JP2013171677A - 導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】入射面近傍において局所的に輝度が高くなる現象が発生することを低減できる導光板並びにその導光板を含む面光源装置及び透過型画像表示装置を提供する。
【解決手段】導光板３０は、透光性材料から形成され、光が入射される側面３０ｃと、側面３０ｃと交差する面であり、側面３０ｃから入射した光を反射させるための凸部３３が複数設けられる反射面３０ｂと、反射面３０ｂとは反対側の面であり、光が出射される出射面３０ａと、を備えている。反射面３０ｂに設けられる凸部３３の被覆率が、側面３０ｃ近傍において３０％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は導光板、面光源装置及び透過型画像表示装置に関する。

液晶表示装置等の透過型画像表示装置は、一般に、液晶表示パネルといった透過型画像表示部の背面側に配置され、透過型画像表示部にバックライトを供給する面光源装置を有する。このような面光源装置としてエッジライト型の面光源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

エッジライト型の面光源装置は、透光性を有する導光板と、導光板の側方に配置され、導光板の側面に光を供給するための光源とを備える。導光板の背面側には、光を反射させる反射部としてのプリズム部が、光の入射方向に対し直交する方向に延在すると共に相互に平行に複数設けられている。この構成では、光源から出射された光は、光源と対向する導光板の側面から導光板内に入射され、導光板内を全反射しながら伝搬する。導光板の背面側には、プリズム部が複数形成されているので、当該プリズム部で反射した光は導光板の透過型画像表示部側の出射面から出射される。特許文献１に記載の導光板には、背面の全面にわたり、プリズム部が形成されている。

特開２００７−２２０３４７号公報

しかしながら、このような導光板を備えた面光源装置では、入射面近傍において、周辺の領域と比べ輝度が相対的に高くなる領域が局所的に現れる、いわゆるホットスポット現象が発生する場合がある。

そこで、本発明の主な目的は、入射面近傍において相対的に輝度が高くなる領域が局所的に現れる現象が発生することを低減できる導光板、これを備えた面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することにある。

本発明に係る導光板は、透光性材料から形成される導光板であって、光が入射される入射面と、入射面と交差する面であり、入射面から入射した光を反射させるための反射部が複数設けられる反射面と、反射面とは反対側の面であり、光が出射される出射面と、を備え、反射面に設けられる反射部の、入射面と略直交する方向である光入射方向における被覆率が、入射面近傍において３０％以下である。

上記構成の導光板では、入射面から入射した光は、導光板内を全反射しながら伝搬する。導光板内を伝搬する光が反射面に設けられた反射部に入射すると、当該反射部により全反射条件と異なる条件で反射する。よって、反射部で反射した光は出射面から出射される。反射面に形成されている複数の反射部が、上記条件を満たす被覆率で設けられているので、入射面に近い入射面近傍において発生する、いわゆるホットスポット現象の発生を低減させることができる。

本発明に係る導光板では、反射面における反射部の被覆率が３０％以下の領域を、入射面からの距離が光入射方向における反射面の長さの１％以上５％以下の領域とすることができる。

本発明に係る導光板では、少なくとも、透光性材料に拡散剤が添加されているか、又は、出射面にエンボス加工が施されていてもよい。これにより、出射面から出射される光の輝度均斉度を高めることができる。

本発明に係る導光板では、反射部は出射面とは反対側に突出しており、入射面の長手方向と略平行な方向に延在すると共に、延在方向に略直交する方向に並列配置されていてもよい。このとき、当該反射部を、レンチキュラーレンズとすることができる。

本発明に係る導光板では、反射部は、出射面とは反対側に突出し、ドット状に形成されていてもよい。このとき、当該反射部を、マイクロレンズとすることができる。

本発明に係る面光源装置は、上記導光板と、導光板の入射面に対向して設けられた光源部と、を備えている。

本発明に係る透過型画像表示装置は、上記導光板と、導光板の入射面に対向して設けられる光源部と、導光板の出射面に対向して設けられており、当該出射面から出射される光により照明され画像を表示する透過型画像表示部と、を備えている。

上記構成の光源装置及び透過型画像表示装置において、導光板の入射面から入射した光は、導光板内を全反射しながら伝搬する。導光板内を伝搬する光が反射面に設けられた反射部に入射すると、当該反射部により全反射条件と異なる条件で反射する。反射部で反射した光は導光板の出射面から出射される。導光板の反射面には、複数の凸部が上記条件を満たす被覆率で設けられているので、入射面近傍において発生する、いわゆるホットスポット現象の発生を低減させることができる。この結果、この導光板を備えた面光源装置及び透過型画像表示装置では、入射面近傍において相対的に輝度が高くなる領域が局所的に現れる現象が発生することを低減できる。

本発明によれば、入射面近傍において相対的に輝度が高くなる領域が局所的に現れる現象が発生することを低減できる。

本発明に係る導光板の一実施形態を適用した透過型画像表示装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す導光板の斜視図である。 入射面近傍の領域を説明する説明図である。 凸部の外形形状の一例を説明するための説明図である。 凸部の外形形状の一例を説明するための説明図である。 本発明に係る導光板の他の実施形態を示し、凸部が形成された背面を示す平面図である。 図５に示す凸部の外形形状の一例を説明するための図面であり、凸部を含む導光板の断面構成の模式図である。 シミュレーションモデルを示す模式図である。 点状光源の指向特性の一例を示す図面である。 凸部の被覆率を４０％としたときの、入射面から１０ｍｍの位置におけるＹ軸方向の出射輝度を示すグラフである。 輝度均斉度と被覆率設定領域における凸部の被覆率との関係を示すグラフである。 実験例１を説明するための面光源装置の概略構成を示す模式図である。 実験例１において、矢印Ｂの位置のＹ軸方向における出射輝度の測定値を示したグラフである。 輝度均斉度と被覆率設定領域における凸部の被覆率との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、説明中、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係る導光板の一実施形態を適用した透過型画像表示装置の概略構成を示す模式図である。図１では、透過型画像表示装置１の断面構成を分解して示している。透過型画像表示装置１は、携帯電話や各種電子機器の表示装置やテレビ装置として好適に利用することができる。

透過型画像表示装置１は、透過型画像表示部１０と、透過型画像表示部１０に供給するための面状の光を出力する面光源装置２０と、を備える。以下、説明の便宜のため、図１に示すように、面光源装置２０に対して、透過型画像表示部１０が配列されている方向をＺ軸方向と称する。また、Ｚ軸方向に直交する二つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向と称する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する。

透過型画像表示部１０は、面光源装置２０に含まれる導光板３０から出射される面状の光で照明されることによって画像を表示する。透過型画像表示部１０の例は、液晶セル１１の両面に直線偏光板１２，１３が配置された偏光板貼合体としての液晶表示パネルである。この場合、透過型画像表示装置１は、液晶表示装置（又は液晶テレビ）である。液晶セル１１及び偏光板１２，１３は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置で用いられているものを用いることができる。液晶セル１１の例は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶セルやＳＴＮ（SuperTwisted Nematic）型の液晶セルなどである。

面光源装置２０は、透過型画像表示部１０に対するバックライトを供給するエッジライト型のバックライトユニットである。面光源装置２０は、導光板３０と、導光板３０における側面３０に対向して配置された点状光源（光源部）２１とを備える。

点状光源２１は、導光板３０における１つの側面である側面３０ｃに対向して配置されおり、Ｙ方向に沿ってライン状に複数配列されている。点状光源２１の例は、発光ダイオードである。点状光源２１は、導光板３０に光を効率的に入射するために、導光板３０とは反対側に、光を反射させるリフレクターを備えていてもよい。

面光源装置２０は、導光板３０に対して透過型画像表示部１０と反対側に位置する反射板２５を備えていてもよい。反射板２５は、導光板３０の背面３０ｂから出射した光を導光板３０に再度入射させるためのものである。反射板２５は、図１に示すようにシート状であってもよい。また、反射板２５は、導光板３０を収容する面光源装置２０の筐体底面として構成され、鏡面加工を施された面であってもよい。

導光板３０は、点状光源２１から出射された光を透過型画像表示部１０に向けて出射するために用いられる。導光板３０の平面視形状の例は略長方形及び略正方形を含む。

導光板３０は、透光性材料（又は透明材料）からなり板状に形成されている。また、導光板３０は、図１及び図２に示すように、基層３１及び拡散層３２によって構成される２種２層の構成となっている。透光性材料の屈折率の例は、１．４６〜１．６２である。透光性材料の例は、透光性樹脂材料、透光性ガラス材料である。透光性樹脂材料の例は、ポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５９）、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂）（屈折率：１．５６〜１．５９）、ポリスチレン樹脂（屈折率：１．５９）、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂）（屈折率：１．５６〜１．５９）、アクリル系紫外線硬化樹脂（屈折率：１．４６〜１．５８）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）（屈折率：１．４９）などである。透光性樹脂材料としては、透明性の観点からＰＭＭＡがより好ましい。

導光板３０は、図１に示すように、透過型画像表示部１０と互いに対向し、略平坦に形成された出射面３０ａと、後段に詳述する複数の凸部（反射部）３３が形成された背面（反射面）３０ｂと、出射面３０ａ及び背面３０ｂに直交すると共にＸ軸方向において互いに対向している２つの側面（入射面）３０ｃ及び側面３０ｄと、出射面３０ａ及び背面３０ｂに直交すると共にＹ軸方向において互いに対向している二つの側面３０ｅ及び側面３０ｆを有する。この場合、側面３０ｃは、点状光源２１からの光が入射される入射面である。

図２は、図１に示す導光板の斜視図である。凸部３３は、図２に示すように、入射面としての側面３０ｃと平行な方向（面光源装置２０として配置されたときは図１に示すＹ軸方向）に沿って延在すると共に、この延在方向とは直交する方向（面光源装置２０として配置されたときは図１に示すＸ軸方向）に並列配置されている。凸部３３の延在方向については、側面３０ｃの法線と反射面３０ｂの法線との両方に直交する方向に延在しているともいえる。凸部３３の延在方向に直交する断面形状はほぼ均一である。凸部３３は透明であり、導光板３０内を伝搬する光を乱反射させて、出射面３０ａ側から出射させるためのものである。凸部３３の外形形状は、レンチキュラーレンズとしての光学的性能を発揮する形状となっている。

凸部３３は、図１に示すように、凸部３３の配列方向（Ｘ軸方向）に沿って配置密度が異なっており、互いに隣接する凸部３３同士の距離Ｇが、Ｘ軸方向において入射面３０ｃから遠くなるほど短くなっている。言い換えれば、互いに隣接する凸部３３同士の距離Ｇと凸部の幅ｗ_Ｉａとによって規定される被覆率（ｗ_Ｉａ／（Ｇ_Ｉ＋ｗ_Ｉａ））が、反射面３０ｂにおいて入射面３０ｃに近い領域ほど小さくなっている。反射面３０ｂにおける入射面近傍としての入光側端部３５（以下、「入射面近傍３５」と称す）の凸部３３の被覆率は、３０％以下である。

入射面近傍３５の領域について、図３（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、入射面近傍の領域を説明する説明図である。本実施形態のように、導光板３０の一辺に点状光源２１が配置されるタイプの透過型画像表示装置１では、入射面近傍３５の領域を、図３（ａ）に示すように、入射面３０ｃからの距離Ｗ_３５が当該入射面３０ｃと直交する方向（光入射方向）における導光板３０（反射面）の長さＷ_３０の１％以上５％以下の領域とすることができる。例えば、４０インチ（長辺Ｗ_３０が８８４ｍｍ、短辺Ｈ_３０が４９８ｍｍ）用の導光板３０であれば、入射面近傍３５の領域を、入射面３０ｃからの距離Ｗ_３５が８．８ｍｍ以上４４．２ｍｍ以下の範囲の領域とすることができる。

ここでは、導光板３０の一辺に点状光源２１が配置されるタイプの透過型画像表示装置１についての入射面近傍３５の領域について説明した。他の実施形態として、図３（ｂ）に示すような、導光板３０の互いに対向する二辺に点状光源２１が配置されるタイプの透過型画像表示装置１もある。この場合では、入射面近傍３５を、入射面３０ｃからの距離Ｗ_３５が当該入射面３０ｃに直交する方向における導光板３０の長さＷ_３０の１％以上５％以下の領域と、入射面３０ｄからの距離Ｗ_３５が当該入射面３０ｄに直交する方向における導光板３０の長さＷ_３０の１％以上５％以下の領域との二つの領域とすることができる。

また、他の実施形態として、図３（ｃ）に示すような、長辺の一辺を形成する側面３０ｅに対向する位置に点状光源２１が配置されるタイプの透過型画像表示装置１もある。この場合では、入射面近傍３５を、入射面３０ｅからの距離Ｈ_３５が当該入射面３０ｅに直交する方向における導光板３０の長さＨ_３０の１％以上５％以下の領域とすることができる。さらに、他の実施形態として、導光板３０において互いに対向する長辺の二辺を形成する側面３０ｅ，３０ｆに対向する位置に点状光源２１が配置されるタイプの透過型画像表示装置１もある。この場合でも、上記説明と同様の考え方の入射面近傍３５の領域とすることができる。

次に、凸部３３の外形形状の一例について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、凸部３３の外形形状の一例を説明するための図面であり、凸部３３を含む導光板３０の断面構成の模式図である。

凸部３３における頂部を凸部３３の先端部３３ａと称し、凸部３３における裾部を凸部３３の底部３３ｂと称する。ここでは、説明の便宜のために、基準面３７を定義する。すなわち、基準面３７を、図４に示すように凸部３３の断面において、底部３３ｂ同士を結ぶ線と平行な面、言い換えれば、凸部３３の底面を形成する平面と定義する。本実施形態では、導光板３０における出射面３０ａ（図１参照）と基準面３７とは互いに平行となっている。また、凸部３３は、凸部３３に接する接平面Ｐ_Ｉと基準面３７とのなす角度γ_Ｉが、凸部３３の底部３３ｂ側から先端部３３ａ側にかけて単調に減少するような外形形状を有している。

また、凸部３３の外形形状の他の一例について、図５を用いて詳細に説明する。図５は、凸部３３の外形形状の一例を説明するための図面であり、凸部３３を含む導光板３０の断面構成の模式図である。凸部３３の外形形状は、例えば、延在方向に直交する凸部３３の断面構成において、凸部３３の輪郭線を円錐曲線として表すことができる。本実施形態の凸部３３の外形形状は、延在方向に直交する断面形状が図５に示すように、中心線（ｖ_Ｉ軸）に対して略対称となる外形形状を有している。具体的には、図５に示すように、ｕ_Ｉｖ_Ｉ標系を設定した場合、凸部３３の断面形状を式（１）で示す円錐曲線ｖ_Ｉ（ｕ_Ｉ）により規定した。ｕ_Ｉｖ_Ｉ座標系のｖ_Ｉ軸は、図１に示すＺ軸方向に対応し、ｕ_Ｉ軸は、図１に示すＸ軸方向に対応する。

式（１）において、ｋ_Ｉａは、式（１）で表される円錐曲線のとがり方を示すパラメータであり、凸部３３の先端部３３ａのとがり方を表している。例えばｋ_Ｉａが０のとき、凸部３３の外形は放物線形状となり、ｋ_Ｉａが１のとき、凸部３３の外形はプリズム形状となり、ｋ_Ｉａが−１のとき、凸部３３の外形は楕円を半分に切った形状となる。凸部３３について、式（１）におけるｋ_Ｉａは通常−０．８〜０．８であり、アスペクト比［ｈ_Ｉａ／ｗ_Ｉａ］は通常０．０１〜０．５である。また、凸部３３の幅ｗ_Ｉａは通常１０〜４００μｍである。

導光板３０を構成する拡散層３２には、透光性材料（又は透明材料）に拡散剤が添加される。拡散剤として、導光板３０を主に構成する上述したような透光性材料（又は透明材料）とは屈折率が異なる粉末が用いることができ、これを透光性材料中に分散させて用いられる。かかる拡散剤としては、例えばスチレン樹脂粒子、メタクリル樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子などの有機粒子、炭酸カリウム粒子、シリカ粒子、酸化チタン粒子、炭酸カルシウム粒子などの無機粒子が用いられ、その粒子径は通常０．８μｍ〜５０μｍである。また、拡散剤の添加量としては、通常０．０１〜２０ｗｔ％、好ましくは、０．１〜１０ｗｔ％である。なお、導光板３０を主に構成する上述したような透光性材料（又は透明材料）と屈折率が同じ粉末を用いることも可能である。

透過型画像表示部１０と面光源装置２０との間には、各種光学部材４０が配置されている構成であってもよい。光学部材４０の例には、拡散フィルム、プリズムフィルム、マイクロレンズフィルムなどが含まれる。これらの光学部材は、一つであってもよいし、複数であってもよい。

次に、上記導光板３０の作用効果について説明する。上記構成の導光板３０では、入射面３０ｃから入射した光は、導光板３０内を全反射しながら伝搬する。導光板３０内を伝搬する光が背面３０ｂに設けられた凸部３３に入射すると、凸部３３により全反射条件と異なる条件で反射する。よって、凸部３３で反射した光は出射面３０ａから出射される。背面３０ｂに形成されている複数の凸部３３が、上記条件を満たす被覆率で設けられているので、導光板３０において入射面３０ｃに近い入射面近傍３５で発生するホットスポット現象の発生を低減させることができる。

（第２実施形態）
本発明の他の実施形態について、主に図６及び図７を参照して説明する。図６は、凸部が形成された背面を示す平面図である。図７は、凸部の外形形状の一例を説明するための図面であり、凸部を含む導光板の断面構成の模式図である。第２実施形態の透過型画像表示装置１が、上記第１実施形態の透過型画像表示装置１と異なる点は、点状光源２１が、図６に示すように、導光板３０において互いに対向する側面３０ｃ，３０ｄにそれぞれ対向して配置される点と、導光板３０の背面３０ｂとなる面に設けられる凸部１３３が、一方向に延在すると共に延在方向に並列配置されるのではなく、ドット状に複数配置される点とである。その他の部分は上記第１実施形態と同一である。ここでは、第１実施形態と異なる点状光源２１，２１の配置と、凸部１３３の形状についてのみ詳細に説明する。また、説明の簡略化のため、複数の凸部１３３の大きさは同じであるとして説明する。

点状光源２１，２１は、図６に示すように、導光板３０において互いに対向する側面３０ｃ，３０ｄにそれぞれ対向して配置されおり、Ｙ方向に沿ってライン状に複数配列されている。点状光源２１の例は、発光ダイオードである。点状光源２１は、導光板３０に光を効率的に入射するために、導光板３０とは反対側に、光を反射させるリフレクターを備えていてもよい。

凸部１３３は、図６及び図７に示すように、背面３０ｂにドット状に複数形成されている。凸部１３３は透明であり、導光板３０内を伝搬する光を乱反射させて、出射面３０ａ側から出射させるためのものである。凸部１３３の外形形状はドーム状である。

凸部１３３は、図６に示すように、導光板３０の短辺方向（Ｙ軸方向）及び長辺方向（Ｘ軸方向）に格子状に配列されている。凸部１３３は、Ｘ軸方向に沿って配置密度が異なっており、Ｘ軸方向中心ほど密度が高い。言い換えれば、凸部１３３が形成された反射面３０ｂを平面視した場合の反射面３０ｂの面積に対する凸部１３３の面積の占める割合で規定される被覆率が、反射面３０ｂにおいて入射面３０ｃ，３０ｄに近い領域ほど小さくなっている。反射面３０ｂにおける入射面近傍３５の凸部１３３の被覆率は、３０％以下である。

次に、凸部１３３の形状について説明する。凸部１３３において、凸部１３３の頂部を凸部１３３の先端部１３３ａと称し、凸部１３３の裾部を凸部１３３の底部１３３ｂと称する。ここでは、説明の便宜のために、基準面１３７を定義する。すなわち、基準面１３７を、図７に示すように凸部１３３の断面において、底部１３３ｂ同士を結ぶ線と平行な面、言い換えれば、凸部１３３の底面を形成する平面と定義する。本実施形態では、導光板３０における出射面３０ａ（図１参照）と基準面１３７とは互いに平行となっている。本実施形態では、凸部１３３の形状は、図７に示した断面形状を、中心軸線Ｃ_ＩＩを回転軸として回転させた形状であるとする。よって、凸部１３３の形状は、中心軸線Ｃ_ＩＩを含む任意の断面において左右対称となる。また、凸部１３３は、凸部１３３に接する接平面Ｐ_ＩＩと基準面１３７とのなす角度γ_ＩＩが、凸部１３３の底部１３３ｂ側から先端部１３３ａ側にかけて単調に減少するような外形形状を有している。

例えば、凸部１３３の外形形状は、アスペクト比〔ｈ_ＩＩａ／ｗ_ＩＩａ〕、幅に対する曲率半径〔ｒ_ＩＩ／ｗ_ＩＩａ〕、底部角度γ_ＩＩの組み合わせによって規定される形状とすることができる。以下、図７を参照して、アスペクト比〔ｈ_ＩＩａ／ｗ_ＩＩａ〕、幅に対する曲率半径〔ｒ_ＩＩ／ｗ_ＩＩａ〕、底部角度γ_ＩＩについて説明する。

(I)アスペクト比〔ｈ_ＩＩａ／ｗ_ＩＩａ〕
アスペクト比〔ｈ_ＩＩａ／ｗ_ＩＩａ〕とは、図７において、凸部１３３の幅をｗ_ＩＩａ（μｍ）、凸部１３３の最大高さをｈ_ＩＩａ（μｍ）としたとき、幅ｗ_ＩＩａに対する最大高さｈ_ＩＩａの比である。

(II)幅に対する曲率半径〔ｒ_ＩＩ／ｗ_ＩＩａ〕
幅に対する曲率半径〔ｒ_ＩＩ／ｗ_ＩＩａ〕とは、凸部１３３の幅をｗ_ＩＩａ（μｍ）、凸部１３３の先端部１３３ａの曲率半径をｒ_ＩＩ（μｍ）としたとき、幅ｗ_ＩＩａに対する曲率半径ｒ_ＩＩの比である。先端部１３３ａの曲率半径ｒ_ＩＩは、凸部１３３の頂部としての先端部１３３ａの曲がり具合を表すものである。例えば、先端部１３３ａの曲率半径ｒ_ＩＩは、図７に示すように、先端部１３３ａに接する円（図７中の破線で示す円）を仮定した場合の円の半径である。
(III)底部角度γ_ＩＩ
底部角度γ_ＩＩは、中心軸線Ｃ_ＩＩをとおる断面での凸部１３３の輪郭線と基準面１３７との交点の位置での凸部１３３の接平面Ｐ_ＩＩと基準面１３７との間のなす角度である。また、先端部１３３ａに対して底部は凸部１３３の裾部でもある。よって、底部角度γ_ＩＩは裾部角度でもある。

次に、上記形状の凸部１３３を有する導光板３０の作用効果について説明する。上記構成の導光板３０では、入射面３０ｃから入射した光は、導光板３０内を全反射しながら伝搬する。導光板３０内を伝搬する光が背面３０ｂに設けられた凸部１３３に入射すると、凸部１３３により全反射条件と異なる条件で反射する。よって、凸部１３３で反射した光は出射面３０ａから出射される。背面３０ｂに形成される凸部１３３は、入射面近傍３５において被覆率が３０％以下となるように設けられている。このため、面光源装置２０として上記構成の導光板３０が配置されたとき、点状光源２１の近傍となる領域におけるホットスポット現象の発生を低減させることができる。

また、導光板３０は、導光板３０を形成する透光性材料には拡散剤が添加されていることにより拡散機能を有しているので、出射面３０ａから出射される光の輝度均斉度を高めることができる。

（シミュレーション例）
次に、本実施形態の導光板３０において、入射面３０ｃに近い入射面近傍３５において凸部３３の被覆率が所定値以下となるように配置すれば、ホットスポット現象の発生を低減させることができる点について、以下に示すシミュレーションの結果を用いて説明する。ただし、本発明の導光板は、これらシミュレーションに限定されるものではない。

まず、シミュレーションの条件について説明する。図８は、シミュレーションモデルを示す模式図である。説明の便宜のため、図１及び図２に示した構成要素に対応する構成要素には、導光板３０_ＭのようにＭを付して記載する。シミュレーションは、図８に示したように、後段にて詳述する評価の対象となる導光板３０_Ｍの側面３０_Ｍｃ，３０_Ｍｄに対向する位置にそれぞれ光源部としての点状光源２１_Ｍ，２１_Ｍを配置すると共に、導光板３０_Ｍの下方に白色反射板２５_Ｍを配置したモデルにおいて、光線追跡法を用いて出射輝度（Ｗ／ｓｒ・ｍｍ^２）を算出した。

導光板３０_Ｍについての条件は以下のとおりである。
・導光板３０_Ｍの構成材料：基層３１_Ｍ、拡散層３２_Ｍ及び凸部３３_Ｍは、いずれもＰＭＭＡ（屈折率：１．４９）を仮定
・導光板３０_Ｍの平面視形状（板厚方向からみた形状）：長方形
・導光板３０_Ｍの長辺の長さＷ１：５００．０ｍｍ（４０インチを想定）
・導光板３０_Ｍの短辺の長さＷ２： ２６．７ｍｍ
・導光板３０_Ｍの厚さｔ_３０：４ｍｍ
・拡散層３２_Ｍの厚さｔ_３２：１３０μｍ
・拡散層３２_Ｍの拡散濃度：凸部３３_Ｍの被覆率に応じて、範囲内の出射光量が一定となるように設定
・被覆率設定領域（入射面近傍）３５_ＭのＸ軸方向長さＷ_３５Ｍ：２５ｍｍ
（入射面３０_Ｍｃに直交する方向における導光板３０_Ｍの長さＷ１の５％）
・導光板３０_Ｍの凸部３３_Ｍの先端部と白色反射板２５_Ｍとの間の距離：０．１ｍｍ
・白色反射板２５_Ｍ：ソニー株式会社製「ＫＤＬ４０ＥＸ７」に使用されているバックライトユニットから取り出した白色反射板と同等の反射特性を仮定

点状光源２１_Ｍについて説明する。点状光源２１_Ｍ，２１_Ｍは、導光板３０_Ｍの短辺方向にそれぞれ２つ配置されており、それぞれの端部からの距離Ｌ１が６．７ｍｍであり、互いの光源間隔Ｌ２（点状光源中心部同士の距離）が１３．３ｍｍである。点状光源２１_Ｍは、横方向（Ｙ軸方向）の長さが７．３ｍｍ、縦方向（Ｘ軸方向）の長さが２．７ｍｍの大きさの面光源である。

図９は、点状光源２１_Ｍの指向特性（配光特性）の一例を示す図面である。図９の横軸は出射角度θ_２１（°）を示しており、縦軸は、最大の出射光強度で規格化した規格化出射光強度を示している。本実施形態において、θ_２１＝０は、図８におけるＸ軸方向に対応する。点状光源２１_Ｍは、いわゆるランバーシアン（Lambertian）型の光源を仮定し、点状光源２１_Ｍの例としては、発光ダイオードが挙げられる。ランバーシアン型の光源は、出射光強度が最大である最大出射光強度の出射角度が０°付近（正面方向）にあり、正面方向からの傾き（出射角度）が大きくなるにしたがって略単調減少していくという特徴を有している。図９中のＰＤは、理論的な完全拡散の場合の指向特性を示しており、本シミュレーションにおいてはこの特性が得られる点状光源２１_Ｍを仮定した。点状光源２１_Ｍに関連するその他の条件は以下のとおりである。

・点状光源２１_Ｍから出射される光の波長：５５０ｎｍを仮定
・点状光源２１_Ｍからの入射光線数は、１，０００，０００，０００本（＝５００，０００，０００本×２）、入射光量は２Ｗ（＝１Ｗ×２）
・点状光源２１_Ｍと導光板３０_Ｍとの距離：０．０５ｍｍ

なお、導光板３０_Ｍの側面３０_Ｍｅ及び側面３０_Ｍｆでは周期的境界条件を仮定した。すなわち、側面３０_Ｍｅ及び側面３０_Ｍｆでは、光はすべて反射し導光板３０_Ｍ内に戻るとした。このように、導光板３０_Ｍにおける短辺方向（Ｙ軸方向）に周期的境界条件を設けることによって、短辺方向の長さが実質的に無限の導光板を想定したシミュレーションを実施していることになる。また、導光板３０_Ｍの側面３０_Ｍｄにおける反射特性の影響を受けないようにするため、側面３０_Ｍｄを吸収面とする条件を仮定した。

凸部３３_Ｍの形状について説明する。このシミュレーションでは、延在方向に直交する凸部３３_Ｍの断面構成において、凸部３３_Ｍの輪郭線を円錐曲線で表した。具体的には、図５に示すように、ｕ_Ｉｖ_Ｉ座標系を設定し、凸部３３_Ｍの断面形状を式（２）で示す円錐曲線ｖ_Ｉ（ｕ_Ｉ）により規定した。ｕ_Ｉｖ_Ｉ座標系のｖ_Ｉ軸は、図８に示すＺ軸方向に対応し、ｕ_Ｉ軸は、図８に示すＸ軸方向に対応する。

式（２）において、ｋ_Ｉａは上述したとおり、式（２）で表される円錐曲線のとがり方を示すパラメータであり、ここでは詳細の説明は省略する。本シミュレーションでは、凸部３３_Ｍについて、式（２）におけるｋ_Ｉａが０．５５、アスペクト比［ｈ_Ｉａ／ｗ_Ｉａ］が０．０６で規定される形状とした。また、凸部３３_Ｍの幅ｗ_Ｉａは２００μｍである。

上述したシミュレーションモデルの導光板３０_Ｍにおいて、被覆率設定領域（入射面近傍）３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率を様々に変えたときの、入射面３０_Ｍｃから１０ｍｍの位置におけるＹ軸方向（図８参照）の輝度均斉度を算出した。具体的には、上記被覆率ごとに、入射面３０_Ｍｃから１０ｍｍの位置（図８における矢印Ａの位置）におけるＹ軸方向の出射輝度を算出した。算出した出射輝度の例を、図１０に示す。図１０は、凸部３３_Ｍの被覆率を４０％としたときの、入射面３０_Ｍｃから１０ｍｍの位置におけるＹ軸方向の出射輝度を示すグラフである。横軸はＹ軸方向の位置、縦軸は出射輝度を示している。また、点状光源２１_Ｍは、その中心位置が横軸において−６．７ｍｍの位置と、６．７ｍｍの位置にある。

輝度均斉度は、例えば、図１０に示すような出射輝度の変化において、出射輝度の最小値を最大値で除した値とすることができる。このように算出した輝度均斉度と被覆率設定領域における凸部３３_Ｍの被覆率との関係を図１１に示す。なお、凸部３３_Ｍの被覆率は、以下の表１に示すように、幅ｗ_ＩａＭとＧ_ＩＭ（図１参照）とを変えることによりそれぞれ設定した。

図１１によれば、被覆率設定領域３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率の値が低くなるほど、被覆率設定領域３５_Ｍにおける輝度均斉度が高くなることが確認できる。すなわち、被覆率設定領域３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率の値を３０％以下と低く設定することにより、輝度均斉度が６０％以上と良好な結果を得ることができ、ホットスポット現象発生の低減を図れることが確認できた。

（実験例１）
次に、本実施形態の導光板３０において、入射面３０ｃに近い入射面近傍３５において凸部３３の被覆率が所定値以下となるように配置すれば、ホットスポット現象の発生を低減させることができる点について、以下に示す実験例１の結果を用いて説明する。ただし、本発明の導光板は、これらの実験例１に限定されるものではない。なお、本実験例１においても説明の便宜のため、図１及び図２に示した構成要素に対応する構成要素には、導光板３０_ＭのようにＭを付して記載する。

図１２は、実験例１を説明するための面光源装置の概略構成を示す模式図である。実験例１では、上述したシミュレーションモデルと同一の凸部３３_Ｍを有する導光板３０_Ｍについて、図１２に示すように、被覆率設定領域３５_Ｍ（Ｘ軸方向における入射面３０_Ｍｃからの長さＷ_３５Ｍが２５ｍｍの領域）における凸部３３_Ｍの被覆率を様々に変えたときの、入射面３０_Ｍｃから１０ｍｍの位置（図１２における矢印Ｂの位置）におけるＹ軸方向の輝度均斉度を実測した。

具体的には、導光板３０_Ｍの光出射側に配置される光学部材４０_Ｍとして、導光板３０_Ｍ側からマイクロレンズフィルム４１_Ｍと、プリズムフィルム４２_Ｍと、拡散フィルム４３_Ｍとを準備し、この順番で導光板３０_Ｍの出射面側に設け、これらの光学部材４０_Ｍを介して上記導光板３０_Ｍから出射される光の出射輝度を測定した。出射輝度の測定は、輝度計（アイ・システム社製「EyeScale3」）を用いて行った。実験例１では、被覆率設定領域３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率が、１％、８％、４０％のときの、矢印Ｂ（図１２参照）の位置のＹ軸方向（図１２参照）における出射輝度をそれぞれ測定した。これらの測定した出射輝度の例を、図１３に示す。図１３の横軸は、入射面３０_Ｍｃから１０ｍｍの位置におけるＹ軸方向（図１参照）の位置（位置が０の位置は導光板３０_Ｍの端部（側面３０_Ｍｅ）を示す）を示し、縦軸は、輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示している。

輝度均斉度は、例えば、図１３に示すような出射輝度の変化において、出射輝度の最小値を最大値で除した値とすることができる。このように算出した輝度均斉度と被覆率設定領域３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率との関係を図１４に示す。なお、凸部３３_Ｍの被覆率は、上述したように、幅ｗ_ａＭとＧ_Ｍ（図１参照）とを変えることによりそれぞれ設定した。

図１４のグラフによれば、被覆率設定領域３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率が低くなるほど、被覆率設定領域３５_ＭにおけるＹ軸方向（図１２参照）の輝度均斉度が高くなることが確認できる。すなわち、被覆率設定領域３５_Ｍにおける凸部３３_Ｍの被覆率を低く設定するほど、良好な輝度均斉度の光を出射することができ、ホットスポット現象の低減を図れることが確認できた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記実施形態の導光板３０は、二層構成であり、一方の層（拡散層３２）を構成する透光性材料に拡散剤を添加することにより導光板３０に拡散機能を持たせた例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、単層構成の場合であっても、導光板を構成する透光性材料に拡散剤を添加することにより拡散機能を持たせてもよい。また、導光板は、拡散層を含む二層以上の多層構成とすることもできる。また、例えば、出射面３０ａにエンボス加工を施すことによって、導光板に拡散機能を持たせる構成であってもよい。

上記実施形態の透過型画像表示装置１及び面光源装置２０では、光源部としての点状光源２１を導光板３０の側面の一つの面（入射面３０ｃ）に対向する位置に配置した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源部を、導光板において互いに対向する二つの辺と対向する位置の二箇所にそれぞれ配置することもできる。このように、光源部が配置された場合の反射面における被覆率設定領域（凸部の被覆率を３０％以内とする領域）は、上述したとおりである。

また、上記実施形態の透過型画像表示装置１及び面光源装置２０では、光源部としての点状光源２１を導光板３０の短辺となる側面の一つの面（入射面３０ｃ）に対向する位置に配置した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、長辺となる側面の一つの面（入射面３０ｅ）に対向する位置に配置してもよい。また、例えば、長辺となる側面の二つの面（入射面３０ｅ，３０ｆ）に対向する位置にそれぞれ配置してもよい。このように、光源部が配置された場合の反射面における被覆率設定領域（凸部の被覆率を３０％以内とする領域）は、上述したとおりである。

上記凸部３３を背面３０ｂに有する導光板３０は、例えば透光性材料（又は透明材料）からなる板材を削り出す方法により製造することができる。また、透光性材料として透明樹脂材料を用いる場合は、例えば射出成形法、押出成形法、フォトポリマー法、プレス成形法などの通常の方法により製造することもできる。

また、上記実施形態では、凸部３３を含めて一体的に形成された導光板３０について説明したが、本発明の導光板はこれに限定されるものではない。例えば、フォトポリマー法を用いて、図４（図７）に示す基準面３７（１３７）より下の部分である板状の本体部に対して、基準面３７（１３７）より上の部分である凸部３３（１３３）を形成してもよい。フォトポリマー法を用いて導光板３０を製造する際には、凸部３３の材料として、紫外線硬化樹脂を利用することができ、紫外線硬化樹脂としては、アクリル系紫外線硬化樹脂を用いることができる。

導光板３０を構成する透光性材料として透光性樹脂材料を用いる場合、この透光性樹脂材料に紫外線吸収剤、帯電防止剤、酸化防止剤、加工安定剤、難燃剤、滑剤等の添加剤を添加することもできる。これらの添加剤はそれぞれ単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。なお、導光板３０に紫外線吸収剤が添加されていれば、点状光源２１から出力される光に紫外線が多く含まれている場合などにおいて、紫外線による導光板３０の劣化を防止できるため好ましい。

紫外線吸収剤としては、例えばベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、マロン酸エステル系紫外線吸収剤、シュウ酸アニリド系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤等が挙げられ、好ましくはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、トリアジン系紫外線吸収剤である。

上記実施形態では、反射部の一例として、一方向に延在すると共に延在方向と直交する方向に配列される凸部（レンチキュラーレンズ）と、ドット状に配置される複数の凸部（マイクロレンズ）の例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。反射部は、例えば、プリズム状に形成されていてもよいし、凹状に形成されていてもよい。

上記実施形態では、反射部としてドット状に複数の凸部を配置する場合、入射面と直交する方向におけるドット同士の間隔を変化させる例を挙げて説明したが、入射面と平行な方向においても、ドット同士の間隔を変化させてもよい。

また、図１に示した透過型画像表示装置１において、本発明の趣旨を逸脱しなければ、導光板３０と透過型画像表示部１０との間に、上記実験例１において記載したような他の光学部材を配置したりすることもできる。導光板３０と透過型画像表示部１０との間に設けられる他の光学部材の例には、本発明の趣旨を逸脱しない程度の光拡散特性を有する光拡散シート、マイクロレンズシート、又はプリズムレンズシートなどが含まれる。

第１実施形態における凸部３３の外形形状を円錐曲線の式で示し、第２実施形態における凸部１３３の外形形状を、アスペクト比、幅に対する曲率半径、及び底部角度で示す例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１実施形態における凸部３３の外形形状を、アスペクト比、幅に対する曲率半径、及び底部角度の三要素で示してもよい。また、例えば、第２実施形態における凸部３３の外形形状を、円錐曲線の式で示してもよい。

１…透過型画像表示装置、１０…透過型画像表示部、１１…液晶セル、１２，１３…偏光板、２０…面光源装置、２１…点状光源、２５…反射板、３０…導光板、３０ａ…出射面、３０ｂ…背面（反射面）、３０ｃ…側面（入射面），３０ｄ…側面、３０ｅ，３０ｆ…側面、３１…基層、３２…拡散層、３３…凸部、３３ａ…先端部、３３ｂ…底部、３５…入射面近傍（被覆率設定領域）、３７，１３７…基準面、４０…光学部材、１３３…凸部、１３３ａ…先端部、１３３ｂ…底部。

Claims (9)

1. 透光性材料から形成される導光板であって、
   光が入射される入射面と、
   前記入射面と交差する面であり、前記入射面から入射した光を反射させるための反射部が複数設けられる反射面と、
   前記反射面とは反対側の面であり、前記光が出射される出射面と、
   を備え、
   前記反射面に設けられる前記反射部の、前記入射面と略直交する方向である光入射方向における被覆率が、前記入射面近傍において３０％以下である、
   導光板。
2. 前記反射面における前記反射部の被覆率が３０％以下の領域は、前記入射面からの距離が前記光入射方向における前記反射面の長さの１％以上５％以下の領域である、
   請求項１に記載の導光板。
3. 少なくとも、前記透光性材料に拡散剤が添加されているか、又は、前記出射面にエンボス加工が施されている、
   請求項１又は２に記載の導光板。
4. 前記反射部は、前記出射面とは反対側に突出しており、前記入射面の長手方向に略平行な方向に延在すると共に、前記延在する方向に略直交する方向に並列配置されている、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の導光板。
5. 前記反射部は、レンチキュラーレンズである、
   請求項４に記載の導光板。
6. 前記反射部は、前記出射面とは反対側に突出し、ドット状に形成されている、
   請求項１〜３の何れか一項に記載の導光板。
7. 前記反射部は、マイクロレンズである、
   請求項６に記載の導光板。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の導光板と、
   前記導光板の前記入射面に対向して設けられた光源部と、
   を備えている面光源装置。
9. 請求項１〜７の何れか一項に記載の導光板と、
   前記導光板の前記入射面に対向して設けられた光源部と、
   前記導光板の前記出射面に対向して設けられており、当該出射面から出射される光により照明され画像を表示する透過型画像表示部と、
   を備えている透過型画像表示装置。

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