JP2002245824A - 光源装置及びそれに用いる光偏向素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出射光強度の分布角度範囲が広く、その範囲
での分布ムラを少なくすることができ、表示装置画像品
位の向上が容易な光源装置を提供する。 【解決手段】 一次光源光を導光し出射面から斜めに出
射させる導光体３と、その光出射面３３に隣接配置され
る光偏向素子４とを備える。光偏向素子の入光面４１に
は並列の複数のプリズム列が形成されている。プリズム
列と同一ピッチで配列された仮想プリズム列Ｉを想定
し、その頂角θを、出射面３３からのピーク出射光の方
向に隣接仮想プリズム列の頂部をかすめて通過する仮想
光がプリズム面Ｉ−１から入光し仮想プリズム面Ｉ−２
で内面全反射されて出光面法線方向に進行するように、
設定する。入光面４１のプリズム面形状は、仮想光が内
面全反射される位置Ｋ２より出光面４２から遠い位置に
おいて仮想プリズム面Ｉ−２が出光面４２に対してなす
傾斜角より大きな傾斜角をもつような凹曲面形状をな
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノートパソコンや
液晶テレビ等において表示部として使用される液晶表示
装置などを構成するエッジライト方式の光源装置に関す
るものであり、特に導光体の光出射面側に配置される光
偏向素子の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
カラー液晶表示装置は、携帯用ノートパソコンやパソコ
ン等のモニターとして、あるいは液晶テレビやビデオ一
体型液晶テレビ等の表示部として、種々の分野で広く使
用されてきている。また、情報処理量の増大化、ニーズ
の多様化、マルチメディア対応等に伴って、液晶表示装
置の大画面化、高精細化が盛んに進められている。

【０００３】液晶表示装置は、基本的にバックライト部
と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト
部としては、液晶表示素子部の直下に光源を配置した直
下方式のものや導光体の側端面に対向するように光源を
配置したエッジライト方式のものがあり、液晶表示装置
のコンパクト化の観点からエッジライト方式が多用され
ている。

【０００４】ところで、近年、比較的大きな画面寸法の
表示装置であって観察方向範囲の比較的広い例えば液晶
テレビの表示部として用いられる液晶表示装置等では、
大勢の観察者が広い角度範囲から観察する際に観察方向
によっては観察者に到達する光量が不足して視認性が低
下するという問題があった。

【０００５】このような広い角度範囲から観察する際の
光量不足に基づく視認性低下の問題を解決するために、
例えば特開平７−３２５２０８号公報に記載されている
ように、導光体の光出射面に隣接配置され該導光体光出
射面との対向面がプリズム形成面とされたプリズムシー
トを使用し、このプリズム形成面のプリズムとして先端
部（導光体に近い側）よりも基部（導光体から遠い側）
のプリズム角が大きくなるように断面形状においてプリ
ズム斜辺を屈曲させることが提案されている。

【０００６】これによれば、出射角度範囲を拡大するこ
とは可能であるが、プリズム面屈曲部を境に光反射方向
が不連続的に変化するので、所要の広い角度範囲におい
て出射光強度分布にムラが発生しやすく、表示装置に適
用した場合の画像品位の向上は十分とはいえない。

【０００７】そこで、本発明の目的は、出射光強度の分
布角度範囲が広く、しかもその範囲での分布ムラを少な
くすることができ、表示装置の画像品位の向上が容易な
光源装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、以上の
如き目的を達成するものとして、一次光源と、該一次光
源から発せられる光を入射する光入射面及び入射した光
を導光して出射する光出射面を有する導光体と、該導光
体の光出射面に隣接配置される光偏向素子とを備えてお
り、該光偏向素子は前記導光体の光出射面に対向して位
置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前
記入光面には互いに並列に配列された複数のプリズム列
が形成されており、該プリズム列は２つのプリズム面を
有しており、少なくとも一方のプリズム面が、前記導光
体の光出射面から出射する光の出射光分布でのピーク出
射光が一方のプリズム面から入光し他方のプリズム面で
内面全反射されて前記出光面より所望の方向に出射し且
つ前記光偏向素子のプリズム列の配列ピッチと同一のピ
ッチで配列され頂角がθである複数の仮想プリズム列を
想定した時に、前記仮想プリズム列の形状を基準として
凹曲面形状をなしていることを特徴とする光源装置、が
提供される。

【０００９】本発明の一態様においては、前記光偏向素
子の各プリズム列の少なくとも一方のプリズム面が、前
記導光体の光出射面から出射する光の出射光分布でのピ
ーク出射光の方向に隣接仮想プリズム列の頂部をかすめ
て通過する仮想光が前記仮想プリズム列の他方のプリズ
ム面で内面全反射される位置より前記出光面から遠い位
置において前記仮想プリズム列のプリズム面の少なくと
も一部が前記出光面に対してなす傾斜角より大きな傾斜
角をもつような凹曲面形状をなしている。

【００１０】本発明の一態様においては、前記プリズム
列は前記仮想プリズム列と共通の頂部及び底部をもち、
前記凹曲面形状は前記プリズム列の配列ピッチＰで規格
化した曲率半径ｒの値（ｒ／Ｐ）が２〜８０の凹円柱面
形状である。本発明の一態様においては、前記導光体の
光出射面及び／またはその反対側の裏面は指向性光出射
機能を有する面である。本発明の一態様においては、前
記指向性光出射機能を有する面は粗面または多数のレン
ズ列の配列からなる面である。本発明の一態様において
は、前記裏面に対向して光反射素子が配置されている。

【００１１】また、本発明によれば、互いに並列に配列
された複数のプリズム列が形成された入光面とその反対
側の出光面とを有し、該プリズム列は２つのプリズム面
を有しており、少なくとも一方のプリズム面が、前記入
光面へ入射する光の分布でのピーク入射光が一方のプリ
ズム面から入光し他方のプリズム面で内面全反射されて
前記出光面より所望の方向に出射し且つ前記光偏向素子
のプリズム列の配列ピッチと同一のピッチで配列され頂
角がθである複数の仮想プリズム列を想定した時に、前
記仮想プリズム列の形状を基準として凹曲面形状をなし
ていることを特徴とする光偏向素子、が提供される。

【００１２】本発明の一態様においては、前記光偏向素
子の各プリズム列の少なくとも一方のプリズム面が、前
記入光面へ入射する光の分布でのピーク入射光の方向に
隣接仮想プリズム列の頂部をかすめて通過する仮想光が
前記仮想プリズム列の他方のプリズム面で内面全反射さ
れる位置より前記出光面から遠い位置において前記仮想
プリズム列のプリズム面の少なくとも一部が前記出光面
に対してなす傾斜角より大きな傾斜角をもつような凹曲
面形状をなしている。

【００１３】本発明の一態様においては、前記プリズム
列は前記仮想プリズム列と共通の頂部及び底部をもち、
前記凹曲面形状は前記プリズム列の配列ピッチＰで規格
化した曲率半径ｒの値（ｒ／Ｐ）が２〜８０の凹円柱面
形状である。本発明の一態様においては、前記プリズム
列の頂部に平坦部あるいは曲面部を有する。本発明の一
態様においては、前記光偏向素子の出光面側に光拡散層
が形成されている。本発明の一態様においては、前記光
偏向素子のプリズム列中に光拡散剤を含有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を説明する。

【００１５】図１は、本発明による面光源装置の一つの
実施形態を示す模式的斜視図である。図１に示されてい
るように、本発明の面光源装置は、少なくとも一つの側
端面を光入射面３１とし、これと略直交する一つの表面
を光出射面３３とする導光体３と、この導光体３の光入
射面３１に対向して配置され光源リフレクタ２で覆われ
た一次光源１と、導光体３の光出射面上に配置された光
偏向素子４と、導光体３の光出射面３３の裏面３４に対
向して配置された光反射素子５とから構成される。

【００１６】導光体３は、ＸＹ面と平行に配置されてお
り、全体として矩形板状をなしている。導光体３は４つ
の側端面を有しており、そのうちＹＺ面と平行な１対の
側端面のうちの少なくとも一つの側端面を光入射面３１
とする。光入射面３１は光源１と対向して配置されてお
り、光源１から発せられた光は光入射面３１から導光体
３内へと入射する。本発明においては、例えば、光入射
面３１と対向する側端面３２等の他の側端面にも光源を
配置してもよい。

【００１７】導光体３の光入射面３１に略直交した２つ
の主面は、それぞれＸＹ面と略平行に位置しており、い
ずれか一方の面（図では上面）が光出射面３３となる。
この光出射面３３またはその裏面３４のうちの少なくと
も一方の面に粗面からなる指向性光出射機能部や、プリ
ズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等の多数の
レンズ列を光入射面３１と略平行に並列形成したレンズ
面からなる指向性光出射機能部などを付与することによ
って、光入射面３１から入射した光を導光体３中を導光
させながら光出射面３３から光入射面３１および光出射
面３３に直交する面（ＸＺ面）内の出射光分布において
指向性のある光を出射させる。このＸＺ面内分布におけ
る出射光分布のピークの方向が光出射面３１となす角度
をαとする。該角度αは例えば１０〜４０度であり、出
射光分布の半値幅は例えば１０〜４０度である。

【００１８】導光体３の表面に形成する粗面やレンズ列
は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θ
ａが０．５〜１５°の範囲のものとすることが、光出射
面３３内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。平均
傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１２°の範囲であ
り、より好ましくは１．５〜１１°の範囲である。この
平均傾斜角θａは、導光体３の厚さ（ｔ）と入射光が伝
搬する方向の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｔ）によって最適
範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体３
としてＬ／ｔが２０〜２００程度のものを使用する場合
は、平均傾斜角θａを０．５〜７．５°とすることが好
ましく、さらに好ましくは１〜５°の範囲であり、より
好ましくは１．５〜４°の範囲である。また、導光体３
としてＬ／ｔが２０以下程度のものを使用する場合は、
平均傾斜角θａを７〜１２°とすることが好ましく、さ
らに好ましくは８〜１１°の範囲である。

【００１９】導光体３に形成される粗面の平均傾斜角θ
ａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、触針式
表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標
をｘとして、得られた傾斜関数ｆ（ｘ）から次の（１）
式および（２）式を用いて求めることができる。ここ
で、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θａの正接
である。

【００２０】 Δａ＝（１／Ｌ）∫₀ ^L｜（ｄ／Ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ ・・・ （１） θａ＝ｔａｎ^-1（Δａ） ・・・ （２） さらに、導光体３としては、その光出射率が０．５〜５
％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは１〜３
％の範囲である。これは、光出射率が０．５％より小さ
くなると導光体３から出射する光量が少なくなり十分な
輝度が得られなくなる傾向にあり、光出射率が５％より
大きくなると光源１近傍で多量の光が出射して、光出射
面３３内でのＸ方向における光の減衰が著しくなり、光
出射面３３での輝度の均斉度が低下する傾向にあるため
である。このように導光体３の光出射率を０．５〜５％
とすることにより、光出射面から出射する光の出射光分
布におけるピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０
〜９０°の範囲にあり、光入射面と光出射面との双方に
垂直なＸＺ面における光度出射光分布の半値幅が１０〜
４０°であるような指向性の高い出射特性の光を導光体
３から出射させることができ、その出射方向を光偏向素
子４２で効率的に偏向させることができ、高い輝度を有
する面光源素子を提供することができる。

【００２１】本発明において、導光体３からの光出射率
は次のように定義される。光出射面３３の光入射面３１
側の端縁での出射光の光強度（Ｉ₀ ）と光入射面３１側
の端縁から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係
は、導光体３の厚さ（Ｚ方向寸法）をｔとすると、次の
（３）式のような関係を満足する。

【００２２】 Ｉ＝Ｉ₀ ・ａ（１−α）^L/t ・・・ （３） ここで、定数αが光出射率であり、光出射面３３におけ
る光入射面３１と直交するＸ方向での単位長さ（導光体
厚さｔに相当する長さ）当たりの導光体３から光が出射
する割合（％）である。この光出射率αは、縦軸に光出
射面３３からの出射光の光強度の対数と横軸に（Ｌ／
ｔ）をプロットすることで、その勾配から求めることが
できる。

【００２３】また、指向性光出射機能部が付与されてい
ない他の主面には、導光体３からの出射光の光源１と平
行な面（ＹＺ面）での指向性を制御するために、光入射
面３１に対して略垂直の方向（Ｘ方向）に延びる多数の
レンズ列を配列したレンズ面を形成することが好まし
い。図１に示した実施形態においては、光出射面３３に
粗面を形成し、裏面３４に光入射面３１に対して略垂直
方向（Ｘ方向）に延びる多数のレンズ列の配列からなる
レンズ面を形成している。本発明においては、図１に示
した形態とは逆に、光出射面３３にレンズ面を形成し、
裏面３４を粗面とするものであってもよい。

【００２４】図１に示したように、導光体３の裏面３４
あるいは光出射面３３にレンズ列を形成する場合、その
レンズ列としては略Ｘ方向に延びたプリズム列、レンチ
キュラーレンズ列、Ｖ字状溝等が挙げられるが、ＹＺ方
向の断面の形状が略三角形状のプリズム列とすることが
好ましい。

【００２５】本発明において、導光体３に形成されるレ
ンズ列としてプリズム列を形成する場合には、その頂角
を７０〜１５０°の範囲とすることが好ましい。これ
は、頂角をこの範囲とすることによって導光体３からの
出射光を十分集光することができ、面光源素子としての
輝度の十分な向上を図ることができるためである。すな
わち、プリズム頂角をこの範囲内とすることによって、
出射光におけるピーク光を含みＸＺ面に垂直な面におい
て出射光分布の半値幅が３５〜６５°である集光された
出射光を出射させることができ、面光源素子としての輝
度を向上させることができる。なお、プリズム列を光出
射面３３に形成する場合には、頂角は８０〜１００゜の
範囲とすることが好ましく、プリズム列を裏面３４に形
成する場合には、頂角は７０〜８０゜または１００〜１
５０゜の範囲とすることが好ましい。

【００２６】なお、本発明では、上記のような光出射面
３３またはその裏面３４に光出射機能部を形成する代わ
りにあるいはこれと併用して、導光体内部に光拡散性微
粒子を混入分散することで指向性光出射機能を付与した
ものでもよい。また、導光体３としては、図１に示した
ような形状に限定されるものではなく、くさび状、船型
状等の種々の形状のものが使用できる。

【００２７】光偏向素子４は、導光体３の光出射面３３
上に配置されている。光偏向素子４の２つの主面４１，
４２は互いに対向しており、それぞれ全体としてＸＹ面
と平行に位置する。主面４１，４２のうちの一方（導光
体の光出射面３３側に位置する主面）は入光面４１とさ
れており、他方が出光面４２とされている。出光面４２
は、導光体３の光出射面３３と平行な平坦面とされてい
る。入光面４１は、多数のＹ方向プリズム列が互いに平
行に配列されたプリズム形成面とされている。

【００２８】図２は、光偏向素子４の入光面４１のプリ
ズム列の形状の説明図である。入光面４１のプリズム列
の形状は、次のようにして設定されている。

【００２９】即ち、プリズム列配列のピッチをＰとし
て、先ず、断面三角形状の仮想プリズム列Ｉを設定す
る。この仮想プリズム列Ｉの２つのプリズム面Ｉ−１，
Ｉ−２のなす角度（即ち仮想プリズム頂角）をθとす
る。この仮想プリズム頂角θは、導光体３の光出射面３
３から到来する光のＸＺ面内の強度分布のピーク出射光
（傾斜角α）が仮想プリズム列Ｉに入射して仮想プリズ
ム面Ｉ−２により内面全反射された上で、例えば、出光
面４２の法線方向へと進行するように、設定されてい
る。仮想プリズム頂角θは、例えば、光偏向素子４の出
光面４２から出射される光のピーク出射光を出光面４２
の法線方向近傍（例えば、法線方向から±１０度の範囲
内）へ向ける場合には、５０〜８０度とすることが好ま
しく、さらに好ましくは５５°〜７５°の範囲であり、
より好ましくは６０°〜７０°の範囲である。

【００３０】次に、以上のようにして形状が設定された
仮想プリズム列Ｉの形状を基準として、その少なくとも
一方のプリズム面が凹曲面形状となるように実際のプリ
ズム列の形状を定める。具体的には、次のようにして実
際のプリズム列の形状を定めることが好ましい。導光体
３の光出射面３３から出射する光の出射光分布のピーク
出射光（傾斜角α）が一次光源１側の隣接仮想プリズム
列の頂部をかすめて仮想プリズムＩに入射する仮想光を
設定し、この仮想光が仮想プリズム面Ｉ−１を通過する
位置をＫ１とし、仮想プリズム面Ｉ−２に到達する位置
をＫ２とする。このとき、このプリズム列の形状の設定
は、仮想プリズム列Ｉにおけるプリズム面Ｉ−２の内面
全反射位置Ｋ２よりも出光面４２から遠い位置では、そ
の少なくとも一部または全部にプリズム面の傾斜角が仮
想プリズム列Ｉのプリズム面Ｉ−２の傾斜角よりも大き
な傾斜角をもつような凹曲面形状とすることが好まし
い。

【００３１】これは、図２に示されている寸法ｚ（プリ
ズム列の頂点と仮想プリズム面Ｉ−２の内面反射位置Ｋ
２との間のＺ方向距離）が以下の式： ｚ＝｛（Ｐ・ｔａｎα・ｃｏｔ［θ／２］）／（ｔａｎ
α＋ｃｏｔ［θ／２］）｝・〔ｃｏｔ［θ／２］＋｛ｃ
ｏｔθ／（ｃｏｔ［θ／２］−ｃｏｔθ）｝〕 で示される値以下のＺ方向位置では、実際のプリズム面
が以下の式： ｎｃｏｓ［３θ／２］＝ｓｉｎ（α−［θ／２］） で表される仮想プリズム列Ｉのプリズム面Ｉ−２より大
きな傾斜角を持つようにすることである（なお、式中ｎ
はプリズム列の屈折率である。）。

【００３２】入光面４１のプリズム列の形状をこのよう
に設定することで、光偏向素子４から出射する光の分布
角度（半値幅）を大きくすることができる。その理由は
次のとおりである。即ち、仮想プリズム列Ｉにおけるプ
リズム面Ｉ−２の内面全反射位置Ｋ２よりも出光面４２
に近い位置に到達する光は、一次光源側の隣接仮想プリ
ズム列の頂部よりも下側からαより大きな傾斜角で入射
する光線の集合である。従って、その分布ピークの方向
は、αより大きな傾斜の方向であり、その内面全反射光
の分布ピークの方向は出光面４２の法線方向から第１の
向き［図２では右向き］（内面全反射の仮想プリズム面
に沿う状態に近づくような向き）に傾斜した方向とな
る。このような光は出光面４２からの出射光の角度分布
を広げる作用をなす。そこで、更に出射光の角度分布を
広げるために、仮想プリズム列Ｉにおけるプリズム面Ｉ
−２の内面全反射位置Ｋ２よりも出光面４２から遠い位
置で、その少なくとも一部を実際のプリズム列のプリズ
ム面の傾斜角を、対応する仮想プリズム面の傾斜角より
大きくすることで、この領域で実際に内面全反射された
光の進行方向を仮想プリズム面での反射光よりも出光面
４２の法線方向から第２の向き［図２では左向き］（内
面全反射の仮想プリズム面に沿う状態から遠ざかるよう
な向き）に傾斜した方向へと移動させるように修正する
ことができる。これにより、内面全反射プリズム面によ
る反射光の角度分布を全体として拡大することができ
る。また、プリズム面が凹曲面形状をなしているので、
分布角度範囲が広いにもかかわらず分布ムラを少なくす
ることができる。

【００３３】以上のような凹曲面形状は、仮想プリズム
列Ｉにおけるプリズム面Ｉ−２の内面全反射位置Ｋ２よ
りも出光面４２から遠い位置全体に形成して、内面全反
射位置Ｋ２よりも出光面４２に近い位置では仮想プリズ
ム列のプリズム面Ｉ−２のままの形状とすることもで
き、内面全反射位置Ｋ２よりも出光面４２に近い位置も
含めてプリズム面全体を凹曲面形状とすることもでき
る。このような凹曲面形状としては、仮想プリズム列と
頂部及び底部を共通にし（即ち頂部と隣接仮想プリズム
列間の谷部とを通る形状であり）曲率半径ｒの凹円柱面
形状を例示することができる。

【００３４】ここで、ピッチＰで規格化した曲率半径ｒ
の値（ｒ／Ｐ）としては、２〜８０の範囲とすることが
好ましく、より好ましくは５〜５０の範囲であり、さら
に好ましくは７〜１５の範囲である。これは、ｒ／Ｐを
この範囲とすることによって光偏向素子４の出光面４２
から出射する出射光分布の半値幅を十分に広くでき、光
源装置としての分布ムラをなくすことができるためであ
る。例えば、プリズム列のピッチが４０〜６０μｍであ
る場合には、曲率半径ｒは、２５０〜３０００μｍの範
囲とすることが好ましく、より好ましくは３５０〜１５
００μｍの範囲であり、さらに好ましくは３５０〜７５
０μｍの範囲である。

【００３５】本発明において、上記のような凹曲面形状
のプリズム面は、少なくとも一次光源１から遠い側の面
に形成することが好ましい。これによれば、導光体３の
端面３２にも一次光源を配置する場合の光偏向素子４か
ら出射する光の分布角度を十分に大きくすることができ
る。凹曲面形状のプリズム面は、例えば、導光体３を伝
搬する光が光入射面３１と反対側の端面３２で反射して
戻ってくる割合が比較的高い場合には、一次光源１に近
い側のプリズム面も凹曲面形状とすることがより好まし
い。特に、一次光源１に近い側のプリズム面を出光面４
２の法線方向に関して仮想プリズム面Ｉ−２に対応する
実際のプリズム面と対称的な形状にするのが好ましい。
一方、導光体３を伝搬する光が光入射面３１と反対側の
端面３２で反射して戻ってくる割合が比較的低い場合に
は、一次光源１に近い側のプリズム面を平面としてもよ
い。また、導光体３に光偏向素子４を載置した際のステ
ィッキング現象の発生を抑止する目的でプリズム列の頂
部を尖鋭にすること（頂部先端のエッジを明確に形成す
ること）が必要な場合には、一次光源１に近い側のプリ
ズム面を平面とすることが、双方のプリズム面を凹曲面
とした場合に比べてプリズム列形成のための成形用型部
材の形状転写面形状のより正確な形成が可能になること
に基づきプリズム列頂部を尖鋭に形成することが容易に
なることから好ましい。

【００３６】本発明の光偏向素子４においては、所望の
プリズム形状を精確に作製し、安定した光学性能を得る
とともに、組立作業時や面光源装置としての使用時にお
けるプリズム頂部の摩耗や変形を抑止する目的で、プリ
ズム列の頂部に平坦部あるいは曲面部を形成してもよ
い。この場合、プリズム頂部に形成する平坦部あるいは
曲面部の幅は、３μｍ以下とすることが、面光源装置と
しての輝度の低下やスティキング現象による輝度の不均
一パターンの発生を抑止する観点から好ましく、より好
ましくは２μｍ以下であり、さらに好ましくは１μｍ以
下である。

【００３７】また、本発明においては、面光源装置とし
ての視野角を調整したり、品位を向上させる目的で、光
偏向素子４の出光面側に光拡散層を形成したり、プリズ
ム列中に光拡散剤を含有させてもよい。光拡散層として
は、光偏向素子４の出光面４２側に光拡散シートを載置
したり、出光面４２側に光偏向素子４と一体に光拡散層
を形成したりすることによって形成することができる。
この場合、光偏向素子４による広視野化を極端に助長し
ないようにするために、異方拡散性の光拡散層を形成し
所望の方向に光を拡散させることが好ましい。プリズム
列に分散させる光拡散剤としては、プリズム列と屈折率
が異なる透明な微粒子を使用することができる。この場
合も、光偏向素子４による広視野化を極端に助長しない
ように、光拡散剤の含有量、粒径、屈折率等を選定す
る。

【００３８】このように、導光体３の光出射面３３上に
上記のような光偏向素子４を、そのプリズム列形成面が
入光面側となるように載置することによって、導光体３
の光出射面３３から出射する指向性出射光のＸＺ面内で
の出射光分布を十分に広くすることができるとともに、
光源装置としての分布ムラを少なくすることができる。
このような光偏向素子４からの出射光のＸＺ面内での出
射光分布の半値幅は、２０〜６０度の範囲であることが
好ましく、より好ましくは２５〜５０度の範囲であり、
さらに好ましくは３０〜４０度の範囲である。これは、
この出射光分布の半値幅を２０度以上とすることによっ
て出射光分布を十分に広くすることができるとともに、
光源装置としての分布ムラを少なくすることができ、６
０度以下とすることによって輝度の極端な低下を抑止す
るとともに、光源装置としての分布ムラを少なくするこ
とができるためである。

【００３９】一次光源１はＹ方向に延在する線状の光源
であり、該一次光源１としては例えば蛍光ランプや冷陰
極管を用いることができる。なお、本発明においては、
一次光源１としては線状光源に限定されるものではな
く、ＬＥＤ光源、ハロゲンランプ、メタハロランプ等の
ような点光源を使用することもできる。特に、携帯電話
機や携帯情報端末機等の比較的小さな画面寸法の表示装
置に使用する場合には、ＬＥＤ等の小さな点光源を使用
することが好ましい。また、このような点光源を一次光
源１として使用する場合には、光源からの光が放射状に
進行するため、本発明の光偏向素子４としては、導光体
３上に載置した際に点光源を取り囲むようにプリズム列
が配置する略円弧状のプリズム列が互いに平行に形成さ
れているものを使用することが、光の利用効率を高め、
光出射面全体に亘って均一に高い輝度を有する面光源素
子とすることができることから好ましい。また、一次光
源１は、図１に示したように、導光体３の一方の側端面
に設置する場合だけでなく、必要に応じて対向する他方
の側端面にもさらに設置することもできる。

【００４０】光源リフレクタ２は一次光源１の光をロス
を少なく導光体３へ導くものである。材質としては、例
えば表面に金属蒸着反射層有するプラスチックフィルム
を用いることができる。図示されているように、光源リ
フレクタ２は、光反射素子５の端縁部外面から一次光源
１の外面を経て光偏向素子４の出光面端縁部へと巻きつ
けられている。他方、光源リフレクタ２は、光偏向素子
４を避けて、光反射素子５の端縁部外面から一次光源１
の外面を経て導光体３の光出射面端縁部へと巻きつける
ことも可能である。

【００４１】このような光源リフレクタ２と同様な反射
部材を、導光体３の側端面３１以外の側端面に付するこ
とも可能である。光反射素子５としては、例えば表面に
金属蒸着反射層を有するプラスチックシートを用いるこ
とができる。本発明においては、光反射素子５として反
射シートに代えて、導光体３の裏面３４に金属蒸着等に
より形成された光反射層等とすることも可能である。

【００４２】本発明の導光体３及び光偏向素子４は、光
透過率の高い合成樹脂から構成することができる。この
ような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩
化ビニル系樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂
が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性
に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂
としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であ
り、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが
好ましい。導光体３及び光偏光素子４の粗面の表面構造
やプリズム列等の表面構造を形成するに際しては、透明
合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱
プレスすることで形成してもよいし、スクリーン印刷、
押出成形や射出成形等によって成形と同時に形状付与し
てもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて構
造面を形成することもできる。更に、ポリエステル系樹
脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビ
ニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透
明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネ
ルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またレンズ列配列
構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接
着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体
化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂として
は、多官能（メタ）アクリル化合物、ビニル化合物、
（メタ）アクリル酸エステル類、アリル化合物、（メ
タ）アクリル酸の金属塩等を使用することができる。

【００４３】以上のような一次光源１、光源リフレクタ
２、導光体３、光偏向素子４および光反射素子５からな
る面光源装置の発光面（光偏光素子４の出光面４２）上
に、液晶表示素子を配置することにより液晶表示装置が
構成される。液晶表示装置は、図１における上方から液
晶表示素子を通して広い観察角度範囲内の観察者により
観察される。

【００４４】図３は、本発明による面光源装置の更に別
の実施形態を示す模式的斜視図である。この実施形態
は、導光体３の裏面３４が平坦面とされており、光入射
端面３１から反対側の端面３２の方へと次第に厚さが減
少するくさび状をなしており、一次光源１の近傍の輝線
や暗線を防止するための遮光材６が配置されていること
のみ、上記図１〜２に関し説明した実施形態と異なる。

【００４５】尚、以上の実施形態は面光源装置に関して
説明したが、本発明はＹ方向寸法が例えば導光体３の厚
さの５倍以下であるＸ方向に細長い棒状の光源装置にも
適用できる。その場合、一次光源１としてはＬＥＤなど
の略点状のものを使用することができる。

【００４６】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。

【００４７】なお、以下の実施例における各物性の測定
は下記のようにして行った。

【００４８】面光源素子の法線輝度、光度半値幅の測定 光源として冷陰極管を用い、インバータ（ハリソン社製
ＨＩＵ−７４２Ａ）にＤＣ１２Ｖを印加して高周波点灯
させた。輝度は、面光源装置あるいは導光体の表面を２
０ｍｍ四方の正方形に３×５分割し、各正方形の法線方
向の輝度値の１５点平均を求めた。光度半値幅は、面光
源装置あるいは導光体の表面に４ｍｍφのピンホールを
有する黒色の紙をピンホールが表面の中央に位置するよ
うに固定し、輝度計の測定円が８〜９ｍｍとなるように
距離を調整し、冷陰極管の長手方向軸と垂直方向および
平行方向でピンホールを中心にゴニオ回転軸が回転する
ように調節した。それぞれの方向で回転軸を＋８０°〜
−８０°まで０．５°間隔で回転させながら、輝度計で
出射光の光度分布を測定し、法線方向の輝度、光度分布
の半値幅（ピーク値の１／２の分布の広がり角）を求め
た。

【００４９】平均傾斜角（θａ）の測定 ＩＳＯ４２８７／１−１９８７に従って、触針として０
１０−２５２８（１μｍＲ、５５°円錐、ダイヤモン
ド）を用いた触針式表面粗さ計（東京精器（株）製サー
フコム５７０Ａ）にて、粗面の表面粗さを駆動速度０．
０３ｍｍ／秒で測定した。この測定により得られたチャ
ートより、その平均線を差し引いて傾斜を補正し、前記
式（１）式および（２）式によって計算して求めた。

【００５０】［実施例１］アクリル樹脂（三菱レイヨン
（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を用い射出成形
することによって一方の面がマット（平均傾斜角３．０
度）である導光板を作製した。該導光板は、１９５ｍｍ
×２５３ｍｍ、厚さ３ｍｍ−１ｍｍのクサビ板状をなし
ていた。この導光体の鏡面側に、導光体の長さ１９５ｍ
ｍの辺（短辺）と平行になるように、アクリル系紫外線
硬化樹脂によってプリズム列のプリズム頂角１４０°、
ピッチ５０μｍのプリズム列が並列に連設配列されたプ
リズム層を形成した。導光体の長さ２５３ｍｍの辺（長
辺）に対応する一方の側端面（厚さ３ｍｍの側の端面）
に対向するようにして、長辺に沿って冷陰極管を光源リ
フレクター（麗光社製銀反射フィルム）で覆い配置し
た。さらに、その他の側端面に光拡散反射フィルム（東
レ社製Ｅ６０）を貼付し、プリズム列配列（裏面）に反
射シートを配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。
この導光体は、光出射率１．５％で、出射光光度分布の
最大ピークは光出射面法線方向に対して７０度、半値幅
は２４．５度であった。

【００５１】一方、屈折率１．５０６４のアクリル系紫
外線硬化性樹脂を用いて、両方のプリズム面のそれぞれ
の全体が表１に示した曲率半径である凹曲面形状で、ピ
ッチ５０μｍの多数のプリズム列が並列に連設されたプ
リズム列形成面を厚さ５０μｍのポリエステルフィルム
の一方の表面に形成したプリズムシートを作製した。こ
の際、仮想プリズム列としては、プリズムシートからの
出射光がその出光面の法線方向となるように、ピッチ５
０μｍで、頂角６５．４度の断面二等辺三角形のプリズ
ム列を設定した。

【００５２】得られたそれぞれのプリズムシートを、上
記導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向き、導光
体の光入射面にプリズム列の稜線が平行になるように載
置した。以上のようにして作製された面光源装置の法線
輝度と冷陰極管に垂直方向の面内での出射光分布におけ
る半値幅を求め、その結果を表１に示した。また、得ら
れた面光源装置を液晶表示装置のバックライトとして使
用した場合に、明るさムラのない高品位な画像が得られ
た。

【００５３】［比較例１］プリズムシートのプリズム列
を構成するプリズム面を平面とした以外は実施例１と同
様にして、ピッチ５０μｍで、頂角６５．４度の断面二
等辺三角形のプリズム列が一方の表面に形成されたプリ
ズムシートを作製した。このプリズムシートを実施例１
で得られた導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向
き、導光体の光入射面にプリズム稜線が平行になるよう
に載置した。以上のようにして作製された面光源装置の
法線輝度と冷陰極管に垂直方向の面内での出射光分布に
おける半値幅を求め、その結果を表１に示した。

【００５４】

【表１】

【００５５】［実施例２］アクリル樹脂（三菱レイヨン
（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を用い射出成形
することによって一方の面がマット（平均傾斜角８．０
度）である導光板を作製した。該導光板は、１９５ｍｍ
×２５３ｍｍ、厚さ３ｍｍ−１ｍｍのクサビ板状をなし
ていた。この導光体の鏡面側に、導光体の長さ１９５ｍ
ｍの辺（短辺）と平行になるように、アクリル系紫外線
硬化樹脂によってプリズム列のプリズム頂角１４０°、
ピッチ５０μｍのプリズム列が並列に連設配列されたプ
リズム層を形成した。導光体の長さ２５３ｍｍの辺（長
辺）に対応する一方の側端面（厚さ３ｍｍの側の端面）
に対向するようにして、長辺に沿って冷陰極管を光源リ
フレクター（麗光社製銀反射フィルム）で覆い配置し
た。さらに、その他の側端面に光拡散反射フィルム（東
レ社製Ｅ６０）を貼付し、プリズム列配列（裏面）に反
射シートを配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。
この導光体は、光出射率４．５％で、出射光光度分布の
最大ピークは光出射面法線方向に対して６１度、半値幅
は３９度であった。

【００５６】一方、屈折率１．５０６４のアクリル系紫
外線硬化性樹脂を用いて、両方のプリズム面のそれぞれ
の全体が表２に示した曲率半径である凹曲面形状で、ピ
ッチ５０μｍの多数のプリズム列が並列に連設されたプ
リズム列形成面を厚さ５０μｍのポリエステルフィルム
の一方の表面に形成したプリズムシートを作製した。こ
の際、仮想プリズム列としては、プリズムシートからの
出射光がその出光面の法線方向となるように、ピッチ５
０μｍで、頂角６５．４度の断面二等辺三角形のプリズ
ム列を設定した。

【００５７】得られたそれぞれのプリズムシートを、上
記導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向き、導光
体の光入射面にプリズム列の稜線が平行になるように載
置した。以上のようにして作製された面光源装置の法線
輝度と冷陰極管に垂直方向の面内での出射光分布におけ
る半値幅を求め、その結果を表２に示した。また、得ら
れた面光源装置を液晶表示装置のバックライトとして使
用した場合に、明るさムラのない高品位な画像が得られ
た。

【００５８】［比較例２］プリズムシートのプリズム列
を構成するプリズム面を平面とした以外は実施例２と同
様にして、ピッチ５０μｍで、頂角６５．４度の断面二
等辺三角形のプリズム列が一方の表面に形成されたプリ
ズムシートを作製した。このプリズムシートを実施例２
で得られた導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向
き、導光体の光入射面にプリズム稜線が平行になるよう
に載置した。以上のようにして作製された面光源装置の
法線輝度と冷陰極管に垂直方向の面内での出射光分布に
おける半値幅を求め、その結果を表２に示した。

【００５９】

【表２】

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光偏向素子の入光面に形成されるプリズム列の少なくと
も一方のプリズム面が、導光体からのピーク出射光の傾
斜角に応じて設定される仮想プリズム列の形状を基準と
して凹曲面形状をなしているので、出射光強度の分布角
度範囲が広く、しかもその範囲での分布ムラの少ない光
源装置が提供される。特に、本発明においては、光偏向
素子の入光面に形成されるプリズム列のプリズム面の傾
斜角度を、導光体からのピーク出射光の傾斜角に応じて
設定される仮想プリズム列の位置より出光面から遠い位
置では仮想プリズム面の傾斜角より大きな傾斜角をもつ
ような凹曲面形状とすることで、出射光強度の分布角度
範囲が広く、しかもその範囲での分布ムラの少ない光源
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による面光源装置を示す模式的斜視図で
ある。

【図２】光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明
図である。

【図３】本発明による面光源装置を示す模式的斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 一次光源 ２ 光源リフレクタ ３ 導光体 ４ 光偏向素子 ５ 光反射素子 ６ 遮光材 ３１ 光入射端面 ３２ 端面 ３３ 光出射面 ３４ 裏面 ４１ 入光面 ４２ 出光面 Ｉ 仮想プリズム列 Ｉ−１，Ｉ−２ 仮想プリズム列のプリズム面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 // Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｆ２１Ｙ 103:00 Ｆターム(参考） 2H042 BA02 BA12 BA20 CA12 CA17 2H091 FA21Z FA23Z FA29Z FA31Z FA41Z FC17 FD06 LA18 LA19

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次光源と、該一次光源から発せられる
   光を入射する光入射面及び入射した光を導光して出射す
   る光出射面を有する導光体と、該導光体の光出射面に隣
   接配置される光偏向素子とを備えており、 該光偏向素子は前記導光体の光出射面に対向して位置す
   る入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入
   光面には互いに並列に配列された複数のプリズム列が形
   成されており、該プリズム列は２つのプリズム面を有し
   ており、少なくとも一方のプリズム面が、前記導光体の
   光出射面から出射する光の出射光分布でのピーク出射光
   が一方のプリズム面から入光し他方のプリズム面で内面
   全反射されて前記出光面より所望の方向に出射し且つ前
   記光偏向素子のプリズム列の配列ピッチと同一のピッチ
   で配列され頂角がθである複数の仮想プリズム列を想定
   した時に、前記仮想プリズム列の形状を基準として凹曲
   面形状をなしていることを特徴とする光源装置。
2. 【請求項２】 前記光偏向素子の各プリズム列の少なく
   とも一方のプリズム面が、前記導光体の光出射面から出
   射する光の出射光分布でのピーク出射光の方向に隣接仮
   想プリズム列の頂部をかすめて通過する仮想光が前記仮
   想プリズム列の他方のプリズム面で内面全反射される位
   置より前記出光面から遠い位置において前記仮想プリズ
   ム列のプリズム面の少なくとも一部が前記出光面に対し
   てなす傾斜角より大きな傾斜角をもつような凹曲面形状
   をなしていることを特徴とする、請求項１に記載の光源
   装置。
3. 【請求項３】 前記プリズム列は前記仮想プリズム列と
   共通の頂部及び底部をもち、前記凹曲面形状は前記プリ
   ズム列の配列ピッチＰで規格化した曲率半径ｒの値（ｒ
   ／Ｐ）が２〜８０の凹円柱面形状であることを特徴とす
   る、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 【請求項４】 前記導光体の光出射面及び／またはその
   反対側の裏面は指向性光出射機能を有する面であること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光源装
   置。
5. 【請求項５】 前記指向性光出射機能を有する面は粗面
   または多数のレンズ列の配列からなる面であることを特
   徴とする、請求項４に記載の光源装置。
6. 【請求項６】 前記裏面に対向して光反射素子が配置さ
   れていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに
   記載の光源装置。
7. 【請求項７】 互いに並列に配列された複数のプリズム
   列が形成された入光面とその反対側の出光面とを有し、
   該プリズム列は２つのプリズム面を有しており、少なく
   とも一方のプリズム面が、前記入光面へ入射する光の分
   布でのピーク入射光が一方のプリズム面から入光し他方
   のプリズム面で内面全反射されて前記出光面より所望の
   方向に出射し且つ前記光偏向素子のプリズム列の配列ピ
   ッチと同一のピッチで配列され頂角がθである複数の仮
   想プリズム列を想定した時に、前記仮想プリズム列の形
   状を基準として凹曲面形状をなしていることを特徴とす
   る光偏向素子。
8. 【請求項８】 前記光偏向素子の各プリズム列の少なく
   とも一方のプリズム面が、前記入光面へ入射する光の分
   布でのピーク入射光の方向に隣接仮想プリズム列の頂部
   をかすめて通過する仮想光が前記仮想プリズム列の他方
   のプリズム面で内面全反射される位置より前記出光面か
   ら遠い位置において前記仮想プリズム列のプリズム面の
   少なくとも一部が前記出光面に対してなす傾斜角より大
   きな傾斜角をもつような凹曲面形状をなしていることを
   特徴とする、請求項７に記載の光偏向素子。
9. 【請求項９】 前記プリズム列は前記仮想プリズム列と
   共通の頂部及び底部をもち、前記凹曲面形状は前記プリ
   ズム列の配列ピッチＰで規格化した曲率半径ｒの値（ｒ
   ／Ｐ）が２〜８０の凹円柱面形状であることを特徴とす
   る、請求項７または８に記載の光偏向素子。
10. 【請求項１０】 前記プリズム列の頂部に平坦部あるい
    は曲面部を有することを特徴とする、請求項７〜９のい
    ずれかに記載の光偏向素子。
11. 【請求項１１】 前記光偏向素子の出光面側に光拡散層
    が形成されていることを特徴とする、請求項７〜９のい
    ずれかに記載の光偏向素子。
12. 【請求項１２】 前記光偏向素子のプリズム列中に光拡
    散剤を含有することを特徴とする、請求項７〜９のいず
    れかに記載の光偏向素子。