JP3862926B2 - 面光源装置及び液晶ディスプレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、側方から供給された光を内部で方向転換し、出射面から出射するための導光板を用いた面光源装置に関し、更に、そのような面光源装置をバックライティングあるいはフロントライティングに採用した液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
導光板の側端面が提供する入射端面から光を導入し、導光板の２つのメジャー面（端面に比して大面積の面）の内の一方を出射面として用いる型の面光源装置は、例えば液晶ディスプレイのバックライティングなどに広く使用されている。この種の面光源装置における基本的な性能は使用する導光板に左右されるところが大きい。
【０００３】
導光板の基本的な役割は、入射端面から内部に導入された光の進行方向（導光板の出射面にほぼ平行）を転換して出射面から出射させることにある。良く知られているように、導光板として単純な透明板をそのまま用いたのでは方向転換が殆ど行なわれず、十分な輝度が得られない。そこで、出射面からの出射を促進する手段が必要になる。
【０００４】
一般に、出射促進手段は、（１）導光板（散乱導光板）内部の散乱パワー、（２）出射面に与えられた光拡散性、（３）背面に与えられた光拡散性、（４）出射面に与えられた屈折性の凹凸形状、（５）背面に与えられた屈折性の凹凸形状、の内の１つまたはそれらの組合せに支えられている。
【０００５】
（１）を用いる手法は高効率で均一な出射光が得られ易い。しかし、出射面からの優先的な出射方向が正面方向から大きく傾いている。通常、出射面に立てた法線に対して６０度〜７５度程度の傾斜が避けられない。従って、正面方向へ大きく方向修正を行なう素子（プリズムシート）が必要になる。プリズムシートに代えて光拡散シートを用いても、正面方向の光をある程度増加させることが出来る。しかし、光拡散は無用な方向への散逸を伴う。
【０００６】
（２）あるいは（３）を用いる手法は、高効率で出射光を得ることが難しい。また、（１）の場合と同じく、出射面からの出射は斜めに強く起る。光拡散性を強めると、広範囲散乱や光拡散要素（白色インキ等）による吸収等の要因で効率が上昇しない。
【０００７】
（４）を採用する手法は出射面からの光の脱出を容易にするが、積極的な方向転換が施されるものとは言い難い。従って、高効率で出射光を得ることが難しい。特に、導光板の背面から出射面へ向かう光が生成されないことは有利でない。
【０００８】
これに対して（５）を採用する手法は、導光板の背面から出射面へ向かう光を積極的に生成するものであり、また、広範囲の散乱も生じない。従って、正面方向に近い方向へ向かうような指向性を持った出射光を効率的に生成出来る可能性がある。
【０００９】
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、上記（５）の適用例を説明する図である。同図において、符号１はアクリル樹脂等の透明材料からなる導光板を表わしており、その一つの側端面が入射端面２を提供している。一次光源Ｌは入射端面２の近傍に配置され、入射端面２に光を供給する。導光板１の２つのメジャー面３、４の内一方が出射面３とされる。他方の面（「背面」と呼ぶ）には、斜面５ａ、５ｂを有する断面形状の凹部５が多数設けられている。
【００１０】
一次光源Ｌから発せられた光は入射端面２を通って導光板１内に導入される。導光板１内を伝播する光（光線Ｇ１ 、Ｇ２ で代表）が凹部５に遭遇すると、一方の斜面５ａで内部反射され、出射面３に向けられる。θは内部入射角で、Ｇ１'、Ｇ２'は、光線Ｇ１ 、Ｇ２ に対応する出射光である。このように、他方の斜面５ｂに比して入射端面２（一次光源Ｌ）に近い斜面５ａは、方向転換のための内部反射斜面を提供する。このような作用は、エッジライティング効果と呼ばれることもある。
【００１１】
凹部５は、ドット状あるいは線溝状に形成される。また、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示したように、凹部５の形成ピッチｄや深さｈ、あるいは斜面の傾斜φが入射端面２からの距離に応じて変えられている。これにより、出射面３の輝度が入射端面２からの距離に依存して変化することが防止される。
【００１２】
しかし、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示したような従来技術には次のような問題点がある。
１．入射端面２から見て、斜面５ｂの背後に光が届き難い領域が存在する。従って、形成ピッチｄを小さくしても、方向変換効率が上昇せず、また、出射面３の輝度にむらが発生し易い。
【００１３】
２．入射端面２に平行な面内に関しての方向制御が十分でない。例えば、図１（ａ）において、光線Ｇ１、Ｇ２の伝播方向が出射面３に平行ではあるが入射端面２に垂直ではない場合、出射光Ｇ１'、Ｇ２'は入射端面２から見て右方向あるいは左方向へ発散してしまうであろう。入射端面２に垂直でない光成分は実際の導光板中にはかなり存在する。従って、出射光を空間的に望ましい角度乃至角度範囲（入射端面２に関して垂直、平行両方向に関して）に指向させることは困難である。
【００１４】
３．出射面３へ向かう光を生成するための方向転換を１回反射（斜面５ａ）で行なっているために、背面４からの漏光が生じ易い。即ち、方向転換のための反射時に全反射条件が破られ易い。例えば、光線Ｇ１ 、Ｇ２ をほぼ正面方向へ向けるためには、内部入射角θは４５度程度とされる。これは典型的な材料であるアクリル樹脂−空気の臨界角とほぼ同じである。従って、やや下向きに伝播する光の相当部分は斜面５ａから漏れる。
【００１５】
そこで、本発明者は先に特願平１１−３８９７７号において、このような問題点を解決し得る導光板、並びにそれを用いた面光源装置／液晶ディスプレイを提案した。図２、図３（ａ）、（ｂ）を参照して同提案について簡単に説明しておく。
【００１６】
図２は同提案に係る面光源装置を導光板の背面側から見た平面図、図３（ａ）は同装置で用いられている導光板の部分拡大斜視図、図３（ｂ）は同導光板の背面に形成されている突起形状のマイクロレフレクタを抽出して作用を説明する図である。説明の便宜上、マイクロレフレクタのサイズは誇張されている。
【００１７】
図２において、符号１０は透明樹脂からなる導光板を表わしている。導光板１０の１つの端面（マイナー面）が入射端面１２を提供している。符号１４は導光板１０の一方のメジャー面が提供する背面を表わしている。他方のメジャー面は出射面（図３（ａ）参照）を提供する。導光板１０は、左右に側端面（マイナー面）１５、１６を有している。
【００１８】
棒状の一次光源（冷陰極管）Ｌが入射端面１２に沿って配置され、入射端面１２に向けて一次光を供給する。冷陰極管Ｌの両端は発光力のない電極部ＥＬ１、ＥＬ２であり、それらの間の発光部の長さは入射端面１２の長さよりやや短くなっている。このような設計は、電極部ＥＬ１、ＥＬ２の突出を避けるためにしばしば採用される。
【００１９】
上記特許出願に係る提案の基本的な特徴に従って、導光板１０は背面１４に多数のマイクロレフレクタ２０を備えている。一次光源Ｌから発せられた光は、入射端面１２を通って導光板１０内に導入される。導光板１０内を伝播する光はマイクロレフレクタ２０内に入り込むと、マイクロレフレクタ２０内で主として２回反射が起こり、出射面１３に向かう光が生成される。即ち、マイクロレフレクタ２０は、「入力光を出射面１３に向かう内部出力光に変換する方向転換手段」として機能する。
【００２０】
個々のマイクロレフレクタは、図３（ａ）、図３（ｂ）に示したように、導光板１０の背面１４を代表する一般面（水準面）から突出するように形成されている。例示されたマイクロレフレクタ２０は、６個の面２１、２２、２３、２４、２７、２８を持つ突起形状を有している。
【００２１】
マイクロレフレクタ２０は、方向転換のための光入力を円滑に行なうために、面２３、２４に向かう光の通路となる案内部を備えている。面２１、２２は、案内部の外面に対応し、嶺部２６で出会っている。一方、面２３、２４は、方向転換のための２回反射を行い、内部出力光を生成する反射面である。面２３、２４は嶺部２５で出会っている。面２７、２８は、マイクロレフレクタ２０の幅を制限する側壁である。
【００２２】
マイクロレフレクタ２０の配向方向は、嶺部２５の延在方向で代表される。本例では、嶺部２５、２６の「背面１４を代表する一般面への射影」は１つの直線を形成する。マイクロレフレクタ２０の配向方向は、入力効率と方向転換効率を高めるために、光の到来方向に整列するように設計される。
【００２３】
光線Ｈ１、Ｈ２で代表される入力光の多くは、入射端面１２に垂直に近い方向から入射する。但し、マイクロレフレクタ２０へ実際に入力されるのは、背面１４の一般面に正確に平行な光ではなく、やや下向きに進行する光（背面１４に接近する光）である。
【００２４】
背面１４の一般面に正確に平行な光や、出射面１３に接近する光はマイクロレフレクタ２０へ入力されずに奥へ進む。即ち、凹部（図１参照）と異なり、マイクロレフレクタ２０は光進行を妨げず、光が届き難い領域を作らない。
【００２５】
光線Ｈ１、Ｈ２の立場で見ると、転換出力部の反射面２３、２４は先すぼまりの谷を提供している。嶺２５が谷底に対応する。この谷は、案内部から離れるに従って狭く、且つ、浅くなっている。従って、案内部を経てこの谷に進入した光Ｈ１、Ｈ２の大部分は、一方の反射面２３または２４で先ず内部反射され、次いで他方の反射面２４または２３で再度内部反射される。
【００２６】
その結果、光の進行方向が２度に亙って３次元的に転換され、出射面１３へ向かう内部出力光Ｊ１、Ｊ２が生成される。こうして生成された内部出力光Ｊ１、Ｊ２は出射面１３から出射され、例えば液晶表示パネルの照明に利用される。このような作用を持つマイクロレフレクタ２０の配列、配向には多様なバリエーションが許容される。図２に示した例は次のルールに従っている。
【００２７】
１．形成密度（被覆率）は入射端面１２からの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、入射端面１２からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
２．電極部ＥＬ１、ＥＬ２に近いコーナエリアＡ、Ｂでは、特に、高密度でマイクロレフレクタ２０が配列されている。この配列は、下記３の配向と共に、コーナエリアＡ、Ｂに対応する暗部が出射面上に現われるのを防止する。
３．背面１４の大部分において、マイクロレフレクタ２０の配向は入射端面１２にほぼ垂直に整列し、案内部が入射端面１２に向けられている。即ち、各マイクロレフレクタ２０の転換出力部の嶺部２５が入射端面１２にほぼ垂直に延在する。
【００２８】
４．コーナエリアＡ、Ｂでは、マイクロレフレクタ２０の配向は入射端面１２に対して斜めに大きく傾き、案内部が冷陰極管Ｌの発光部に向けられている。これは、光の到来方向とマイクロレフレクタ２０の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
【００２９】
５．コーナエリアＡ、Ｂを除く両側部１５、１６では、マイクロレフレクタ２０の配向は入射端面１２に対して少角度傾き、案内部が冷陰極管Ｌの発光部に向けられている。これは、上記４と同様、光の到来方向とマイクロレフレクタ２０の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
【００３０】
もし、この両側部１５、１６から一定の範囲において、導光板１０の中央部側へ傾いた内部出力光が得られるようにマイクロレフレクタ２０の転換出力部（内部反射面２３、２４の方位）を設計すれば、収束性の出射光が得られる。
【００３１】
６．多数のマイクロレフレクタ２０は、直線上に並ぶような強い秩序を持たないように設計される。これにより、マイクロレフレクタ２０はより目立ち難くされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【００３２】
マイクロレフレクタ２０の配列、配向にこのような工夫を施すことで、上記提案に係る導光板及びそれを用いた面光源装置／液晶ディスプレイの性能を高めることが出来る。
【００３３】
しかし、上記提案に係る技術には未解決の問題が残されている。即ち、上記提案に係る技術を採用した場合、導光板１０の出射面上に、マイクロレフレクタ２０のサイズと配列間隔にほぼ対応した微細な輝度むらが生じる。これが滑らかでない（ぎらついた）視覚感を観察者に与えていた。
【００３４】
これは、図３（ａ）、（ｂ）を参照して述べたように、マイクロレフレクタ２０の内部出力光の大半が最初の出射チャンスで簡単に出射面から脱出して出射光となることに原因があると思われる。本明細書では、このような最初のチャンスでの脱出（光）を「直接脱出（光）」と呼ぶことにする。
【００３５】
当然、このような直接脱出は、マイクロレフレクタ２０の形成位置とほぼ対応して起る。これに対して、マイクロレフレクタ２０の形成されていない空白領域（背面１４上の平坦領域）に対応する領域（出射面上）では、十分な出射光が期待出来ない。その結果、微細な輝度むらが出射面上に生じる。
【００３６】
なお、本明細書では、内部出力光が直接脱出せずに出射面で内部反射され、２回目以降のチャンズに脱出すること及びその脱出光を「間接脱出」、「間接脱出光」と呼ぶことにする。簡単に言えば、直接脱出光が間接脱出光に比して過剰であることが、微細な輝度むらの原因と推測される。
この問題は、マイクロレフレクタ２０を密に配置すればある程度は軽減されるであろう。しかし、配置密度にはプラクティカルな限界がある。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記提案の技術の問題点を解決することにある。即ち、本発明の１つの目的は、側方から導入された光に対して優れた方向転換機能を持つとともに、出射面上に微細な輝度むらが現れ難いように改良された導光板を提供することにある。
【００３８】
また、本発明のもう１つの目的は、そのような改良された導光板を採用することにより、高効率で微細な輝度むらが生じ難く、高品質の出力照明光が得られる面光源装置を提供することにある。本発明の更にもう１つの目的は、上記改良された面光源装置を液晶パネルのライティングに適用し、優れた表示品質を持つ液晶ディスプレイを提供することにある。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マイクロレフレクタ内面による２回の内部反射によって方向転換を行なうという基本的な考え方（上記特許出願で提案）に、出射光の経路履歴を多様化する多数の突起列を出射面に設けることによって、上記技術課題を解決する。
【００４５】
本発明は、少なくとも１つの一次光源と、出射面及び背面を提供する２つのメジャー面と、一次光源からの光導入のための側端面とを備えた導光板を含む面光源装置を改良する。
【００４６】
本発明の基本的な特徴に従えば、導光板の背面は光進行方向転換のための多数のマイクロレフレクタを備えている。個々のマイクロレフレクタは案内部と転換出力部を含み、転換出力部は嶺部とその両側にそれぞれ形成された第１の反射面と第２の反射面を含んでいる。
【００４７】
嶺部、第１の反射面及び第２の反射面によってマイクロレフレクタの内部には谷が形成され、この谷は、案内部から離れるに従って幅が狭く、且つ、深さが浅くなる傾向を持つように形成されている。
【００４８】
これにより、案内部を経て谷に到来した内部入力光は第１の反射面及び第２の反射面の内の一方で反射され、次いで、他方の反射面で反射され、出射面に向かう内部出力光が生成される。また、前記嶺部の延在方向は、前記内部入力光の到来方向に対応するように定められている。これにより、マイクロレフレクタによる方向転換効率が高められる。
【００４９】
一方、出射面は、入射端面とほぼ垂直に延在する多数の突起列を備える。内部出力光の一部は出射面から脱出し、残りは内部反射される。この作用を通して、内部出力光の直接脱出が抑制される。直接脱出せずに内部反射された光のかなりの部分には、種々の経路履歴を経て間接脱出のチャンスを与えられる。間接脱出が起る位置とマイクロレフレクタの位置との対応関係は乏しいため、上述の微細な輝度むらは目立たなくなる。
【００５０】
間接脱出光を増やすために、導光板の背面に沿って反射部材が配置されることが好ましい。反射部材は、突起列で内部反射され、背面から漏出した光を反射して導光板に戻し、間接脱出のチャンスが与えられるようにする。
【００５１】
また、転換出力部の嶺部の延在方向は、背面上の位置に応じて変化していても良い。嶺部の延在方向の分布によって、出射面からの出射光の方向分布を制御することが出来る。
【００５２】
転換出力部の嶺部の延在方向が、光の到来方向とほぼ一致するように、背面上の位置に応じて変化していても良い。また、転換出力部の嶺部の延在方向は、光の到来方向に対して小角度傾斜していても良い。
【００５３】
このように改良された面光源装置は、液晶パネルが背後から照明されるバックライト型の液晶ディスプレイ、あるいは、液晶パネルが前面（観察面側）から照明されるフロントライト型の液晶ディスプレイのための面光源装置として採用され得る。この場合、面光源装置の特性は、液晶ディスプレイに反映される。従って、本発明に従った液晶ディスプレイは、所定の方向あるいは位置から明るく観察される表示画面を提供する。
【００５４】
【発明の実施の形態】
図４（ａ）、（ｂ）に本発明の１つの実施形態の概略配置を示した。図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）において右方から見た側面図である。図５は１つのマイクロレフレクタの周辺を拡大描示し、典型的な光路を併記した斜視図である。
【００５５】
図４（ａ）においては、拡散板及び液晶表示パネルの描示は省略されている。また、図５においては、液晶表示パネルの描示が省略されている。ｍｍ単位で表記されているサイズ数値は１つの例示である。更に、以下で参照される諸図において、マイクロレフレクタや突起列のサイズは、説明のために適宜誇張されている。液晶パネルＰＬは被照明対象物の典型例であり、用途に応じて他の被照明対象物が配置されて良い。
【００５６】
先ず図４（ａ）、（ｂ）を参照すると、アクリル樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネイト（ＰＣ）等の透明材料からなる導光板３０の１つの側端面が、入射端面３２を提供している。棒状の一次光源（冷陰極管）Ｌ１が入射端面３２に沿って配置され、入射端面３２に光を供給する。入射端面３２から見て左右の端面は、側面３５、３６を提供している。
【００５７】
導光板３０の２つのメジャー面３３、３４の内一方が出射面３３とされる。他方の面（背面）３４には、多数のマイクロレフレクタ９０が設けられている。
【００５８】
背面３４に沿って、反射部材ＲＦが配置される。反射部材ＲＦは、背面３４に向い合う反射面を備える。反射面は拡散反射性を有していることが好ましい。反射部材ＲＦには、例えば白色ＰＥＴフィルムが採用出来る。
【００５９】
反射部材ＲＦには、銀箔、アルミ箔のように、正反射性を反射面を提供する材料が採用されても良い。反射部材ＲＦは、必ずしもシート状でなくても良い。例えば、導光板３０他を支持するフレームの内面が反射面を提供しても良い。
【００６０】
図４と図５を合わせて参照すると、出射面３３には、入射端面３２とほぼ垂直に延在する多数の突起列ＰＲが設けられている。出射面３３の外側には、拡散板ＤＦを介して、周知の液晶パネルＰＬが配置され、バックライト型の液晶ディスプレイが構成されている。拡散板ＤＦは弱い拡散能を有するもので、省略されても良い。
【００６１】
図５において、一次光源Ｌ１から発せられた光は光線Ｐで代表されている。入射端面３２を通って導光板３０内に導入された光線Ｐが、導光板３０内を伝播し、いずれかのマイクロレフレクタ９０内に入り込み、マイクロレフレクタ９０への入力光（入力光線）となる。入力光線Ｐは、そのマイクロレフレクタ９０内で主として２回反射（点ａ及びｂ）され、出射面３３に向かう内部出力光Ｑが生成される。
【００６２】
出射面３３上に形成された突起列ＰＲのそれぞれは、斜面対ＳＬ１、ＳＬ２で構成されている。従って、内部出力光はいずれかの斜面ＳＬ１またはＳＬ２に到達する。斜面ＳＬ１またはＳＬ２への到達時の内部入射角に応じて一部が導光板３０の外部へ脱出し（点ｃ）、照明出力光Ｒ（直接脱出光成分）となる。
【００６３】
残りの成分は内部反射され、そのかなりの部分は、様々の経路履歴を経た後に再度出射面３３に到達する。こうして、２回目以降の出射面３３からの脱出チャンズが生じる。こうして２回目以降のチャンスで生成される間接脱出光も、照明出力光Ｒに加えられる。
【００６４】
出射面３３に形成された突起列ＰＲは、直接脱出光と間接脱出光の割合を調整する機能を持つ。もし、出射面３３に突起ＰＲが形成されておらず平坦であれば、大半の内部出力光が直接脱出光となり、前述した通り、微細な輝度むらをもたらす原因となる。
【００６５】
突起列ＰＲを具備した出射面３３は、直接脱出光を抑え気味に調整し、間接脱出光が相対的に生成され易くする。間接脱出光は種々の経路履歴を経てから出射面３３に到達する。従って、間接脱出光の脱出位置と直接脱出光の脱出位置が重なる確率は低くなる。その結果、出射光全体については脱出位置が出射面３３上で分散し、微細な輝度むらが発生し難くなる。
【００６６】
出射面３３の突起ＰＲの斜面ＳＬ１あるいはＳＬ２の内面で内部反射された光は背面３４に戻り、そのかなりの部分が背面３４から一旦は導光板３０外へ漏れ出る。反射部材ＲＦは、これを導光板３０へ戻し、出射面３３からの脱出（間接脱出）のチャンスを再度与える。従って、間接脱出光を増大させる上で反射部材ＲＦを背面３４に沿って配置することは極めて好ましい。但し、反射部材ＲＦを省略した配置でも、ある程度の間接脱出光は得られる。
【００６７】
直接脱出光と間接脱出光を含む導光板３０の出力照明光Ｒは、拡散板ＤＦを通過し（点ｄ）、液晶表示パネルＰＬ（図４（ｂ）参照）に供給される。この光は、周知の原理に従って表示に寄与する。微細な輝度むらが防止された照明出力光が液晶表示パネルに供給されることは、優れた品質の表示画面を提供する上で有利である。
【００６８】
本実施形態で採用されているマイクロレフレクタ９０は、図３（ｂ）に示したものと類似した形状を持つ。図６は１つのマイクロレフレクタ自身を拡大描示した斜視図である。また、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、１つのマイクロレフレクタ９０の周辺を３方より見た図に、図５に示した代表光線Ｐの光路を書き入れたもので、（ａ）は＋Ｚ方向から見た描図、（ｂ）は＋Ｘ方向から見た描図、（ｃ）は＋Ｙ方向から見た描図である。
【００６９】
図６に示したように、マイクロレフレクタ９０は４個の面９１〜９４を持つブロック形状を有している。これらの面９１〜９４は、背面３４を代表する一般面に対して傾斜して形成されている。嶺部９６で出会うように形成された面９１、９２は、面９３、９４に向かう光の通路となる案内部の外面となっている。一方、面９３、９４は、方向転換のための２回反射を行ない、内部出力光を生成する反射面である。面９３と面９４は嶺部９５で出会っている。また、面９１と面９３は稜線９７で出会い、面９２と面９４は稜線９８で出会っている。
【００７０】
図５、図６を併せて参照すると、転換出力部の反射面９３、９４は光線Ｐの立場で見れば谷を形成していることが判る。嶺９５が谷底に対応する。この谷は、案内部から離れるに従って狭く、且つ、浅くなっている。この形状により、上述した２回反射（ａ、ｂ）が、容易に起こる。その結果、光の進行方向が２度に亙って３次元的に転換され、出射面３３へ向かう内部出力光Ｑが生成される。
【００７１】
なお、本実施形態では案内部の反射面９１、９２も光線Ｐの立場で見ればやはり谷を形成している。嶺９６が谷底に対応する。この谷は、転換出力部から離れるに従って狭く、且つ、浅くなっている。
【００７２】
ここで注目すべきことは、マイクロレフレクタ９０の姿勢を３次元的に調整することにより、相当の範囲で内部出力光Ｑの進行方向を制御出来るということである。マイクロレフレクタ９０の３次元的な姿勢の自由度は「３」であり、例えば図７（ａ）〜図７（ｃ）に示したように、３個の独立した姿勢パラメータθr、θx、θyで表現出来る。
【００７３】
パラメータθr は、「嶺部９５をＸＹ平面（背面３４の延在姿勢を代表する一般面に平行）に射影したラインが＋Ｙ軸方向（入射面３２側から見た時の導光板３０の奥行き方向）となす角度」である。パラメータθr は、マイクロレフレクタ９０への入力光の相対的な角度分布を主として左右する。角度θr は、一般には０度〜小角度、例えば±１８度の範囲で設計的に定められることが好ましい。
【００７４】
図４、図５の例では、光は主として−Ｙ軸方向から供給されるから、導光板３０の背面３４の大半の部分では、θr をほぼ０度とした時に入力光量が最大になる。しかし、残る姿勢パラメータθx 、θy との組み合わせに応じて内部出力光Ｑの進行方向を３次元的に調整するために、小角度の範囲で調整することは全く差し支えない。
【００７５】
一方、例えば４５度を越えるような過大なθr は、マイクロレクタ９０への入力光量を著しく減らすことになる場合が多く、実用的ではないことが一般的である。但し、後述するように、光の到来方向が大きく傾斜している位置、例えば入射端面３２の両端のコーナ部では、角度θr が特別の態様で調整されて良い。
【００７６】
次に、パラメータθy は、「稜線部９５をＹＺ平面（側面３５、３６に平行）に射影したラインが＋Ｙ軸方向（入射面３２側から見た時の導光板３０の奥行き方向）となす角度」で定義されている。パラメータθy は、主としてＹＺ平面内に関して出力光Ｑの方向を左右する。図７（ｂ）の例では、Ｙ成分がほぼ０となる方位に出力光Ｑが生成されている。例えば、θy を図示した状態より小さくとれば、出力光Ｑの方向は図示された状態より図中で時計周り方向に傾斜する。
【００７７】
また、パラメータθx は、「嶺部９５をＸＺ平面（入射端面３２に平行）に射影したラインが＋Ｚ軸方向（導光板３０の厚さ方向）となす角度」で定義されている。パラメータθx は、主としてＸＺ平面内に関して内部出力光Ｑの方向を左右する。図７（ｃ）の例では、突起列ＰＲの一方の斜面ＳＬ１に小角度傾斜して内部入射した後、ＸＺ平面内に関してほぼ正面方向の照明出力光Ｒが得られるように、θx が設定されている。
【００７８】
これら姿勢パラメータの調整、特にθx の調整により、一般に、面９３が背面３４を代表する一般面に対してなす傾斜角と、面９４が同一般面に対してなす傾斜角とは等しくなくなる。例えば、嶺部９５に対して面９３、９４が対称に形成されている場合、θx ≠０であれば、両面９３、９４が背面３４を代表する一般面に対してなす傾斜角は互いに異なったものとなる。
【００７９】
ここで、突起列ＰＲの作用について更に考察して見る。図７（ｃ）には、内部出力光Ｑがほぼ正面方向の照明出力光Ｒとなる光路が示されているが、実際の出力光ビーム束の進行方向は、図示された出力光Ｑの方向の周りに分布している。今、ＸＺ平面内に関してＺ方向に進む内部出力光Ｑ１に注目し、その典型的な光路を図８に例示した。
【００８０】
図示されているように、内部出力光線Ｑ１が斜面ＳＬ１に内部入射すると、内部入射角に応じて光線Ｑ２と直接脱出光Ｒ１に分岐する。但し、内部入射角が臨界角以上であれば全反射が起こり、直接脱出光Ｒ１は発生しない。また、内部入射角が臨界角未満で直接脱出光Ｒ１が発生する場合でも、面ＳＬ１が傾斜しているために、内部入射角は一般に臨界角に近くなる。例えば、突起列ＰＲの材料がＰＭＭＡ（屈折率；１．４９２）の場合、臨界角は４３度程度である。
【００８１】
内部反射光線Ｑ２は、他方の斜面ＳＬ２に内部入射する。ここで、内部入射角に応じて光線Ｑ３とＱ４に分岐する。但し、ここでも内部入射角が臨界角以上であれば全反射が起こり、光線Ｑ４は発生しない。いずれにしろ、光線Ｑ３、Ｑ４は直接脱出光とはならない。なお、光線Ｑ４は一旦は導光板３０外に出るが、すぐ隣の突起に入射し、殆どがＲ１とは全く別の光路を辿るので、直接脱出光とはみなさないことにする。光線Ｑ４の多くは、光線Ｑ５となり、導光板３０内を再度伝播する。
【００８２】
このようにして発生した光線Ｑ３、Ｑ５、及びそれらに類似した光線の多くは、その後多様な光路を経て、再度突起列ＰＲからの脱出するチャンスを得る。２度目以降の脱出チャンスで脱出に成功し、導光板３０を離れる光線は照明出力光の一部を形成する。
【００８３】
ここで重要なことは、もしも出射面３３に突起列ＰＲが形成されておらず平坦であれば、光線Ｑ３、Ｑ５のような光は極く少量しか発生しないことである。その結果、直接脱出光が過剰になり、微細な輝度むらの原因となる。
【００８４】
換言すれば、突起列ＰＲは、直接脱出光が過剰とならないように調整し、それによって微細な輝度むら乃至「ぎらつき感」を防止する。突起列ＰＲのこの作用は、突起列ＰＲの斜面ＳＬ１、ＳＬ２の傾斜角βのみならず、マイクロレフレクタ９０の形状（特に、転換出力部の谷の形状）、寸法、姿勢（θr 、θy 、θx ）、導光板３０の材料（屈折率）等の諸要因に応じて多様に変化すると考えられる。従って、最適な条件は、設計的に定められることが好ましい。
【００８５】
最後に、マイクロレフレクタ９０の配列パターンについて説明する。本発明は、マイクロレフレクタ９０の配列パターンについて特に絶対的な条件を課すものではないが、出射面３３全体に亙って均一な輝度分布が得られるようにマイクロレフレクタ９０が配列されることが好ましい。
【００８６】
図９は、マイクロレフレクタ９０の１つの配列例を示している。図９において、透明樹脂からなる導光板４０の１つの端面が入射端面４２を提供している。一方のメジャー面が提供する背面４４上に多数のマイクロレフレクタ９０が配列されている。他方のメジャー面は出射面（図示せず）を提供し、左右のマイナー面が側面４５、４６を提供している。
【００８７】
一次光源（冷陰極管）Ｌは、図２に示したものと同じで、入射端面４２に沿って配置され、入射端面４２に向けて一次光を供給する。冷陰極管Ｌの両端は発光力のない電極部ＥＬ１、ＥＬ２であり、それらの間の発光部の長さは入射端面４２の長さよりやや短くなっている。このような設計は、電極部ＥＬ１、ＥＬ２の突出を避けるためにしばしば採用される。
【００８８】
一次光源Ｌから発せられた光は、入射端面４２を通って導光板４０内に導入される。導光板４０内を伝播する光がマイクロレフレクタ９０内に入り込むと、マイクロレフレクタ９０内で主として２回反射が起こり、出射面に向かう内部出力光が生成される。内部出力光の一部は直接脱出光となり、残りの一部は間接脱出光となる。個々のマイクロレフレクタ９０の形態と作用は既述したので、詳しい説明は省略する。
【００８９】
図９に示した配列パターンは、図２に示した配列パターンと同じである。但し、個々のマイクロレフレクタ９０の配向（姿勢）には、前述した通りの自由度（姿勢パラメータθr 、θx 、θy ）がある。ここでは姿勢の詳細は、表現されていない。但し、θr についてはコーナ部Ｃ、Ｄを除いてほぼθr ＝０度の配向で描かれている。前述したように、全部または一部のマイクロレフレクタ９０について、θr を図示された配向から小角度、数度〜２０度、例えば１８度、時計回りあるいは反時計回りに傾斜させても良い。
【００９０】
配列ルールをまとめて記せば下記の通りである。
１．形成密度（被覆率）は入射端面４２からの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、入射端面４２からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
【００９１】
２．電極部ＥＬ１、ＥＬ２に近いコーナエリアＣ、Ｄでは、特に、高密度でマイクロレフレクタ９０が配列されている。この配列は、下記３の配向と共に、コーナエリアＣ、Ｄに対応する暗部が出射面上に現われるのを防止する。
３．上述したように、背面４４の大部分において、マイクロレフレクタ９０の配向は入射端面４２にほぼ垂直に整列している（θr ＝約０度）。
【００９２】
４．コーナエリアＣ、Ｄでは、マイクロレフレクタ９０の配向は入射端面４２に対して斜めに大きく傾いている。即ち、θr は最大４５度程度まで分布している。これは、光の到来方向とマイクロレフレクタ９０の配向を対応させ、方向転換効率を高める。更に、コーナエリアＣ、Ｄを除く両側部４５、４６では、マイクロレフレクタ９０の配向は入射端面３２に対して少角度傾いている。これは、上記４と同様、光の到来方向とマイクロレフレクタ９０の配向を対応させ、方向転換効率を高める。
但し、上述した通り、全部または一部のマイクロレフレクタ９０について、θr を図示された配向から小角度、数度〜２０度、例えば１８度、時計回りあるいは反時計回りに傾斜させても良い。
【００９３】
５．多数のマイクロレフレクタ９０は、直線上に並ぶような強い秩序を持たないように設計される。これにより、マイクロレフレクタ９０はより目立ち難くされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【００９４】
図１０は、マイクロレフレクタ９０のもう１つの配列例を示している。図１０に示した例は、例えばＬＥＤのような点状光源要素を用いた一次光源を採用したケースに適合している。
【００９５】
図１０に示したように、導光板５０の１つの側端面５２の中央部に形成された凹部５２ａが入射端面を提供している。一次光源Ｌ２は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた小発光面積を持つ非ロッド状の一次光源で、凹部５２ａを通して導光板への光供給を行なうように配置される。背面５４には多数のマイクロレフレクタ９０が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
【００９６】
１．被覆率は凹部５２ａからの距離に応じて増大する傾向を持つ。これにより、凹部５２ａ（光源Ｌ２）からの距離に依存した輝度変化が出射面に現れることが防止される。
【００９７】
２．背面５４の全体に亙って、マイクロレフレクタ９０の配向は凹部５２ａから放射状に定められている。案内部は、凹部５２ａに向けられている。即ち、各マイクロレフレクタ９０の転換出力部の嶺部９５（図６、図７参照）が凹部５２ａに向かう方向に延在する。但し、前述したように、全部または一部のマイクロレフレクタ９０について、配向（図７におけるθr ）を図示された配向から小角度、数度〜２０度、例えば１８度、時計回りあるいは反時計回りに傾斜させても良い。
【００９８】
３．光源Ｌ２の放射特性に正面方向への指向性がある場合、側端面５２の周辺で、マイクロレフレクタ９０の被覆率が高められても良い。特に、コーナエリアＥ、Ｆについては被覆率が高められることが好ましい。
【００９９】
４．多数のマイクロレフレクタ９０が直線上に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ９０がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【０１００】
図１１は、マイクロレフレクタ９０の更にもう１つの配列例を示している。図１１に示した例は、例えばＬＥＤのような点状光源要素を用いた一次光源を２個所に配置したケースに適合している。
【０１０１】
図１１に示したように、導光板６０の１つの側端面６２に形成された２つの凹部６２ａ、６２ｂが入射端面を提供している。一次光源Ｌ３、Ｌ４は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた小発光面積を持つ非ロッド状の一次光源で、凹部６２ａ、６２ｂを通して導光板への光供給を行なうように配置される。背面６４には多数のマイクロレフレクタ９０が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
【０１０２】
１．被覆率と配向は凹部６２ａ、６２ｂとの位置関係を考慮して、輝度変化が出射面に現れないように設計される。
【０１０３】
先ず一方の一次光源Ｌ３からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布（分布３と呼ぶ）を設計する。
【０１０４】
次に、他方の一次光源Ｌ４からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布（分布４と呼ぶ）を設計する。これら分布３と分布４を重ね合わせて本例における被覆率及び配向の分布（分布３＋分布４）とする。
【０１０５】
分布３による被覆率は一次光源Ｌ３からの距離に応じて増大する一方、分布４による被覆率は一次光源Ｌ４からの距離に応じて増大する傾向を持つ。従って、全体としては分布３、分布４の勾配は相殺し合う傾向を持つ。図示された例では、ほぼ均一な被覆率のケースが描かれている。
【０１０６】
マイクロレフレクタ９０の配向は、半数が分布３に従って凹部６２ａから放射状に定められ、残りの半数が分布４に従って凹部６２ｂから放射状に定められている。
【０１０７】
但し、上述した通り、全部または一部のマイクロレフレクタ９０について、θr を図示された配向から小角度、数度〜２０度、例えば１８度、時計回りあるいは反時計回りに傾斜させても良い。
【０１０８】
２．多数のマイクロレフレクタ９０が直線上に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ９０がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【０１０９】
図１２は、マイクロレフレクタ９０の更に別の１つの配列例を示している。図１２に示した例は、いわゆる２灯配置への適用例である。ここで採用される導光板７０は、２つの互いに平行なマイナー面が入射端面７２ａ、７２ｂを提供している。
【０１１０】
棒状の一次光源（冷陰極管）Ｌ５、Ｌ６が入射端面７２ａ、７２ｂに沿って配置され、それぞれ入射端面７２ａ、７２ｂに光を供給する。背面７４には多数のマイクロレフレクタ９０が設けられている。その配列と配向は、次のような特徴を有している。
１．マイクロレフレクタ９０の被覆率と配向は次のように設計される。先ず一方の一次光源Ｌ５からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布（分布５と呼ぶ）を設計する。次に、他方の一次光源Ｌ６からの光供給のみを仮定して、出射面全体における輝度が均一となるように被覆率と配向の分布（分布６と呼ぶ）を設計する。これら分布５と分布６を重ね合わせて本実施形態における被覆率及び配向の分布（分布５＋分布６）とする。
【０１１１】
分布５による被覆率は入射端面７２ａからの距離に応じて増大する一方、分布６による被覆率は入射端面７２ｂからの距離に応じて増大する傾向を持つ。従って、全体としては分布５、分布６の勾配が相殺し合う傾向を持つ。図示された例では、ほぼ均一な被覆率のケースが描かれている。
【０１１２】
マイクロレフレクタ９０の配向は入射端面７２ａ、７２ｂにほぼ垂直に整列している。但し、分布５で定められたマイクロレフレクタ９０の案内部は入射端面７２ａに向けられ、分布６で定められたマイクロレフレクタ９０の案内部は入射端面７２ｂに向けられる。
【０１１３】
但し、上述した通り、全部または一部のマイクロレフレクタ９０について、θr を図示された配向から小角度、数度〜２０度、例えば１８度、時計回りあるいは反時計回りに傾斜させても良い。
【０１１４】
通常、一次光源Ｌ５、Ｌ６のパワーは等しく、半数のマイクロレフレクタ９０が入射端面７２ａに向けられ、残りのマイクロレフレクタ９０が入射端面７２ｂに向けられる。
【０１１５】
２．多数のマイクロレフレクタ９０が直線上に並ぶような秩序を持っていない。これにより、マイクロレフレクタ９０がより目立たなくされる。また、液晶ディスプレイに組み込んだ場合、マトリックス状の電極配列との重なり関係によるモアレ縞発生が防止される。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に従えば、導光板の背面に分布させたマイクロレフレクタによる２回内部反射に基づいて効率的な方向転換が導光板内部で行なわれるとともに、出射面における直接脱出光が調整される。従って、微細な輝度むらの無い面光源装置及び液晶ディスプレイが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術について説明する図で、（ａ）はエッジライティング効果の原理、（ｂ）及び（ｃ）は、凹部の形成態様を例示した図である。
【図２】先願に係る面光源装置を導光板の背面側から見た平面図である。
【図３】（ａ）は図２に示した装置で用いられている導光板の部分拡大斜視図、（ｂ）は同導光板の背面に形成されている突起形状のマイクロレフレクタを抽出した拡大図である。
【図４】本発明の１つの実施形態の概略配置を示したもので、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）において右方から見た側面図である。
【図５】実施形態で採用されているマイクロレフレクタの周辺を拡大描示し、典型的な光路を併記した斜視図である。
【図６】実施形態で採用されている１つのマイクロレフレクタ自身を拡大描示した斜視図である。
【図７】１つのマイクロレフレクタの周辺を３方より見た図に、図５に示した代表光線Ｐの光路を書き入れたもので、（ａ）は＋Ｚ方向から見た描図、（ｂ）は＋Ｘ方向から見た描図、（ｃ）は＋Ｙ方向から見た描図である。
【図８】突起列の作用を説明するために、ＸＺ平面内に関してＺ方向に進む内部出力光Ｑ１の典型的な光路を例示した図である。
【図９】マイクロレフレクタの１つの配列例を示している。
【図１０】マイクロレフレクタのもう１つの配列例を示している。
【図１１】マイクロレフレクタの更にもう１つの配列例を示している。
【図１２】マイクロレフレクタのなお更にもう１つの配列例を示している。
【符号の説明】
１、１０、３０、４０、５０、６０、７０ 導光板
２、１２、３２、４２ａ、４２ｂ、５２ａ、６２ａ、６２ｂ 入射端面
３、１３、３３ 出射面
４、１４、３４、４４、５４、６４、７４ 背面
５ 凹部
５ａ、５ｂ 斜面
２０、９０ マイクロレフレクタ
２１、２２、９１、９２ 斜面（案内部）
２３、２４、９３、９４ 内部反射面（転換出力部）
２５、２６、９５、９６ 嶺部
２７、２８ 側壁
３５、３６ 導光板の側部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ 導光板のコーナエリア
ＤＦ 拡散板
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ６ 一次光源
ＬＰ 液晶パネル

Claims (6)

1. 少なくとも１つの一次光源と、出射面と背面を提供する２つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための入射端面を備えた導光板とを含む面光源装置において、
   前記背面は、光進行方向転換のための多数の突起形状のマイクロレフレクタを備え、
   各マイクロレフレクタは、転換出力部と、該転換出力部に隣接し、該転換出力部へ向かう光の通路となる案内部とを含み、
   前記転換出力部は嶺部とその両側にそれぞれ前記背面を代表する一般面に対して傾斜して形成された第１の反射面と第２の反射面を含み、
   前記嶺部、第１の反射面及び第２の反射面によって前記マイクロレフレクタの内部には谷が形成され、
   前記谷は、前記案内部から離れるに従って幅が狭く、且つ、深さが浅くなる傾向を持つように形成されており、
   それにより、前記案内部を経て前記谷に到来した内部入力光が前記第１の反射面及び前記第２の反射面の内の一方で反射され、次いで、他方の反射面で反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成され得るようになっており、
   更に、前記出射面は、前記入射端面とほぼ垂直に延在する多数の突起列を備え、
   前記突起列の内部反射により、前記内部出力光の前記出射面からの直接脱出が抑制されるようになっており、
   前記嶺部の延在方向は、前記内部入力光の到来方向に対応するように定められている、前記面光源装置。
2. 前記背面に沿って反射部材が配置されている、請求項１に記載された面光源装置。
3. 前記第１の反射面と第２の反射面は、前記背面を代表する一般面に関して異なる傾斜角を有している、請求項１または請求項２に記載された面光源装置。
4. 液晶パネルを照明するための面光源装置を備えた液晶ディスプレイであって、
   前記面光源装置は、少なくとも１つの一次光源と、出射面と背面を提供する２つのメジャー面、並びに前記一次光源からの光導入のための入射端面を備え、
   前記背面は、光進行方向転換のための多数の突起形状のマイクロレフレクタを備え、
   各マイクロレフレクタは、転換出力部と、該転換出力部に隣接し、該転換出力部へ向かう光の通路となる案内部とを含み、
   前記転換出力部は嶺部とその両側にそれぞれ前記背面を代表する一般面に対して傾斜して形成された第１の反射面と第２の反射面を含み、
   前記嶺部、第１の反射面及び第２の反射面によって前記マイクロレフレクタの内部には谷が形成され、
   前記谷は、前記案内部から離れるに従って幅が狭く、且つ、深さが浅くなる傾向を持つように形成されており、
   それにより、前記案内部を経て前記谷に到来した内部入力光が前記第１の反射面及び前記第２の反射面の内の一方で反射され、次いで、他方の反射面で反射され、前記出射面に向かう内部出力光が生成され得るようになっており、
   更に、前記出射面は、前記入射端面とほぼ垂直に延在する多数の突起列を備え、
   前記突起列の内部反射により、前記内部出力光の前記出射面からの直接脱出が抑制されるようになっており、
   前記嶺部の延在方向は、前記内部入力光の到来方向に対応するように定められている、前記液晶ディスプレイ。
5. 前記背面に沿って反射部材が配置されている、請求項４に記載された液晶ディスプレイ。
6. 前記第１の反射面と第２の反射面は、前記背面を代表する一般面に関して異なる傾斜角を有している、請求項４または請求項５に記載された液晶ディスプレイ。

Images