JP4470387B2 - 照明装置および表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板、それを用いた照明装置および表示装置に係り、更に詳しくは、光源からの光を導光して光射出面より射出する導光板、この導光板および光源を備えた照明装置、およびこの導光板からの射出光をＬＣＤパネル等の照明光として画像等を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、透過型のＬＣＤパネルの背面に用いられる照明光源である所謂バックライトには、光源からの光を均一にＬＣＤパネルに導くために、透明樹脂からなる導光板が用いられている。
【０００３】
そして、図２１に示すように、この種の導光板１０に光源１２が配置されてなる照明装置１４では、導光板１０の端面１１から導光板１０内に入射した光は、導光板１０の平面部を全反射しながら導光板１０内を進む。なお、図２１は、光源１２として線状の光源を用いた例を示しているが、光源１２の形状は線状に限るものではなく、例えば点状であってもよい。導光板１０の平面部には所々にプリズム１６が設けられ、プリズム１６に当たった光は、図中矢印に示すように、導光板１０から図中上方側へ向かって射出される。
【０００４】
図２２に示すように、この照明装置１４の導光板１０の上部に透過型のＬＣＤパネル１８を配置し、導光板１０から図中上方側へと射出した光を透過させることによって画像を表示する表示装置２４が形成される。
【０００５】
なお、図２１に示すように背面にプリズム１６が設けられた導光板に係る公知例としては、例えば下記特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−２６４８１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような導光板１０は、プリズム１６の構造が比較的大きいために目視観察時にプリズム１６の構造を隠すのが困難であること、またプリズム１６によって導光板１０の厚みが厚くなること、更には特にプリズム１６と平面部の境界などプリズム１６を構成する面を正確に形成することが難しく光損失が発生すること、射出光を自由に制御することができないなどの問題がある。
【０００８】
一方、プリズムを用いない導光板の例としては、図２３に示すように、導光板１０の表面に散乱性のドット２０を印刷することにより、光を拡散射出する方法もある。しかし、この場合は、有効に使われる光の割合が著しく低下してしまい、製造工程上も工程数が増えてしまうという別の問題が発生する。
【０００９】
更に、このような導光板１０の端面１１に光源を設置した際には、上記の問題に加えて、光源に近い側と遠い側との光強度を一定にするのが困難となる。特に、点状の光源１５もしくはムラのある光源の場合には、光源１５側の端面１１から光源１５に遠い側の端面１３に光が向かう平均的な方向である平均導光方向Ｆと直交する方向Ｖにおける射出光の分布の均一性と光の利用効率を共に高くすることは困難である。
【００１０】
そのため、図２４に示すように、上記のような導光板１０と光源１５を透過型表示素子２２の背面に用いて表示装置２４を構成した場合には、上述したように光強度を一定にすること、および光の利用効率を高める、すなわち明るく表示することが困難となる。これにより、限定された視域内では、明るい表示像を観察することがより困難となる。このため、導光板１０と透過型表示素子２２の間に各種の光学フィルムを挿入する方法も提案されているが、これでは表示装置２４の厚みが増してしまい、製造コストも嵩んでしまうという別の問題が生じる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、厚みを薄くし、かつ見栄えも美しく、さらに射出光を自在に制御することが可能な導光板を提供することにある。
【００１２】
また、その第２の目的は、このような導光板を用いることによって、明るく照明することができる照明装置を提供すること、更にはこの照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することができる表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１７】
請求項１の発明は、入射した光を導光し、導光された光を平面状の光射出面から射出する導光板において、稜線を曲線とする回折格子から構成してなり、格子ベクトル方向を平均してなる平均格子ベクトル方向を互いに同一とし、格子ベクトル方向に沿った長さを互いに同一とし、光が導光される平均的な方向である平均導光方向と、平均格子ベクトルとを同一とする複数の回折格子領域を、光射出面または光射出面に対向する面に配置した導光板と、導光板の平均導光方向に沿った両側にそれぞれ配置され、導光板によって導光される光を前記導光板に供給する点状の、または前記各回折格子領域と平行な方向に長い線状の光源とを備えている。
【００１８】
このような請求項１の発明の導光板においては、平均導光方向と直交する方向において、曲線を構成する稜線の線分の角度に応じて拡がった回折光を得ることができる。従って、稜線の曲線形状により、平均導光方向に対して直交する方向の射出光の拡がり方を制御することができる。さらに、上述した導光板の効果を持った照明装置を実現することができる。すなわち、光源に近い側と遠い側との光強度を容易に一定にでき、また、点状の光源もしくはムラのある光源を用いても、平均導光方向と直交する方向における均一性を向上することが可能である。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の導光板において、各回折格子領域の配置ピッチを一定とし、各回折格子領域の回折効率を、平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００２０】
従って、請求項２の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、射出光の強度を導光板全体に亘ってほぼ均一とすることができる。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１の発明の導光板において、回折格子を、複数の凹形状と凸形状とを格子ベクトル方向に沿って繰り返し配置することによって構成してなる表面レリーフ型の回折格子としている。
【００２２】
このような請求項３の発明によって、特に、各回折格子領域の回折格子を同一とすることにより、例えば１つの回折格子領域のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板上の回折格子を全て形成することができるようになり、極めて容易に作成することが可能となる。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項３の発明の導光板において、各回折格子領域が配置されたピッチを一定とし、各回折格子領域の回折効率を、平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００２４】
従って、請求項４の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、光強度の強い光入射端側において導光板から射出する光の割合を少なく、光入射端から離れるほど射出割合を増加することが容易に実現でき、導光板全面に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項３の発明の導光板において、回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、各回折格子領域の配置ピッチを平均導光方向に沿って進むにつれて狭めるようにしている。
【００２６】
請求項５の発明の導光板についても、請求項４の発明と同様な作用効果を奏することが可能となる。加えて、１つの回折格子領域を複製して作製できるなど作製が容易であり、また均一な状態を容易に実現することができる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項３乃至５のうち何れか１項の発明の導光板において、表面レリーフ型の回折格子をブレーズド回折格子としている。
【００２８】
従って、請求項６の発明の導光板においては、以上のように、表面レリーフ型の回折格子をブレーズド回折格子とすることによって、望ましい射出光に対して光の利用効率を極めて高くすることが可能となる。
【００２９】
請求項７の発明は、請求項３乃至５のうち何れか１項の発明の導光板において、表面レリーフ型の回折格子を、断面形状が正弦波からなる回折格子または矩形波からなる回折格子としている。
【００３０】
従って、請求項７の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、導光された光の一部をそのまま全反射させる一方、別の一部の光を射出させることができる。その結果、回折格子領域を反射した後の光であっても、全反射光成分を維持することができ、もって、回折格子領域を多数高密度で並べることができ、目視によって導光板の光射出面が観察された場合には、より均一に見せることが可能となる。
【００３１】
請求項８の発明は、請求項３乃至７のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域において、表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを一定としている。
【００３２】
従って、請求項８の発明の導光板においては、１つの回折格子領域のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板上の回折格子を全て形成することができるようになり、極めて容易に作成することが可能となる。
【００３３】
請求項９の発明は、請求項３乃至７のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域において、表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを連続的に変化させている。
【００３４】
従って、請求項９の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、格子ピッチの変化量に応じて格子ベクトル方向に回折光を拡げることができる。これにより、格子ベクトル方向における導光板からの射出光の拡がり方を制御することが可能となる。
【００３５】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９のうち何れか１項の発明の導光板において、光射出面に、光射出面から射出された光を拡散するための凹凸形状を形成している。
【００３６】
従って、請求項１０の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、回折格子領域から射出した光を更に拡散させ、容易に均一な射出光分布を得ることができる。
【００３７】
請求項１１の発明は、請求項１乃至１０のうち何れか１項の発明の導光板において、各回折格子領域の格子ベクトル方向に沿った長さを、回折格子の格子ピッチの３倍以上１００μｍ以下としている。
【００３８】
従って、請求項１１の発明の導光板においては、以上のような手段を講じることにより、回折格子領域の平均導光方向に沿った長さ、すなわち短辺の長さを回折格子の格子ピッチの３倍以上１００μｍ以下とすると、回折格子領域の内部に形成した回折格子において回折を引きおこすことができると共に、短辺の長さに応じて短辺方向における導光板からの射出光の拡がりを制御することができる。
【００３９】
特に、白色光に対して回折格子が作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、回折格子領域の短辺を３０μｍ以下にすれば、短辺方向における回折光の拡がり方が大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光の影響を抑制することができる。この効果は「短辺方向」≒「格子ベクトル方向」≒「平均導光方向」が成り立つ本請求項１１の構成により、容易にして確実に実現することができる。
【００４０】
更に、短辺の長さを小さくすることにより、平均導光方向における単位長さあたりの回折格子領域の配置数をより多くすることができ、均一な分布の射出光が得られやすい。また、導光体内を導光する光も回折格子領域で回折し、導光する光の均一性が保たれる。
【００４１】
請求項１２の発明は、請求項１乃至請求項１１の何れか１項の発明の照明装置において、導光板が、一様な材質から構成されている。
【００４３】
請求項１３の発明は、請求項１乃至請求項１２の何れか１項の発明の照明装置において、導光板は、回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、中心側が最も配置ピッチが小さくなるようにしている。
【００４５】
請求項１４の発明は、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の照明装置において、光射出面に対向する面を覆うように、光を反射する機能を有する反射体を配置している。
【００４６】
従って、請求項１４の発明の照明装置においては、反射体によって、光射出面に向かわなかった回折光などを再び導光板側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体を配置する側に、大きな突起などは存在せず、導光板と反射体との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置全体を薄くすることができる。
【００４７】
請求項１５の発明の表示装置は、請求項１乃至１４のうち何れか１項の発明の照明装置と、照明装置に備えられた導光板の光射出面を覆うように配置され、光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型表示素子とを備えている。
【００４８】
従って、請求項１５の発明の表示装置においては、以上のような手段を講じることにより、上述した導光板の効果を持った表示装置、すなわち、明るく（光の利用効率が高く）、均一な明るさの表示を行う表示装置を実現することが可能である。更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がりも制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易に可能となる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図２１から図２４と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００５１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１から図７を用いて説明する。
図１は、第１の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。
図２は、図１の導光板における導光状態を示した断面図である。
【００５２】
すなわち、本実施の形態に係る導光板１０は、光源１２から入射した光を導光し、この導光された光を、光射出面２６の対向面２８に設けられた複数のスリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）において回折させ、長方形状の光射出面２６から射出させる。光源として端面１１にほぼ平行に配置された線状の光源１２を用いた場合、導光板１０における平均的な導光方向は、図１（ａ）に示すように、導光板１０のほぼ長辺方向に一致する平均導光方向Ｆとなる。
【００５３】
また、光源として、端面１１の長さ方向に対するほぼ中間点に配置された点状のＬＥＤやレーザ等の光源１５を用いた場合、図１（ｂ）に示すように、局所的には光源１５を中心とする放射方向に導光するが、導光板全体に亘って平均するとやはり図１（ｂ）および図２に示すように平均導光方向Ｆとなる。
【００５４】
回折格子領域３０は、その断面図を図３に示すように、３つ以上の表面レリーフ型の回折格子からなる。各回折格子の断面形状は、図３（ａ）に示すようなブレーズド回折格子や、図３（ｂ）に示すような矩形状の回折格子、あるいは図３（ｃ）に示すような正弦波状の回折格子である。何れの回折格子であっても稜線Ｒは直線である。
【００５５】
図４は、このような回折格子からなる回折格子領域３０の平面図である。格子ピッチｄは、同一の回折格子領域３０においては、同一としている。すなわち、平均導光方向Ｆと格子ベクトル方向ｖとが一致し、全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成としている。このような回折格子を設計・作製することは容易である。
【００５６】
導光板１０に設けられた各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）は、それぞれ格子ベクトル方法ｖを同一としている。この方向は、端面１１および端面１３に対してほぼ直交しており、平均導光方向Ｆとほぼ等しい。
【００５７】
また、格子ベクトル方向ｖに沿った長さである短辺長さｗを、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）において同一としている。各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）のそれぞれの長辺方向長さｔは全て導光板１０の幅である短辺長さに等しい。したがって、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）は、短辺長さがｗで、長辺長さがｔである。
【００５８】
上述したように、各回折格子領域３０は、それぞれ３つ以上の回折格子を備えている。これは、回折格子によって十分に光の回折を生じさせるためには、３つ以上の回折格子が必要であるからである。したがって、短辺長さｗは、格子ピッチｄの３倍以上となる。また、回折格子領域３０の短辺長さｗを肉眼でも観察できるほど大きな値にしてしまうと、見栄えが損なわれてしまう。そこで、本実施の形態では、短辺長さｗを１００μｍ以下としている。１００μｍ以下の大きさでは肉眼では観察できないために、見栄えを損なうことはない。このような観点から、短辺長さｗとして０．１〜１００μｍとするのが好適である。望ましくは、回折格子領域の配置間隔を１００μｍ以下とすると、射出光分布の均一性が十分となる。
【００５９】
通常、導光板１０は、光源１２に近い端面１１側の回折格子領域３０（＃１）ほど光の射出割合は大きく、光源１２から遠い端面１３側の回折格子領域３０（＃ｎ）ほど光の射出割合は小さい。このため、本実施の形態に係る導光板１０では、図１に示すように、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置ピッチｐを一定にする場合には、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率を、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれて高くなるようにしている。
【００６０】
具体的には、回折格子の格子深さｈを、回折格子領域３０（＃１）について最も大きく、回折格子領域３０（＃ｎ）について最も小さくなるように、各回折格子領域３０毎に連続的に変化させてゆく。これによって、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率が、回折格子領域３０（＃１）から回折格子領域３０（＃ｎ）に行くにしたがって大きくなる。このようにすることによって、光射出面２６の全面に亘って均一な強度の射出光が得られるようにしている。
【００６１】
一方、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折効率が同じ場合には、図５に示すように、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれ、回折格子領域３０間の配置ピッチｐを徐々に狭めてゆく。このようにすることによって、光射出面２６の全面に亘って均一な強度の射出光が得られるようにしている。
【００６２】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る導光板の作用について説明する。
【００６３】
すなわち、図１（ａ）に示すように、線状の光源１２から発した光は、導光板１０の端面１１より入射し、導光板１０内を全反射しつつ平均的に平均導光方向Ｆに沿って進み、スリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成された表面レリーフ型の回折格子により回折した光成分が光射出面２６から射出する。
【００６４】
このように、非常に微細な構造の回折格子を回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成することにより、望ましい方向に向かう均一な射出光を取り出すことができると共に、凹凸の少ない導光板１０が実現される。
【００６５】
図２では、導光板１０の平面状の界面である光射出面２６および対向面２８において、導光板１０の内部を光が全反射している様子を示している。すなわち、導光板１０に入射した光が光射出面２６および対向面２８に対して臨界角を超えた角度で進み、導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８で全反射している。
【００６６】
臨界角度は、導光板１０を構成する材料の屈折率と導光板１０の外側の媒質の屈折率とから決定され、例えば前者の屈折率を１．５、後者を１．０とすると臨界角度は約４２°となるため、それ以上の角度で導光板１０内から導光板１０の界面である光射出面２６および対向面２８に入射した光は全反射する。このように全反射して導光された光は損失が極めて少ないため、導光板１０として最適である。
【００６７】
このような全反射条件にある光のうち、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）で反射した光は、回折格子による回折光を生じる。このときの主要な回折光は１次回折光である。格子ベクトル方向ｖと同一方向において、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成する格子ピッチｄと、１次回折光の射出角度（回折角）θ_Rとの関係は、下記（１）式により表される。
ｄ＝λ／（ｓｉｎθ_ｉ−ｓｉｎθ_Ｒ）…（１）
ただし、λは光の波長、θ_ｉは正反射角度（回折格子が反射時に作用する場合）である。本実施の形態では、格子ベクトル方向ｖと平均導光方向Ｆがほぼ同一であるため、格子ピッチｄを適切に設定することにより、全反射しながら平均導光方向Ｆに進む光が回折格子によってθ_Rの角度で回折し、全反射条件を外れて導光板１０の光射出面２６から射出して行く。特に、θ_Ｒ〜０°とすると、導光板表面に対して垂直な射出光が得られる。
【００６８】
また、スリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗにより、回折格子による回折光成分が更に回折する。何れも光の回折現象に基づいたもので、回折格子により方向を曲げられた光が、スリットにより拡がると表現することもできる。この回折光の拡がり幅は、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗにより制御可能である。回折光の拡がり幅は、よく知られたスリットにおける光の回折現象の解析結果を応用して容易に設計できる。
【００６９】
白色光を導光している場合に、回折光が分光する度合いは上記（１）式により求められるが、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを十分に小さくすることで、回折光の拡がり幅を大きくし、分光の影響を抑制することができる。
【００７０】
図３は、表面レリーフ型の回折格子の断面形状例を示している。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すような矩形回折格子および正弦波回折格子では、通常、正反射光を含め、複数の回折次数が発生する。但し、導光板１０内における正反射光は全反射条件を満たす光であり、損失とはならない。
【００７１】
一方、通常は正反射光以外では１次回折光が最も強いため、射出光に十分な光量を配分することができる。また、２次以上あるいはマイナス次数の回折光が発生した場合でも、平均導光方向Ｆと逆方向に進行する全反射条件を満たす光などとなり、ノイズや損失となる光の成分は少ない。
【００７２】
それに対し、図３（ａ）のような鋸歯状の断面形状を持つブレーズド回折格子では、回折効率を極めて高くすることができ、正反射光成分をほぼ０にすることができる。従って、スリット状の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に入射した光を全て射出光に変換することもでき、光の利用効率が極めて高い。このため、導光板１０全体の光学設計も容易となる。
【００７３】
上述したように、本実施の形態に係る導光板においては、上記のような作用により、導光板１０内を全反射しながら導光中の光を、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置により適宜射出させることができる。
【００７４】
このとき、表面レリーフ型である回折格子の構造は、典型的には、１０〜１００μｍ程度であるため、余計な突起のない、ほぼ平面と見なせる導光板１０を実現できる。すなわち、薄くできると共に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の境界まで精密な形成が可能であり、光の損失を抑制することができる。これは、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の境界に隣接する平面部である対向面２８、すなわち全反射面への影響を極小化することでもあり、この点でも光の損失を減少させているといえる。
【００７５】
また、回折格子の格子ベクトル方向ｖもしくは格子ベクトル方向ｖの平均値がほぼ平均導光方向Ｆと一致しているため、全反射条件で平均導光方向Ｆに進んでいた光を確実に光射出面２６側へ回折させることができる。このとき、回折格子の格子ピッチｄの設計により、光の回折角度を制御することができ、効率良く、望ましい角度で光射出面２６から射出させることができる。一般的には光射出面２６に垂直な角度で射出させるのが最も好ましい。
【００７６】
一方、スリット状である回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）に形成された回折格子からの回折光は、スリットにおける光の回折現象と同様に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗに応じて拡がった分布となるため、平均導光方向Ｆにほぼ一致している短辺長さｗの方向の拡がり方を制御できると共に、導光板１０上で同一の大きさの回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を用いることで回折光の拡がり方の均一化を図ることができる。
【００７７】
このような導光板１０の光射出面２６を目視観察した場合でも、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗは十分細く、単位面積あたりに十分な数を配置できるため、その構造の判別を難しくでき、均一な射出光を出す面として観察させることができる。
【００７８】
更に、表面レリーフ型の回折格子は、導光板１０と一体成型可能であるため、極めて簡便に安価に製造可能である。また、導光板１０単体で十分に制御された射出光が得られるため、光学シートなど余分な構成物を追加する必要なく、様々な用途に対応でき、薄く、安価な製品を提供できる。
【００７９】
また、図１に示すように、導光板１０の平均導光方向Ｆにおいて回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を等しい配置ピッチｐで配置し、回折格子の凹凸の大きさを、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど大きくし、端面１１から最も離れた回折格子領域３０（＃ｎ）において最大回折効率となるような凹凸の大きさを有するようにすることにより、強度の強い光が入射する端面１１側ほど導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することが容易に実現でき、導光板１０の光射出面２６において、均一な強度の光を射出することが可能である。この場合、短辺長さｗの等しい複数の回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が等しい配置ピッチｐであるため、「回折格子領域３０に入射する光強度」×「凹凸の大きさに依存する回折効率」を一定にするだけで容易に光射出面２６内で均一な光強度分布が得られる。
【００８０】
なお、表面レリーフ型の回折格子における回折効率は、回折格子が光に与える位相変調量に依存するため、物理的な凹凸の大きさよりも、その光学的な長さが重要である。すなわち、回折効率は回折格子を構成する材質の屈折率も考慮する必要がある。
【００８１】
一方、回折格子を構成する材質が一様であれば、物理的な凹凸の大きさの制御だけで回折効率を制御できるため、本実施の形態に係る導光板１０においても一様な材質で構成すれば、各回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の回折格子の凹凸の大きさのみを設計するだけで均一な射出光分布を得ることができる。
【００８２】
あるいは、図５に示すように、回折格子の凹凸の大きさを導光板１０上に亘って全て同一とし、導光板１０の平均導光方向Ｆにおいて、導光板１０の光入射側の端面１１から離れるほど回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置ピッチｐを狭くすることにより、光強度の強い端面１１側において導光板１０から射出する光の割合を少なく、端面１１から離れるほど射出割合を増加することができ、導光板１０の光射出面２６全域に亘って均一な強度の光を射出することが可能となる。
【００８３】
また、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成する回折格子は導光板１０上で全く同一で良いため、例えば１つの回折格子領域３０のみを精密に作製し、これを並べて複製することで導光板１０上の回折格子が全て形成できるなど、作製が極めて簡便になる。
【００８４】
以上において、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の配置ピッチｐを、設定した観察条件における人間の目の解像度以下にすることにより、一層均一な射出光分布と感じさせることができる。
【００８５】
また、回折格子として、図３（ａ）にその断面形状を示すようなブレーズド回折格子を用いることにより、望ましい射出光に対して光の利用効率を極めて高くすることができる。あるいは、回折格子として、図３（ｂ）および図３（ｃ）にその断面形状を示すような矩形状回折格子および正弦波回折格子を用いることにより、導光された光の一部はそのまま全反射し、別の一部を射出させることができる。これによって回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を反射した後の光でも、全反射光成分を維持することができるため、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を多数高密度に並べることができ、目視で導光板１０の光射出面２６を観察した場合により均一に見せることが容易となる。
【００８６】
更にまた、回折格子として、図４にその平面図を示すように、レリーフの稜線Ｒが直線状となっている回折格子とすることで、上述の効果を維持しつつ、極めて簡便に設計、作製することが可能となる。
【００８７】
なお、上記においては、光射出面２６からほぼ垂直方向に光を射出する例について説明したが、光を射出する角度は全反射条件を満たさない角度なら何度でもよい。
【００８８】
一方、導光板１０は、図１あるいは図５に示すようにその厚みを一定とする場合のみならず、図６に示すように、平均導光方向Ｆに沿って進むにつれてその厚みが変化するような構成であっても良い。
【００８９】
また、本実施の形態においては、対向面２８に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を設ける例を示したが、図７に示すように、光射出面２６に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を形成するようにしてもよい。この場合、回折格子は光透過時に作用する場合に最大の回折効果を持つようにレリーフ高さ（深さ）ｈを設計するのが好ましい。
【００９０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図８から図９を用いて説明する。
第２の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点のみについて述べる。
図８は、第２の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図である。
図９は、本実施の形態に係る導光板における導光状態を示した断面図である。
【００９１】
すなわち、本実施の形態に係る導光板では、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）における回折格子の格子ピッチｄを格子ベクトル方向ｖに進むにしたがって連続的に広げるようにしている。図８（ａ）はブレーズド回折格子、図８（ｂ）は矩形状の回折格子、図８（ｃ）は正弦波状の回折格子をそれぞれ示している。
【００９２】
本実施の形態に係る導光板は、図８に示すように、上述したような回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）における回折格子の格子ピッチｄが格子ベクトル方向ｖに進むにしたがって連続的に広くなるような構成としているので、図９に示すように、回折角が幅を持ち、すなわち、回折光を拡げることができるので、第１の実施の形態で得られた作用効果に加えて、平均導光方向における拡がり方が制御された射出光を実現することができる。
【００９３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図１０から図１２を用いて説明する。
第３の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは、異なる点のみについて述べる。
図１０は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す斜視図である。
図１１は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の一例を示す平面図である。
図１２は、第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の別の例を示す平面図である。
【００９４】
すなわち、本実施の形態に係る導光板では、図１０の斜視図に示すように、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を構成している回折格子の稜線Ｒが曲線になるようにしている。しかも、図１１の平面図に示すように、各回折格子の稜線Ｒが平行になるように、つまり、回折格子の稜線Ｒは、平均導光方向Ｆに沿って平行移動すると、隣接する回折格子の稜線Ｒと一致するように、かつ平均導光方向Ｆに格子ベクトル方向ｖの平均値がほぼ一致するようにしている
格子ピッチｄに関しては、図１１に示すように、同一の回折格子領域３０においては等しくするようにしても、あるいは図１２に示すように、格子ピッチｄを格子ベクトル方向ｖに進むに従って連続的に広くなるような構成としても良い。
【００９５】
本実施の形態に係る導光体は、上述したような構成をしているので、第１の実施の形態で説明したような全反射条件を満たす光に対して効果的に作用する構成となっている。
【００９６】
すなわち、回折格子の稜線Ｒを曲線とすることで、平均導光方向Ｆに対して直交する方向Ｖにおいて、稜線Ｒを構成する線分の角度に応じて拡がった回折光を得ることができる。従って、稜線Ｒの形状により、平均導光方向Ｆに対して直交する方向Ｖの射出光の拡がり方を制御することができる。更に、図１１に示すように、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）内において、格子ピッチｄを一定とすることにより、回折格子の設計および作製が容易となる。
【００９７】
また、図１２に示すように、回折格子領域３０内（＃１〜＃ｎ）において、格子ピッチｄを連続的に変化させることにより、格子ピッチｄの変化量に応じて格子ベクトル方向ｖに回折光を拡げることができる。これにより、格子ベクトル方向ｖにおける導光板１０からの射出光の拡がり方を制御することが可能となる。
また、特に回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを１０μｍ以上１００μｍ以下とすると、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の内部に形成した回折格子を十分に機能させることができると共に、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗに応じて短辺方向における導光板１０からの射出光の拡がりを制御することができる。特に、白色光に対して回折格子が作用すると回折光が分光してしまうため、白色光に対して用いる場合には、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）の短辺長さｗを３０μｍ以下にすれば、短辺方向における回折光の拡がりが大きくなり、個々の波長の回折光同士を重なり合わせることで分光を抑制することが可能となる。この効果は、「短辺方向」≒「格子ベクトル方向ｖ」≒「平均導光方向Ｆ」が成り立つ本実施の形態の構成により、容易にして確実に実現することができるものである。
【００９８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態を図１３から図１７を用いて説明する。
【００９９】
第４の実施の形態に係る導光板は、第１の実施の形態に係る導光板の構成を一部変形したのみであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点のみについて述べる。
図１３から図１７は、第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図である。
【０１００】
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、複数の光源を備えている。光源の配置例としては、図１３に示すように、端面１１側に複数の点状の光源１５を備えていても良い。また、図示していないが、端面１１側に複数の線状の光源１２を備えていても、端面１１側に線状の光源１２と点状の光源１５との両方を備えるようにしても良い。
【０１０１】
このように一方の端面側に複数の光源を備えた場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれてその回折効率が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１３（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置ピッチｐが小さくなるようにしている。また、配置ピッチｐを同一とした場合には、図１３（ｂ）に示すように、回折格子領域３０（＃１）側から回折格子領域３０（＃ｎ）側へ進むにつれて回折効率が大きくなるようにしている。
【０１０２】
また、図１４および図１５に示すように、端面１１と端面１３側の何れの側にも光源を配置するようにしても良い。図１４は、端面１１および端面１３側に点状の光源１５をそれぞれ配置した例を示すものであり、図１５は、端面１１および端面１３側に線状の光源１２をそれぞれ配置した例を示すものである。
【０１０３】
このように光源を両端面側にそれぞれ配置した場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれて導光板からの射出割合が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１４（ａ）および図１５（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置ピッチｐが小さくなるようにしている。この場合、導光板１０の中心側が最も配置ピッチｐが小さくなる。また、配置ピッチｐを同一とした場合には、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）に示すように、回折格子領域３０（＃１）側から回折格子領域３０（＃ｎ）側に進むにつれて回折効率が大きくなるようにしている。
【０１０４】
なお、図１６に示すように、端面１１側に線状の光源１２を、端面１３側に点状の光源１５を備えるようにしても良い。また、両端側に光源を備える場合、図１７に示すように、両端の光源の数が異なっていても良い。
【０１０５】
このように光源を両端面側にそれぞれ配置した場合であっても、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）を、光源側から遠ざかるにつれて導光板からの射出割合が大きくなるように配置する。すなわち、全ての回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）が同一の場合には、図１６（ａ）および図１７（ａ）に示すように、光源側から遠ざかるにつれ配置ピッチｐが小さくなるようにしている。すなわち、導光板１０の中心側が最も配置ピッチｐが小さくなる。また、配置ピッチｐを同一とした場合には、図１６（ｂ）および図１７（ｂ）に示すように、回折格子領域３０（＃１）から回折格子領域３０（＃ｎ）に行くにしたがって回折効率が大きくなるようにしている。
【０１０６】
上述したような本実施の形態に係る導光板１０では、複数の光源を備えているので、第１の実施の形態で得られた作用効果に加えて、射出光の光量を高めることが可能となる。また、第２の実施の形態の構成と組み合わせることもでき、その場合には、第２の実施の形態で得られた作用効果を、射出光の光量をより高めて実現することが可能となる。更に、第３の実施の形態の構成と組み合わせることもでき、その場合には、第３の実施の形態で得られた作用効果を、射出光の光量をより高めて実現することが可能となる。
【０１０７】
一方、平均導光方向に直交する方向に強い拡散性を持たせると、光源に依存する光量のムラを一層均一にできる。
【０１０８】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態を図１８を用いて説明する。
【０１０９】
図１８は、第５の実施の形態に係る導光板の一例を示す断面図である。
本実施の形態は、第１乃至４の実施の形態に係る導光板の変形例であるので、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態に係る導光板は、第１乃至４の実施の形態に係る導光板の光射出面２６に、光射出面２６から射出された光を拡散するための凹凸形状３４を形成した構成としている。
【０１１１】
本実施の形態に係る導光板１０は、上述したような構成をしているので、回折格子領域３０（＃１〜＃ｎ）から射出する光を光射出面２６に形成された凹凸形状３４によって、更に拡散させることができる。このとき、拡散特性は用途に応じて適宜設計できるが、本実施の形態に係る導光板１０を、透過型表示素子などの照明光源として用いる場合には、拡散性が強過ぎないものが望ましい。これは、回折格子の機能により、すでに光の主成分が望ましい射出方向になっているためである。また、拡散機能も含めて、導光板１０に一体成形可能であるため、複合した機能を持った導光板１０を簡便に安価に作製することが可能となる。
【０１１２】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態を図１９を用いて説明する。
本実施の形態では、第１乃至５の実施の形態に係る導光板を適用した照明装置について説明する。この照明装置１４は、図１９の断面図に示すように、第１乃至５の実施の形態に係る導光板の対向面２８を覆うように、光を反射する機能を有する反射体３２を配置してなるものである。この反射体３２としては、Ａｌ（アルミニウム）またはＡｇ（銀）が好適である。
【０１１３】
導光板１０の構成については、第１乃至５の実施の形態で説明した通りであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１４】
本実施の形態に係る照明装置１４では、第１乃至５の実施の形態に係る導光板１０の対向面２８の表面を覆うように反射体３２を配置していることにより、第１乃至５の実施の形態に係る導光板１０の作用効果を奏しつつ、光射出面２６に向かわなかった回折光などを再び導光板１０側へ反射し再利用することができ、光の利用効率を一層高めることができる。このとき、反射体３２を配置する側に、大きな突起などは存在せず、導光板１０と反射体３２との間に不必要な空間を空ける必要がないため、照明装置１４全体を薄くすることが可能となる。
【０１１５】
（第７の実施の形態）
本発明の第７の実施の形態を図２０を用いて説明する。
本実施の形態では、第６の実施の形態に係る照明装置を適用した表示装置について説明する。この表示装置２４は、図２０の構成概念図に示すように、第６の実施の形態に係る照明装置の光射出面２６を覆うように配置され、光射出面２６から射出された光を透過させることによって画像を表示するＬＣＤパネルなどの透過型表示素子２２を備えた構成としている。
【０１１６】
照明装置の構成については、第６の実施の形態で説明した通りであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１７】
本実施の形態に係る表示装置２４では、第６の実施の形態に係る照明装置１４の光射出面２６を覆うように透過型表示素子２２を配置していることにより、明るさの均一性、色度の均一化、安定化につながり、高品質な表示像を得ることが可能となる。
【０１１８】
更に、他の光学フィルムの助けなしに射出光の拡がり方を制御できるため、薄く、安価に製造できる簡便な構成にしながら、視域を限定して視域内ではより明るい表示像を観察することも容易となる。
【０１１９】
特に、射出光範囲の制御はノイズとなる光の成分を発生しないことになり、コントラストの向上化を図ることも可能となる。
【０１２０】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、厚みを薄くし、かつ見栄えも美しく、さらに射出光を自在に制御することが可能な導光板を実現することができる。
【０１２２】
また、このような導光板を用いることによって、明るく照明することが可能な照明装置を実現すること、更にはこの照明装置を用いることによって表示対象物を明るく表示することが可能な表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図。
【図２】 図１の導光板における導光状態を示した断面図。
【図３】 回折格子領域の断面形状の例を示す断面図。
【図４】 回折格子からなる回折格子領域の平面図。
【図５】 第１の実施の形態に係る導光板の変形例を示す斜視図。
【図６】 第１の実施の形態に係る導光板の別の変形例を示す斜視図。
【図７】 第１の実施の形態に係る導光板の別の変形例を示す斜視図。
【図８】 第２の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す断面図。
【図９】 第２の実施の形態に係る導光板における導光状態を示した断面図。
【図１０】 第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の断面形状の一例を示す斜視図。
【図１１】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の一例を示す平面図。
【図１２】第３の実施の形態に係る導光板の回折格子領域の別の例を示す平面図。
【図１３】 第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側に複数の点状光源を備えた例）。
【図１４】 第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（両端面側にそれぞれ点状光源を備えた例）。
【図１５】 第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（両端面側にそれぞれ線状光源を備えた例）。
【図１６】 第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側に線状光源を、他端面側に点状光源を備えた例）。
【図１７】 第４の実施の形態に係る導光板の構成例を示す斜視図（片端面側と他端面側とで異なる点状光源を備えた例）。
【図１８】 第５の実施の形態に係る導光板の一例を示す断面図。
【図１９】 第６の実施の形態に係る照明装置の構成例を示す断面図。
【図２０】 第７の実施の形態に係る表示装置の構成例を示す斜視図。
【図２１】 従来技術による導光体が適用されてなる照明装置を示す斜視図。
【図２２】 図２１に示す照明装置が適用されてなる表示装置を示す斜視図。
【図２３】 散乱性ドットが印刷されてなる導光体を示す斜視図。
【図２４】 従来技術による導光板と透過型表示素子とからなる表示装置を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｆ…平均導光方向、Ｖ…平均導光方向に直交する方向、Ｒ…稜線、ｄ…格子ピッチ、ｐ…配置ピッチ、θ_Ｒ…射出角度、ｖ…格子ベクトル方向、１０…導光板、１１，１３…端面、１２，１５…光源、１４…照明装置、１６…プリズム、１８…ＬＣＤパネル、２０…ドット、２２…透過型表示素子、２４…表示装置、２６…光射出面、２８…対向面、３０…回折格子領域、３２…反射体、３４…凹凸形状

Claims (15)

1. 入射した光を導光し、前記導光された光を光射出面から射出する導光板において、
   稜線を曲線とする回折格子から構成してなり、
   格子ベクトル方向を平均してなる平均格子ベクトル方向を互いに同一とし、
   前記格子ベクトル方向に沿った長さを互いに同一とし、
   前記光が導光される平均的な方向である平均導光方向と、前記平均格子ベクトルとを同一とする複数の回折格子領域を、前記光射出面または前記光射出面に対向する面に配置した導光板と、
   前記導光板の平均導光方向に沿った両側にそれぞれ配置され、前記導光板によって導光される光を前記導光板に供給する点状の、または前記各回折格子領域と平行な方向に長い線状の光源と、
   を備えた照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記導光板は、前記各回折格子領域の配置ピッチを一定とし、前記各回折格子領域の回折効率を、前記平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにした
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項１に記載の照明装置において、
   前記導光板は、前記回折格子を、複数の凹形状と凸形状とを前記格子ベクトル方向に沿って繰り返し配置することによって構成してなる表面レリーフ型の回折格子とした
   ことを特徴とする照明装置。
4. 請求項３に記載の照明装置において、
   前記導光板は、前記各回折格子領域の配置ピッチを一定とし、前記各回折格子領域の回折効率を、前記平均導光方向に沿って進むにつれて高くなるようにした
   ことを特徴とする照明装置。
5. 請求項３に記載の照明装置において、
   前記導光板は、前記回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、前記各回折格子領域の配置ピッチを前記平均導光方向に沿って進むにつれて狭めるようにした
   ことを特徴とする照明装置。
6. 前記表面レリーフ型の回折格子を、ブレーズド回折格子とした
   請求項３乃至５のうち何れか１項に記載の照明装置。
7. 前記表面レリーフ型の回折格子を、断面形状が正弦波からなる回折格子または矩形波からなる回折格子とした
   請求項３乃至５のうち何れか１項に記載の照明装置。
8. 前記各回折格子領域において、前記表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを一定とした
   請求項３乃至７のうち何れか１項に記載の照明装置。
9. 前記各回折格子領域において、前記表面レリーフ型の回折格子の格子ピッチを連続的に変化させるようにした
   請求項３乃至７のうち何れか１項に記載の照明装置。
10. 前記光射出面に、前記光射出面から射出された光を拡散するための凹凸形状を形成した請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の照明装置。
11. 前記各回折格子領域の前記格子ベクトル方向に沿った長さを、前記回折格子の格子ピッチの３倍以上１００μｍ以下とした
    請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の照明装置。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の照明装置において、
    前記導光板が、一様な材質から構成されたことを特徴とする照明装置。
13. 請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の照明装置において、
    前記導光板は、前記回折格子を構成してなる凹形状と凸形状との大きさを全ての回折格子領域について同一とし、中心側が最も配置ピッチが小さくなるようにした
    ことを特徴とする照明装置。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の照明装置において、
    前記光射出面に対向する面を覆うように、光を反射する機能を有する反射体を配置した照明装置。
15. 請求項１乃至１４のうち何れか１項に記載の照明装置と、
    前記照明装置に備えられた導光板の光射出面を覆うように配置され、前記光射出面から射出された光を透過させることによって画像を表示する透過型表示素子と
    を備えた表示装置。

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