JP3955505B2

JP3955505B2 - 導光板

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Publication number: JP3955505B2
Application number: JP2002198892A
Authority: JP
Inventors: カリルカランタル; 伸吾松本
Original assignee: 日本ライツ株式会社
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-07-08
Also published as: JP2004038108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、厚さが入射端面部の位置が最小になるようにして、光源からの光が指向性を有しても入射端面部近傍に光源からの強い光の映り込みを回避するとともに光源が少ない場合による入射端面部付近の両端部での暗部発生を回避することができる導光板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の導光板および平面照明装置としては、光源からの光を最大限に利用する目的で、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くさせ、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法が知られている。具体的には、図６に示すように、導光板２１は、楔形状に成形され、不図示の光源からの光を導く入射端面部３１、表面部６１、裏面部７１、表面部６１と裏面部７１とに略直角に交わる側面部５１，５１を有する。この導光板２１は、厚さの厚い方を入射端面部３１とし、この入射端面部３１と反対方向の反入射端面部４１ｂに向かうにしたがって厚さが薄く成っている。そして、入射端面部３１に対向して光源を配置し、入射端面部３１から反入射端面部４１の方向に向かう光のテーパーリークを利用して表面部６１または／および裏面部７１から光を出射している。
【０００３】
さらに、大きな平面照明装置の場合には、図７に示すように、導光板２１Ａの厚さを両端の入射端面部３１ａ，３１ｂから中心に向かうほど厚さを薄くなるように導光板２１Ａが構成される。この導光板２１Ａを用いた平面照明装置では、導光板２１Ａの両端の入射端面部３１ａ，３１ｂにそれぞれ光源９１ａ，９１ｂが配置される。そして、入射端面部３１ａ，３１ｂから入射端面部３１ａ，３１ｂの反対方向に向かう光のテーパーリークを利用して表面部６１または／および裏面部７１ａ，７１ｂから光を出射している。
【０００４】
また、従来の導光板の出射面と反対側に白色の光散乱剤を印刷する場合には、入射端面部から遠ざかるほど印刷部を増加させたり、導光板に凸凹等のドットを設ける場合でも入射端面部から遠ざかるほどドットを増加させていた。
【０００５】
さらに、従来の光源がＬＥＤ等の点光源を用いた平面照明装置としては、導光板の側面にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設け、導光板の両端隅部分的まで光線が到達するようにする方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来の導光板および平面照明装置として、例えば楔形状の導光板２１での光線の軌跡について図８を参照しながら説明する。なお、導光板としては、図６に示す楔形状のものが用いられる。
【０００７】
図６に示すように、導光板２１は厚さが入射端面部３１から入射端面部３１の反対側に位置する反入射端面部４１に向かう程に薄くなる構成である。このように、導光板２１が楔形状であるため、図８に示す入射光Ｌ０１が入射端面部３１の反対側に位置する反入射端面部４１に進む間に光線Ｌ０１は表面部６１に向かう。そして、表面部６１に対しての光線Ｌ０１の入射角が４２°内ならば、光線Ｌ０１が表面部６１で全反射をして光線Ｌ０２として裏面部７１方向に進む。しかし、導光板２１は、光線が進む方向に対して薄くなる楔形状のため、裏面部７１に対する入射角が臨界角よりも小さいので、光線が臨界角を破って光線Ｌ０３や光線Ｌ０４として裏面部７１より臨界角を破り出射してしまう。
尚、図８に示す説明では、裏面部７１のみに臨界角を破る出射光を示したが、表面部６１にも同様に臨界角を破る出射光が存在する。
【０００８】
このように、図６および図８に示すように、光源からの光を最大限に利用する目的で、導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くさせる、所謂楔形状に成形して、入射端面部から入射端面部の反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する構成では、光源が指向性のある場合、入射端面部の近傍で直ちに臨界角を破り、即ちテーパーリークによって高輝度な出射がされる。そして、出射される光線が高輝度で指向性の強い出射光のため、光源全体、例えば半導体発光素子（ＬＥＤ）の光源の場合には、半導体発光素子自身の形状が出射面から観測（映り込み）されてしまう課題がある。
【０００９】
さらに、上記のように導光板の厚さを入射端面部から離れるほど厚さを薄くした導光板では、半導体発光素子自身の形状が出射面から観測されてしまうのを回避するため、入射端面部近傍を実際には利用しないで用いる。このため、平面照明装置の必要面積以上に大きな導光板を使用しなければならない課題がある。
【００１０】
また、従来の大きな平面照明装置の場合、図７に示すように、導光板２１Ａの厚さを両端の入射端面部３１ａ，３１ｂから中心に向かうほど厚さを薄くし、入射端面部３１ａ，３１ｂから入射端面部３１ａ，３１ｂの反対方向に向かう光のテーパーリークを利用する方法を用いて導光板２１Ａの両端を入射端面部３１ａ，３１ｂとする構成では、導光板２１Ａの中心部分の厚さが最も薄い部分となり、全体を軽量化すればするほど中心部分の厚さが薄くなり、構造的に機械的強度が弱いという課題がある。
【００１１】
さらに、光源をＲＧＢ（赤色発光、緑色発光、青色発光）の三色の光源を用いて白色光を得るため、ＲＧＢの各光源を順次並べてアレー状にした場合には、各発光色が入射端面部近傍では混ざりにくいために、入射端面部近傍では白色にならず、各発光色が斑状に出射面から出射してしまう課題がある。
【００１２】
また、従来の光源にＬＥＤ等の点光源を用いた平明照明装置は、導光板の入射端面部にＬＥＤを複数並べ、これらＬＥＤに対向する位置の導光板の入射端面部にプリズム等の凸や凹の形状を設けた構成では、光源が点光源であるため、光ビーム強度分布が円状や楕円状となる。このため、光源に対向する導光板の入射端面部にプリズム加工を施し、光源の左右方向に分散させて導光板全体から均一に出射させるが、隣り合っているＬＥＤ等の光源の光が重なり合い、輝度の斑が発生してしまう課題がある。
【００１３】
さらに、図９（ａ），（ｂ）に示すように、従来の楔形状の導光板２１と、１つのＬＥＤ等の点光源９を入射端面部３１の中心に用いた平面照明装置では、図９（ｂ）に示すように、ＬＥＤ等の半導体発光素子の光源９では指向性を有するため、光束が狭い範囲で反入射端面部４１方向に進むとともに入射端面部３１から反入射端面部４１方向に進む間に臨界角を破り出射してしまう。このため、入射端面部３１の両端部分（入射端面部３１と入射光線Ｌ０との間）が暗部となってしまう課題がある。
【００１４】
この発明は、このような課題を解決するためなされたもので、その目的は、導光板内に存在する光線が入射端面部から入射端面部の反対側に位置する反入射端面部方向に進んでもテーパーリークを起こさず、反入射端面部にて全反射され再度入射端面部に向かう時、初めてテーパーリークを発生することができるので、入射端面部近傍に於いて光源からの高輝度の光を出射せず、一度導光板の入射端面部の反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するために光源の映り込みや輝度斑を無くすことができるとともにＲＧＢ等の単色光源を並べた光源の場合でも入射端面部近傍ですぐに出射せず一度導光板の入射端面部と反対側で全反射してから出射するために、その間に導光板内を幾度か全反射を繰り返しながら進行するためにＲＧＢの単色光が混合され完全な白色光を得ることができ、輝度とともに輝度斑や発光色斑をコントロールすることができ、ならびに導光板の利用出射面を大きく取れ、さらに大型の導光板や平面照明装置でも光源近傍の両端の入射端面部が最小で中央部が最大の厚みになるので機械的に優れた強度を得ることができる導光板を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の請求項１に係る導光板は、薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、表面部と前記裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、反入射端面部において距離が最大になるように表面部または／および裏面部は入射端面部から反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、光が入射端面部から反入射端面部方向に進む時に傾斜面によって臨界角を破らず、反入射端面部にて反射され反入射端面部から入射端面部に進む時に傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射することを特徴とする。
【００１６】
請求項１に係る導光板は、薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、表面部と前記裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、反入射端面部において距離が最大になるように表面部または／および裏面部は入射端面部から反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、光が入射端面部から反入射端面部方向に進む時に傾斜面によって臨界角を破らず、反入射端面部にて反射され反入射端面部から入射端面部に進む時に傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射するので、光源からの光線を入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、入射端面部の反対側に位置する反入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに反入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、明るく均一な出射光を得ることができる。
【００１７】
また、請求項２に係る導光板は、薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、表面部または／および裏面部には入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、反入射端面部において距離が最大になるように表面部または／および裏面部は入射端面部から反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、光が入射端面部から反入射端面部方向に進む時に傾斜面によって臨界角を破らず、反入射端面部にて反射され反入射端面部から入射端面部に進む時に傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射することができるとともに入射端面部から反入射端面部方向に進む時にも光偏向素子の傾斜面によって臨界角を破り出射することを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る導光板は、薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、表面部または／および裏面部には入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、反入射端面部において距離が最大になるように表面部または／および裏面部は入射端面部から反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、光が入射端面部から反入射端面部方向に進む時に傾斜面によって臨界角を破らず、反入射端面部にて反射され反入射端面部から入射端面部に進む時に傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射することができるとともに入射端面部から反入射端面部方向に進む時にも光偏向素子の傾斜面によって臨界角を破り出射するので、光源からの光線を入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、入射端面部の反対側に位置する反入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに反入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、テーパーリークとともに微細な光偏向素子に達した時に臨界角を破り導光板から出射する光量をコントロールすることができるとともに光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端にも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができる。
また、光偏向素子を入射端面部に近づくほど光偏向素子の数量または面積が増加するので、入射端面部から入射した光は導光板の表面部や裏面部に達しても臨界角に達する光が存在せず、一度入射端面部の反対側の反入射端面部で全反射した光が臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在するために反入射端面部から入射端面部に戻る間に出射面から出射するために入射端面部に近づくほど出射させる光量を多くする必要があるので、入射端面部に近づくほど光偏向素子の数量または面積が増加することにより均一な出射光を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき説明する。
なお、本発明は、導光板が薄板状矩形立法体形状を成し、これらを包囲する６面が鏡面をなすとともに表面部または／および裏面部には微細な光偏向素子を入射端面部に近づくほど増加するように設け、表面部と裏面部との間の距離（厚さ）が入射端面部で最小になり、入射端面部から最大離距離において表面部と裏面部との間の距離（厚さ）が最大になる形状を有し、光源が指向性の有する複数の半導体発光素子からなり、単色光または赤色光、緑色光、青色光の三原色光あるいは波長変換材料利用の白色光であるとともにアレー状または指向性の有する単体の半導体発光素子からなる。また、導光板の入射端面部および出射面以外の部分を覆う反射性を有し反射面が凹凸形状またはプリズム形状である反射体とを具備することによって、導光板の入射端面部近傍での光源の映り込みや輝度斑や発光色斑の発生をコントロールすることができ、ならびに導光板の利用出射面を大きく取れる導光板および平面照明装置を提供するものである。
【００２６】
図１は本発明に係る導光板を含む平明照明装置の概略構成を示す分解斜視図、図２は本発明に係る導光板の側面図、図３は図２の導光板における光線の軌跡を示す図、図４（ａ），（ｂ）は図２の導光板において入射端面部の中央部に１つの光源を配置したときの光線の軌跡を示す図、図５は本発明に係る導光板の他の形状を示す側面図である。
【００２７】
図１に示すように、平面照明装置１は、導光板２と光源９および反射体１０から構成されている。
【００２８】
導光板２は、屈折率が１．４〜１．７程度の透明なアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）等で形成される。この導光板２は、光源９からの光を導く入射端面部３と、この入射端面部３と反対側に位置する反入射端面部４と、これら入射端面部３と反入射端面部４の両端に接続する側面部５，５と、光を出射する表面部６と、この表面部６と反対側に位置する裏面部７とからなる。また、表面部６や裏面部７には、光を全反射や屈折する光偏向素子８が施してある。
【００２９】
導光板２は、表面部６と裏面部７との間の距離（導光板２の厚さ）が入射端面部３で最小（薄く）になり、入射端面部３から最大離距離（入射端面部３から入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４までの距離）において距離（厚さ）が最大（厚く）になるような形状を有している。
故に、導光板２は、図２に示すように、厚さが薄い入射端面部３の近傍に入射端面部３に対して略平行に光源９が配置され、光源９が配置された入射端面部３の反対側（最大離距離）である反入射端面部４の厚さが厚い配置となる。
【００３０】
さらに、表面部６や裏面部７には、光偏向素子８が設けられる。図１の例では、表面部６のみに光偏向素子８を設けている。これにより、入射端面部３からの入射光が入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４に進む間では、導光板２が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く進み反入射端面部４で全反射をする。そして、この反入射端面部４で全反射した光線は、再度入射端面部３方向に進む時に光偏向素子８により屈折等を行い、臨界角を破って表面部６から出射することができる。
【００３１】
また、図３に示すように、導光板２に入射した光は、屈折角γが０≦｜γ｜≦ｓｉｎ^-1（１／ｎ）の式を満たす範囲で導光板２内に進む。例えば一般の導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率がｎ＝１．４９程度である。従って、最大入射角は、入射端面部３の表面部６方向から裏面部７方向への光および裏面部７方向から表面部６方向への光が入射角９０°となる。このため、入射端面部３で屈折する屈折角γは、γ＝０〜±４２°程度の範囲内になる。
但し、表面部６近傍では裏面部７方向のみのγ＝−４２°のみとなり、裏面部７近傍では表面部６方向のみのγ＝＋４２°のみとなる。
【００３２】
ここで、屈折角γ＝０〜±４２°の範囲内で導光板２内に入射した光は、導光板２と空気層（屈折率ｎ＝１）との境界面では、ｓｉｎα＝（１／ｎ）の式により臨界角を表わすことができる。例えば一般の導光板２に使用されている樹脂材料であるアクリル樹脂の屈折率がｎ＝１．４９程度であるので、臨界角αはα＝４２°程度になる。従って、導光板２の表面部６や裏面部７に光線を偏向する凸や凹等が無かったり、臨界角αを越えなければ、導光板２内の光は表面部６や裏面部７で全て全反射しながら反入射端面部４方向へ進むことになる。
【００３３】
しかし、本発明の導光板２は、導光板２の厚さが（導光板２の表面部６と裏面部７との間の距離）が入射端面部３から入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４に向かう程（入射端面部３から最大離距離）に導光板２の厚さが薄く（最小に）なる楔形状（一般または従来とは逆）であるので、図３に示すように、入射端面部３からの入射光Ｌｎ１が入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４に進む間に導光板２が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、表面部６や裏面部７で全反射を繰り返した光線Ｌｎ２は反入射端面部４で全反射をする。そして、再度入射端面部３方向に光線Ｌｎ３が進む時に光偏向素子８により屈折等を行って臨界角を破り表面部６から光線Ｌｎ４を出射することができる。
尚、ここでは光偏向素子８について、凸形状および凹形状について記したが、何れも凸形状や凹形状の傾斜面で光線を屈折し外部に出射する。
【００３４】
さらに、本発明の導光板２は、図示しないが表面部６や裏面部７に光偏向素子８を入射端面部３に近づくほど光偏向素子８の数量または面積が増加するように設けている。これにより、最初に光源９からの入射端面部３から入射した光は、導光板２の表面部６や裏面部７に達しても臨界角αに達する光が存在せず、表面部６や裏面部７で全反射を繰り返しながら入射端面部３の反対側の反入射端面部４に進み、反入射端面部４で全反射する。この全反射した光が入射端面部３方向に戻る過程において、導光板２の厚さが徐々に薄くなって臨界角αを破る光線や臨界角αに近い光線等が多く存在する。このため、上記全反射により再度入射端面部３方向に進んだ光のうち、反入射端面部４から入射端面部３に戻る間に臨界角α付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし出射面（表面部６）から出射する。
【００３５】
また、光が反入射端面部４から入射端面部３に戻る間に出射面（表面部６）から出射され、入射端面部３に近づくほど（戻るほど）光量の減衰等に対応させて一層多数の光線を出射面（表面部６）から出射する。このため、入射端面部３に近づくほど出射させる光量を多くする必要があり、入射端面部３に近づくほど光偏向素子８の数量または面積が増加することにより均一な出射光を得ることができる。
【００３６】
さらに、光源９が単一の場合でも、一度入射端面部３の反対側の反入射端面部４で全反射した光が入射端面部３全体に進み、入射端面部３の方向に進むにつれて光偏向素子８を入射端面部３に近づくほど光偏向素子８の数量または面積が増加する。これにより、光源９の両端方向である入射端面部３の両端部でも均一な出射光を得ることができる。
【００３７】
また、画面サイズの大きな平面照明装置１の場合には、導光板２の両端を入射端面部３を設ける構造を有し、本発明の概念から導光板２は表面部６と裏面部７との間の距離（導光板２の厚さ）が入射端面部３で最小（薄く）になり、両端の入射端面部３から中心において距離（厚さ）が最大（厚く）になるような形状を有する。
【００３８】
即ち、図５に示すように、平面照明装置１は、光源９として２つの光源９ａと光源９ｂを有し、この２つの光源９ａと光源９ｂに対向する導光板２の厚さが最も薄い両端部を入射端面部３（３ａ，３ｂ）としている。そして、入射端面部３ａ，３ｂから互いに中心方向に向かう程導光板２の厚さが厚くなり、中心部で表面部６と互いに中心方向に向かう裏面部７（７ａ，７ｂ）との距離が最大になる。
【００３９】
故に、導光板２は、導光板２の厚さが（導光板２の表面部６と裏面部７ａおよび裏面部７ｂとの間の距離）が各入射端面部３ａおよび入射端面部３ｂから各入射端面部３ａおよび入射端面部３ｂの反対側に向かう程（各入射端面部３ａおよび入射端面部３ｂから中心）導光板２の厚さが厚く（最大に）なる形状である。これにより、各入射端面部３ａおよび入射端面部３ｂからの入射光が中心に進む間に導光板２がテーパ形状であっても互いに中心までは臨界角を破る光線は無い。そして、表面部６や裏面部７で全反射を繰り返した光線は、互いに対向する導光板２内および互いに対向する入射端面部３ａおよび入射端面部３ｂで全反射をして、再度互いに入射した各入射端面部３ａおよび入射端面部３ｂ方向に光線が進む時に光偏向素子８により屈折等を行って臨界角を破り表面部６から光線を出射することができる。
【００４０】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、半導体発光素子等（ＬＥＤ等）からなる光源９を入射端面部３の中心に１つだけ設けた場合にも、光源９が半導体発光素子等のため光束が狭い範囲で反入射端面部４方向に進むが、入射端面部３から反入射端面部４方向に進む間には臨界角を破る光線は存在せず、反入射端面部４で全反射をして光線Ｌｎが再度入射端面部３方向に進む間に臨界角を破り、さらに表面部６に設けた光偏向素子８により臨界角付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし一層多数の光線を表面部６に出射することができるので、入射端面部３の両端部に暗部ができず均一で明るい出射光を得ることができる。これに対し、図９（ａ），（ｂ）に示すような従来の構成では、入射端面部の両端部に暗部ができてしまう。
【００４１】
このように、本発明の導光板２は、導光板２の厚さが入射端面部３の位置が最も薄く、入射端面部３から離れる程、導光板２の厚さが厚くなるように構成し、光源９から最初に導光板２に入射した光線は表面部６や裏面部７等の鏡面で全反射のみにより、入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４で全反射を行った後に、再度入射端面部３方向に進み、この時導光板２の厚さが段々薄くなる為、光線が進みながら臨界角を破り、表面部６から出射するとともに表面部６に設けた光偏向素子８により臨界角付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし一層多数の光線を表面部６に出射する。
【００４２】
また、導光板２の両端に入射端面部３を設けた場合には、導光板２の厚さが入射端面部３の位置が最も薄く、入射端面部３から離れる程、導光板２の厚さが厚くなるようにし、導光板２の両端から同距離の中心部分で導光板２の厚さが最も厚くなるように構成するので、光源９から最初に導光板２に入射した光線は表面部６や裏面部７等の鏡面で全反射のみとなり、中心部を超えた位置から導光板２の厚さが段々薄くなる為、光源が進みながら臨界角を破り、表面部６から出射するとともに表面部６に設けた光偏向素子８により臨界角付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし一層多数の光線を表面部６に出射する。よって、入射端面部３の近傍では光源９からの直接的な高輝度な光を（映り込み）出射せずに導光板２の全体に明るく斑のない光を出射し、特に導光板２の両端に入射端面部３を設けた場合には機械的強度に優れている。
【００４３】
光源９は、半導体発光素子であって、ＬＥＤやレーザ等からなり、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の各単色光を各入射部３の近傍に設けたり、ＲＧＢ（赤色発光、緑色発光、青色発光）からなる複数の半導体発光素子を組み合わせたアレー状に構成したユニットを各入射部３に設けても良い。
さらに、光源９としては、波長変換材を利用した白色光を発光する光源（例えば、青色発光素子に黄色系の蛍光剤等を組み合わせた物）でも良い。
【００４４】
また、光源９は、入射端面部３が大きい場合や導光板２自体が大きい場合、ＣＣＦＬ（冷陰極管）を用いても良い。この場合、光源９は、線状をなし、直接光が導光板２の入射端面部３から導光板２内に入射し、他の光が図示しないリフレクタで反射されながら光源９とリフレクタとの空間を通って導光板２内に入射する。
尚、この線状の光源９の場合には、従来の導光板２１では、入射端面部３１の近傍に高輝度な輝線が現れてしまうが、本発明の導光板２を用いることによって輝線の発生を防ぐことができる。
【００４５】
反射体１０は、図示しないが反射面が凹凸形状またはプリズム形状を成し、熱可塑性樹脂に例えば酸化チタンのような白色材料を混入したシートや熱可塑性樹脂のシートにアルミニウム等の金属蒸着を施したり、金属箔を積層した物やシート状金属からなる。この反射体１０は、入射端面部３と表面部６以外の部分を覆い、光源９からの光が導光板２によって表面部６に出射した以外の光を反射または乱反射し、再び導光板２に入射させて光源９からの光を全て表面部６から出射するようにする。
また、反入射端面部４や裏面部７に用いる反射体１０の凹凸形状やプリズム形状を制御することにより、再度導光板２内に戻す位置をコントロールし、最終の出射光の輝度、光量分布および出射角等を調整することができる。
【００４６】
さらに、反射体１０は、反射面を凹凸形状またはプリズム形状とすることができる。これにより、光源９がＲＧＢ等の三原色光の光をプリズム面による反射によって導光板２内で混ざり合うことができ、光源９からの光を無駄にせず光源９から導光板２の出射光に変換する効率を良くすることができる。
【００４７】
また、ここでは図示しないが、例えば光源９がＣＣＦＬ（冷陰極管）のような指向性がラジアル方向を示すような場合には、光源９（ＣＣＦＬ）の周囲にリフレクタを設け、導光板２の入射端面部３と光源９とを包囲するようにする。これにより、光源９からの光を反射し、反射光を導光板２の入射端面部３に再び入射させる。
また、リフレクタは、白色の絶縁性材料やアルミニウム等の金属を蒸着したシート状または金属等からなる。
【００４８】
さらに、ここでは図示しないが、現実的な平面照明装置１として、導光板２から臨界角を破って表面部６等に出射する光線は、表面部６に対する入射角度が大きいので、出射角度も大きくなる。このことは表面部６と出射光との成す角度が小さくなることを意味し、導光板２に沿った様な出射光となる。従って、例えば液晶表示装置等に対しては、導光板２と略垂直な出射光を必要とするため、導光板２の出射面（表面部６）にプリズムシートを用いる。
この時、プリズムシートのプリズム面（プリズムの稜）を導光板２に向けて配置し、導光板２に沿った様な出射光を一度プリズムシート内に取り込み、取り込んだ面と反対側の面で全反射をし、最終的に平面照明装置１から略垂直な出射光を得る。
【００４９】
【実施例】
図１０（ａ）は本発明の導光板と従来の導光板とを用いた測定値の結果を示す図、図１０（ｂ）は平均輝度を測定するときの導光板の領域の分け方を示す図である。
【００５０】
測定条件は、導光板の厚さを最小０．９ｍｍ〜最大１．３ｍｍの楔形状とする。そして、本発明の導光板は、０．９ｍｍ厚の部分を入射端面部とし、入射端面部近傍に光源を配置する。これに対し、従来の導光板は、１．３ｍｍ厚の部分を入射端面部とし、入射端面部近傍に光源を配置する。また、本発明および従来の導光板には同じ大きさのものを用いる。光源は、入射端面部に平行に半導体発光素子（日本ライツ（株）製Ｌ７５５５）を４つ並べた物を使用した。光源の入力電流は、各々１チップ当り１８ｍＡとする。プリズムフィルムならびに反射フィルムは住友３Ｍ（株）製を使用した。輝度測定器は、トプコンＢＭ−７（視野角１°）であり、数値の単位はＣｄ／ｍ²である。
【００５１】
図１０（ａ）に示す測定結果を見ても明らかなように、平均輝度に関しては、導光板の３つの領域の全ての平均輝度及び中心輝度が本発明の導光板を用いた場合の方が従来の導光板を用いた場合よりも高いという結果が得られた。また、輝度斑に関しても、本発明の導光板を用いた場合の方が従来の導光板を用いた場合よりも少ない（略半分の数）という結果が得られた。
なお、平均輝度については、図１０（ｂ）に示すように、光源が対向配置される入射端面部から反入射端面部に向かって領域Ａ，Ｂ，Ｃに３等分して測定を行った。
【００５２】
このように、本発明の導光板および平面照明装置は、導光板２の厚さが入射端面部３の位置が最も薄く、入射端面部３から離れる程、導光板２の厚さが厚くなるような構成となっている。これにより、入射端面部３から入射端面部３の反対側に位置する反入射端面部４方向（この方向を順方向という）に進む時には導光板２の各面の鏡面でより多く全反射をする。そして、この全反射した光線が反入射端面部４に達し、反入射端面部４で全反射を行った後に、再度入射端面部３方向（この方向を逆方向という）に進む。この逆方向に進む時には導光板２の厚さが段々薄くなるため、光線が進みながら臨界角αを破り、表面部６から出射する。しかも、表面部６の入射端面部３に近づくほど分布量が増すように設けた光偏向素子８により臨界角α付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし、一層多数の光線を表面部６に出射するとともに均一で高輝度の出射光を得ることができる。
【００５３】
同様に、導光板２の両端に入射端面部３ａ，３ｂを設けた場合には、導光板２の厚さが入射端面部３ａ，３ｂの位置が最も薄く、導光板２の中心部分で導光板２の厚さが最も厚くなるような構成となっている。これにより、２つの入射端面部３ａ，３ｂから導光板２の中心部に向かう順方向では各面の鏡面で全反射のみとなり、中心部を超えた位置から反対側の入射端面部に向かう逆方向に向かうに連れて導光板２の厚さが段々薄くなるため、光線が進みながら臨界角αを破り、表面部６から出射する。しかも、表面部６の入射端面部３ａ，３ｂに近づくほど分布量が増すように設けた光偏向素子８により臨界角α付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし、一層多数の光線を表面部６に出射するとともに均一で高輝度の出射光を得ることができる。
【００５４】
よって、入射端面部３の近傍では光源９からの直接的な高輝度な光、所謂映り込みを出射せずに導光板２の全体に明るく斑のない光を出射する。特に導光板２の両端に入射端面部３ａ，３ｂを設けた場合には，機械的強度に優れ、映り込みの無い分だけ実質的な大きな出射面を確保することができる。また、光源９として三原色光（ＲＧＢ）の白色光源を用いた場合にも入射端面部３近傍では出射しないので、各色（ＲＧＢ）光線が入射端面部と反対の方向に進む間に混ざり合い、臨界角αを破る時には完全な白色光として出射することができる。
【００５５】
また、半導体発光素子のように指向性の有る光源９を入射端面部３の中心に１つだけ設けた場合、光束が狭い範囲で反入射端面部４方向に進む。このため、従来の構成では、導光板２の入射端面部３の両端部分が暗部となってしまう。これに対し、本発明の構成では、入射端面部３から反入射端面部４方向に進む間には臨界角αを破る光線は存在せず、反入射端面部４で全反射をして光線Ｌｎが再度入射端面部３方向に進む間に臨界角を破り、さらに表面部６に設けた光偏向素子８により臨界角α付近の光線が光偏向素子８の傾斜面によって屈折等を引き起こし、一層多数の光線を表面部６に出射することができる。これにより、入射端面部３の両端部に暗部ができず、均一で明るい出射光を得ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る導光板は、薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、表面部と前記裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、反入射端面部において距離が最大になるように表面部または／および裏面部は入射端面部から反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、光が入射端面部から反入射端面部方向に進む時に傾斜面によって臨界角を破らず、反入射端面部にて反射され反入射端面部から入射端面部に進む時に傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射するので、光源からの光線を入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、入射端面部の反対側に位置する反入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに反入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、明るく均一な出射光を得ることができる。
【００５７】
また、請求項２に係る導光板は、薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、表面部または／および裏面部には入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、表面部と裏面部との間の距離が入射端面部で最小になり、反入射端面部において距離が最大になるように表面部または／および裏面部は入射端面部から反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、光が入射端面部から反入射端面部方向に進む時に傾斜面によって臨界角を破らず、反入射端面部にて反射され反入射端面部から入射端面部に進む時に傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射することができるとともに入射端面部から反入射端面部方向に進む時にも光偏向素子の傾斜面によって臨界角を破り出射するので、光源からの光線を入射端面部で歪無く導光板内に取り込み、入射端面部の反対側に位置する反入射端面部に進む間では導光板が楔形状であっても臨界角を破る光線は無く、導光板の各面で多くの光線を全反射をさせるとともに反入射端面部で全反射した光線を再度入射端面部方向に進む時に臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在し、テーパーリークとともに微細な光偏向素子に達した時に臨界角を破り導光板から出射する光量をコントロールすることができるとともに光源の映り込みが無く、入射端面部近傍の入射端面部の両端にも暗部がなく明るく均一な出射光を得ることができる。しかも、その分実際に使用でき得る導光板の面積が大きく取れ、さらに光源が並列（アレー状）に設けてあっても互いに隣り合う光源からの光を重ならずに輝度斑の発生を防ぐことができ、また大型化する場合に両端を入射端面部とするため中心部分の厚さが一番厚いので導光板の機械的安定および強度に優れる。
また、光偏向素子を入射端面部に近づくほど光偏向素子の数量または面積が増加するので、入射端面部から入射した光は導光板の表面部や裏面部に達しても臨界角に達する光が存在せず、一度入射端面部の反対側の反入射端面部で全反射した光が臨界角を破る光線や臨界角に近い光線等が多く存在するために反入射端面部から入射端面部に戻る間に出射面から出射するために入射端面部に近づくほど出射させる光量を多くする必要があるので、入射端面部に近づくほど光偏向素子の数量または面積が増加することにより均一な出射光を得ることができる。また、単一光源の場合でも一度入射端面部の反対側の反入射端面部で全反射した光が入射端面部全体に進み、入射端面部の方向に進むにつれて光偏向素子を入射端面部に近づくほど光偏向素子の数量または面積が増加するので、光源の両端方向である入射端面部の両端部でも均一な出射光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る導光板を含む平明照明装置の概略構成を示す分解斜視図
【図２】本発明に係る導光板の側面図
【図３】図２の導光板における光線の軌跡を示す図
【図４】（ａ），（ｂ）図２の導光板において入射端面部の中央部に１つの光源を配置したときの光線の軌跡を示す図
【図５】本発明に係る導光板の他の形状を示す側面図
【図６】従来の導光板の斜視図
【図７】従来の他の形状による導光板を含む平面照明装置の概略構成を示す側面図
【図８】図６の導光板における光線の軌跡を示す図
【図９】（ａ），（ｂ）図６の導光板において入射端面部の中央部に１つの光源を配置したときの光線の軌跡を示す図
【図１０】（ａ）本発明の導光板と従来の導光板とを用いた測定値の結果を示す図
（ｂ）平均輝度を測定するときの導光板の領域の分け方を示す図
【符号の説明】
１…平面照明装置、２，２１，２１Ａ…導光板、６，６１…表面部、７，７１…裏面部、３，３１…入射端面部、４，４１…反入射端面部、５，５１…側面部、８…光偏向素子、９，９ａ，９ｂ９１ａ，９１ｂ…光源、１０…反射体、Ｌｎ，Ｌｎ１，Ｌｎ２，Ｌｎ３．Ｌｎ４，Ｌ０，Ｌ０１，Ｌ０２，Ｌ０３，Ｌ０４…光線。

Claims

指向性の有する光源からの光を導く入射端面部と、前記入射端面部の反対側に位置する反入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに略直角に交わる側面部を有する導光板であって、
薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、前記表面部と前記裏面部との間の距離が前記入射端面部で最小になり、前記反入射端面部において前記距離が最大になるように前記表面部または／および前記裏面部は前記入射端面部から前記反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、前記光が前記入射端面部から前記反入射端面部方向に進む時に前記傾斜面によって臨界角を破らず、前記反入射端面部にて反射され前記反入射端面部から前記入射端面部に進む時に前記傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射することを特徴とする導光板。
指向性の有する光源からの光を導く入射端面部と、前記入射端面部の反対側に位置する反入射端面部と、当該光を出射する表面部または／および裏面部と、これら前記表面部と前記裏面部とに略直角に交わる側面部を有する導光板であって、
薄板状矩形立方体形状を成した楔形状で、これらを包囲する６面が鏡面をなし、前記表面部または／および前記裏面部には前記入射端面部に近づくほど数量または面積が増加するように微細なドット状の光偏向素子を設け、前記表面部と前記裏面部との間の距離が前記入射端面部で最小になり、前記反入射端面部において前記距離が最大になるように前記表面部または／および前記裏面部は前記入射端面部から前記反入射端面部までが単一の傾斜の角度であるとともに単一面から成る鏡面を有した傾斜面であって、前記光が前記入射端面部から前記反入射端面部方向に進む時に前記傾斜面によって臨界角を破らず、前記反入射端面部にて反射され前記反入射端面部から前記入射端面部に進む時に前記傾斜面によって臨界角を破りテーパーリークを発生し、出射することができるとともに前記入射端面部から前記反入射端面部方向に進む時にも前記光偏向素子の傾斜面によって臨界角を破り出射することを特徴とする導光板。