、３２ 伝播反射面
１１ａ、３１ａ 伝播領域
１１ｂ、３１ｂ 伝播補助領域
１１ｃ、３１ｃ 第１拡散伝播領域
１１ｄ、３１ｄ 第２拡散伝播領域

Claims (10)

1. 複数の点光源から出射された光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面と、前記出射面に対向する面であるとともに、前記入射面から入射した光を前記出射面に向けて伝播反射させる伝播反射面と、を有する導光板であって、
   前記伝播反射面には、前記入射面に平行に延びる複数のプリズム溝が形成され、
   前記出射面において前記入射面と隣接する領域にある平面部は、平面部分として形成され、
   前記出射面において前記平面部と隣接する領域にある伝播補助領域は、前記入射面に垂直に延びる複数の傾斜したプリズム突起および平面部分がそれぞれ前記入射面に平行な方向において交互に形成され、
   前記出射面において前記伝播補助領域と隣接する領域にある第１プリズム部は、前記入射面に垂直に延びる複数の傾斜したプリズム突起および平面部分がそれぞれ前記入射面に平行な方向において交互に形成され、
   前記出射面において前記伝播補助領域とは隣接せずに前記プリズム部と隣接する領域にある第２プリズム部は、平面部分が形成されず前記入射面に垂直に延びる複数の高さが一定のプリズム突起が形成され、
   前記伝播補助領域のプリズム突起の尾根の傾斜と、前記第１プリズム部のプリズム突起の尾根の傾斜とが、変化している、導光板。
2. 各領域における前記プリズム突起の上端には湾曲部が形成されている、請求項１に記載の導光板。
3. 前記プリズム突起において、湾曲部の長さが直線部の長さに対して、０．３以上１．０以下の範囲である、請求項２記載の導光板。
4. 前記伝播補助領域のプリズム突起の尾根と前記第１プリズム部のプリズム突起の尾根は連続して形成され、
   前記伝播補助領域のプリズム突起の尾根の傾きは、前記第１プリズム部のプリズム突起の尾根の傾きより大きい、請求項１記載の導光板。
5. 前記プリズム突起の高さは、前記入射面から前記導光板の中央に向かって一定もしくは連続的に増加する、請求項１から４のいずれか１項に記載の導光板。
6. 前記プリズム突起の各プリズム尾根は、直線を含む曲線で形成される、請求項１から５のいずれか１項に記載の導光板。
7. 前記プリズム突起の前記入射面に平行な断面における断面形状はＶ字形状である、請求項１から６のいずれか１項に記載の導光板。
8. 前記プリズム溝は、前記導光板の中央で溝深さを最大とし前記入射面に向かうにつれて連続的に浅く形成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の導光板。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の導光板と、複数の点光源と、を備える、バックライトユニット。
10. 請求項１から８のいずれか１つに記載の導光板と、少なくとも１つの拡散シートと、少なくとも１枚のプリズムシートと、前記導光板からの光を制御する複数の光学シートと、前記導光板を挟んで前記拡散シートの反対側に設けられるとともに前記出射面へ光を反射させる反射シートと、ＬＥＤと、を備える、面光源装置。

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