JP2002343124A

JP2002343124A - 面光源装置

Info

Publication number: JP2002343124A
Application number: JP2001145003A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Yamashita; 友義山下; Yasuko Hayashi; 泰子林
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】輝度不均一を解消して、高品位の面光源装置
を提供する。【解決手段】光入射端面４１及び光出射面を有する板
状の導光体４と、光入射端面４１に隣接して配置された
ＬＥＤ２とを備えている。導光体４は、光出射面及びそ
の反対側の裏面４４の双方または一方に梨地面からなる
光出射機構及び局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ
２を備えている。局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４
ａ２を構成する局所的レンズ列は、ＬＥＤ２から発せら
れ光入射端面４１に入射した光のうちの最大強度光Ｌ₀
の入射位置での輝度分布におけるピーク光の方向と異な
る方向に形成されており、ピーク輝度の９０％以下の輝
度となる方向に最大強度光Ｌ₀ の入射位置を通って放射
状に延びている。局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４
ａ２は、その面積の合計が光出射面の面積の３０％以下
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エッジライト方式
の面光源装置に関するものであり、特に、小型化及び消
費電力低減を企図した面光源装置に関するものである。
本発明の面光源装置は、例えば携帯電話機などの携帯型
電子機器のディスプレイパネルや各種機器のインジケー
タとして使用される比較的小型の液晶表示装置のバック
ライトに好適に適用される。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
液晶表示装置は、携帯用ノート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、更にはその他の種々の分野で広く使用
されてきている。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、液晶表示装置のコンパクト化の観点か
らエッジライト方式のものが多用されている。従来、バ
ックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも１
つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿
って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源
を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入
射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の２つの主
面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広
く利用されている。

【０００３】このようなバックライトでは、線状または
棒状の一次光源の両端部に近い導光体コーナー部や、導
光体の光入射端面に隣接する側端面の近くの領域に十分
な光量が到達せず、これらの部分や領域の輝度が低下し
やすいという問題がある。

【０００４】ところで、近年、携帯電話機や携帯用ゲー
ム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気機器また電
子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液
晶表示装置について、小型化とともに消費電力の低減が
要望されている。そこで、消費電力低減のために、バッ
クライトの一次光源として、点状光源であるＬＥＤが使
用されている。ＬＥＤを一次光源として用いたバックラ
イトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報に
記載されているように、線状の一次光源を用いるものと
同様な機能を発揮させるために、複数のＬＥＤを導光体
の光入射端面に沿って一次元に配列している。このよう
に複数のＬＥＤの一次元配列による一次光源を用いるこ
とにより、所要の光量と画面全体にわたる輝度分布の均
一性とを得ることができる。

【０００５】しかるに、小型の液晶表示装置の場合に
は、更に一層の消費電力の低減が要求されており、これ
に応えるためには使用するＬＥＤの数を少なくすること
が必要である。しかしながら、ＬＥＤの数を少なくする
と発光点間の距離が長くなるので、隣接発光点の間の領
域に近接する導光体の領域が拡大し、この導光体領域か
ら所要の方向へと出射する光の強度が低下する。これ
は、面光源装置発光面における観察方向の輝度分布の不
均一化をもたらす。このように、一次光源として点状光
源を用いる従来のバックライトでは、消費電力の低減と
輝度分布の均一性維持とを両立させることは困難であ
る。

【０００６】また、近年、液晶表示装置の大型化や狭額
縁化に伴い、エッジライト方式の面光源装置に使用され
る線状光源の長さが制限され、導光体の光入射面よりも
有効発光領域が短い棒状の光源が使用されるようになっ
てきている。このような面光源装置では、光入射面の長
手方向の端部近傍の領域が光源の非発光領域となり、こ
の非発光領域に対応する光入射面から導光体中に導入さ
れる光量が低下することになる。このため、導光体の光
出射面において、その光入射面側の角部近傍で出射光量
の低下に起因する輝度の低い暗部が発生するという問題
がある。

【０００７】本発明の目的は、以上のような面光源装置
の輝度不均一を解消して、高品位の面光源装置を提供す
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、少なくとも１つの一次
光源と、該一次光源から発せられる光を導光し且つ前記
一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導
光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体と
を備えており、前記光入射端面に隣接して前記一次光源
が配置されている面光源装置であって、前記導光体は、
前記光出射面及びその反対側の裏面の双方または一方に
光出射機構を備えており、且つ、前記光出射面及び前記
裏面の双方または一方に少なくとも１つの局所的レンズ
列形成部を備えており、該局所的レンズ列形成部のそれ
ぞれは少なくとも１つの局所的レンズ列を含んでおり、
前記局所的レンズ列は、前記一次光源から発せられ前記
光入射端面に入射した光のうちの最大強度光の入射位置
での輝度分布におけるピーク光の方向と異なる方向に形
成されていることを特徴とする面光源装置、が提供され
る。

【０００９】本発明の一態様においては、前記局所的レ
ンズ列形成部は、その面積の合計が前記光出射面の面積
の３０％以下である。本発明の一態様においては、前記
局所的レンズ列は、前記光入射端面に入射した光のうち
の最大強度光の入射位置での輝度分布におけるピーク輝
度の９０％以下の輝度となる範囲内の方向に形成されて
いる。

【００１０】本発明の一態様においては、前記局所的レ
ンズ列は、前記最大強度光の入射位置またはその近傍を
通って延びている。本発明の一態様においては、前記局
所的レンズ列形成部は、複数の前記局所的レンズ列を前
記最大強度光の入射位置またはその近傍を中心として放
射状に配列してなるものである。本発明の一態様におい
ては、前記局所的レンズ列形成部は、複数の前記局所的
レンズ列を互いに平行に配列してなるものである。本発
明の一態様においては、前記局所的レンズ列の方向は、
前記導光体の前記光入射端面の形成されている入射端縁
に隣接する側端縁に対して斜めの方向である。本発明の
一態様においては、前記局所的レンズ列形成部は、前記
導光体の前記光入射端面の形成されている入射端縁に隣
接する帯状の領域内に形成されている。本発明の一態様
においては、前記局所的レンズ列形成部は、前記導光体
の前記光入射端面の形成されている入射端縁に隣接する
側端縁から該側端縁に近接する領域を隔てた位置に形成
されている。

【００１１】本発明の一態様においては、前記一次光源
は点状光源である。本発明の一態様においては、複数の
前記点状光源が互いに離隔して配置されており、前記点
状光源のそれぞれに対応して前記局所的レンズ列形成部
が設けられている。本発明の一態様においては、複数の
前記点状光源が互いに近接して配置されており、前記点
状光源のそれぞれに対応して前記局所的レンズ列形成部
が設けられており、前記点状光源のそれぞれから発せら
れ前記光入射端面に入射した最大強度光の方向が互いに
異なる。本発明の一態様においては、複数の前記点状光
源は隣接するものどうしの発光部の中心の間の距離が３
ｍｍ以上となるように配置されている。本発明の一態様
においては、前記光入射端面は前記導光体の前記入射端
縁を切欠くようにして形成されている。本発明の一態様
においては、前記一次光源はＬＥＤである。本発明の一
態様においては、前記ＬＥＤは前記光入射端面との距離
が０．２ｍｍ以下となるように配置されている。

【００１２】本発明の一態様においては、前記一次光源
は線状光源である。本発明の一態様においては、前記局
所的レンズ列形成部は、前記線状光源の両端部に対応す
る領域に形成されている。

【００１３】本発明の一態様においては、前記局所的レ
ンズ列は頂角６０度〜１５０度の断面略三角形状のプリ
ズム列である。

【００１４】本発明の一態様においては、前記光出射機
構は、前記光出射面に対して傾斜した方向に光を出射さ
せるものである。本発明の一態様においては、前記光出
射機構の少なくとも１つは、前記光入射端面の形成され
ている入射端縁と略垂直の方向に延びており且つ互いに
平行な複数のレンズ列からなる。本発明の一態様におい
ては、前記光出射機構の少なくとも１つは、梨地面、ま
たは前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行
の方向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列か
らなる。

【００１５】本発明の一態様においては、前記導光体の
光出射面に隣接して光偏向素子が配置されており、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
面または前記出光面に、前記光入射端面の形成されてい
る入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行
な複数のレンズ列を備えている。本発明の一態様におい
ては、前記導光体の裏面に対向して光反射素子が配置さ
れている。

【００１６】

【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。

【００１７】図１は、本発明による面光源装置の一つの
実施形態を示す分解斜視図である。図１に示されている
ように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源と
してのＬＥＤ（発光ダイオード）２と、該ＬＥＤから発
せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面
から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４と、該導
光体に隣接配置される光偏向素子６及び光反射素子８と
を備えている。導光体４は上下２つの主面と該主面の外
周縁どうしを連ねる４つの端縁とを有している。

【００１８】ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対
の端縁のうちの一方（図１の手前側の端縁：入射端縁）
に隣接し且つそのＸ方向に関する中央に配置されてい
る。

【００１９】導光体４の入射端縁には、ＬＥＤ２が配置
される位置に相当する光入射端面４１が形成されてい
る。導光体４に形成される光入射端面４１は、図９に示
されているように、凹筒面状等となるように入射端縁を
凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。いず
れの場合も、ＬＥＤからの光の導光体４への入射効率を
向上させるためには、光入射端面４１とＬＥＤ発光面と
の距離Ｇが０．２ｍｍ以下となるように近接配置（密着
配置）することが好ましく、このためにはＬＥＤ発光面
と光入射端面とが凹凸逆の互いに嵌り合う形状（双方が
平面である場合を含む）であることが好ましい。

【００２０】導光体４は、一方の主面（図では上面）が
光出射面４３とされており、他方の主面（図では下面）
が裏面４４である。図２に、導光体裏面４４をＬＥＤ２
とともに示す。裏面４４には、導光体４の光入射端面４
１が形成されている入射端縁に隣接する帯状の領域Ｓ内
に、２つの局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２が
形成されている。局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４
ａ２は、図３に断面を示すように、局所的レンズ列とし
ての頂角θの断面略三角形状のプリズム列を複数配列し
たものからなる。プリズム列の頂角θは、例えば６０°
〜１５０°である。尚、図２には局所的レンズ列は稜線
のみが示されている（以降の図においても同様）。プリ
ズム列の頂部は、凸円柱曲形状とされていてもよいし、
または平坦面とされていてもよい。局所的レンズ列とし
ては、プリズム列の他にレンチキュラーレンズ列を用い
ることも可能である。

【００２１】局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２
は、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１に入射した光
との関連において、次のように設定される。即ち、ＬＥ
Ｄ２の発光部から発せられた光は、方向性をもって（即
ち、強度に角度分布をもって）導光体４の光入射端面４
１に入射する。この光入射端面４１に入射した光のうち
の最大強度光Ｌ₀ の入射位置における輝度のＸＹ面内の
角度分布は、図４に示されるようになる。この輝度分布
におけるピーク光の方向（ピーク輝度の方向）とは異な
る方向に延びるように、局所的レンズ列形成部４４ａ
１，４４ａ２の各局所的レンズ列が形成される。好まし
くは、この輝度分布において、最大輝度の９０％の輝度
を示す角度を−α，＋αとした場合、局所的レンズ列形
成部４４ａ１，４４ａ２の各局所的レンズ列は、図５に
示すように、最大輝度の方向である最大強度光Ｌ₀ の方
向（即ち、光入射端面４１と直交する方向）を０°の方
向として、−１８０°から−αまで（−１８０°を含ま
ない）及び＋αから＋１８０°まで（＋１８０°を含ま
ない）の方向に形成される。尚、本発明においては、通
常は、−１８０°から−αまで及び＋αから＋１８０°
までの方向範囲内の全ての方向に局所的レンズ列を形成
する必要はなく、この方向範囲内の必要な方向にのみ形
成すればよい。

【００２２】本実施形態では、局所的レンズ列形成部４
４ａ１，４４ａ２のそれぞれは、複数の局所的レンズ列
を最大強度光Ｌ₀ の入射位置またはその近傍を中心とし
て放射状に配列してなるものからなる。この局所的レン
ズ列の方向は、導光体４の光入射端面４１の形成されて
いる入射端縁に隣接する側端縁に対しても斜めの方向で
ある。

【００２３】２つの局所的レンズ列形成部４４ａ１，４
４ａ２の面積の合計は、光出射面４３の面積及びこれと
同一の裏面４４の面積の３０％以内であることが好まし
い。これは、局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２
が、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の一部
を低輝度の方向へと振り向けるために設けられるもので
あるので、光出射面４３または裏面４４の面積の３０％
もあれば十分である。また、帯状の領域Ｓを除く領域Ｍ
または該領域Ｍとこれに隣接する領域Ｓの一部とに対応
する領域を発光面として利用する場合には、面光源装置
の小型化の観点から、局所的レンズ列形成部４４ａ１，
４４ａ２の面積が光出射面４３または裏面４４の面積の
３０％以内とすることが好ましいからである。

【００２４】光出射面４３には、導光体４内にて導光さ
れる光を当該光出射面４３に対して傾斜した方向（即ち
ＸＹ面に対して傾斜した方向）に光を出射させる指向性
光出射機構を備えている。該指向性光出射機構は、例え
ば粗面（マット面：梨地面）からなる。該指向性光出射
機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び入射端
縁と直交するＹ方向の双方を含むＹＺ面内の分布におい
て指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピー
クの方向が光出射面４３となす角度は１０〜４０°であ
ることが好ましく、出射光分布の半値幅は１０〜４０°
であることが好ましい。

【００２５】本発明では、導光体４の光出射機構として
は、上記粗面の他に、プリズム列、レンチキュラーレン
ズ列またはＶ字状溝等の多数のレンズ列を、光出射面４
３においてＸ方向に互いに平行に形成したものを用いる
ことができる。レンズ列としてはレンチキュラーレンズ
列やプリズム列を用いることができ、その配列ピッチ
は、１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、よ
り好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜
７０μｍの範囲である。また、このプリズム列の頂角
は、１３０〜１７９°の範囲とすることが好ましく、よ
り好ましくは１４０〜１７９°の範囲である。

【００２６】この光出射機構は、導光体４の光出射面４
３内で出射率が不均一分布となるように設けることもで
きる。例えば、光出射機構として粗面を使用する場合に
は、その表面粗さがの光出射面４３内での分布が不均一
となるように粗面化処理を施すことによって出射率の不
均一分布を形成することができる。

【００２７】光出射機構としての粗面やレンズ列は、Ｉ
ＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが
０．５〜２５°の範囲のものとすることが、光出射面４
３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０．５〜２０°の範囲であ
る。この平均傾斜角θａは、導光体４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４としてＬ／ｔが１００〜２００程度のものを使
用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜８°とするこ
とが好ましく、さらに好ましくは０．５〜６°の範囲で
あり、より好ましくは０．５〜４°の範囲である。ま
た、導光体４としてＬ／ｔが５０〜１００程度のものを
使用する場合は、平均傾斜角θａを０．８〜１５°とす
ることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１０°の
範囲であり、より好ましくは１〜６°の範囲である。さ
らに、導光体４としてＬ／ｔが５０以下程度のものを使
用する場合は、平均傾斜角θａを１．５〜２５°とする
ことが好ましく、さらに好ましくは２〜２０°の範囲で
ある。

【００２８】導光体４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。

【００２９】 Δａ＝（１／Ｌ）∫₀ ^L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ・・・（１） θａ＝ｔａｎ^-1（Δａ）・・・（２）さらに、導光体４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４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２近傍で多量の光が出射して、光出射
面４３内でのＹ方向における光の減衰が著しくなり、光
出射面４３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４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ピーク光の角
度が光出射面の法線に対し５０〜８０°の範囲にあり、
第１方向を含み光出射面４３に垂直な面における出射光
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４から出射させることができ、そ
の出射方向を光偏向素子６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装置を提供することがで
きる。

【００３０】本発明において、導光体４からの光出射率
は次のように定義される。光出射面４３の入射端縁側で
の出射光の光強度（Ｉ₀ ）と該端縁から距離Ｌの位置で
の出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体４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。

【００３１】Ｉ＝Ｉ₀ ・α（１−α）^L/t ・・・（３）ここで、定数αが光出射率であり、光出射面４３におけ
る入射端縁に垂直方向（Ｙ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４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４３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。

【００３２】以上の説明では、導光体４の光出射面４３
に光出射機構を形成し、その反対側の裏面４４に局所的
レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２を形成しているが、
本発明においては、光出射面４３に局所的レンズ列形成
部を設け、裏面４４に光出射機構を形成してもよいし、
局所的レンズ列形成部と光出射機構とを同一面に形成し
てもよい。あるいは、光出射機構を光出射面４３及び裏
面４４の双方に設けてもよいし、局所的レンズ列形成部
を光出射面４３及び裏面４４の双方に設けてもよい。光
出射機構としてレンズ列を用いた場合、光出射機構と局
所的レンズ列形成部とを導光体の同一の主面に形成する
場合には、光出射機構を局所的レンズ列形成部の存在し
ない領域において形成するのが好ましい。また、双方の
主面に局所的レンズ列形成部を形成する場合には、上記
局所的レンズ列形成部の面積の合計に際して、両主面上
の局所的レンズ列形成部の互いに重なり合う領域の面積
については、一方の主面上の局所的レンズ列形成部のみ
の面積として計算する。

【００３３】また、光出射機構としては、導光体４の入
射端縁と略垂直の方向に延在し且つ互いに平行な複数の
レンズ列たとえばレンチキュラーレンズ列やプリズム列
からなるものを用いることも可能である。このレンズ列
の配列ピッチは、１０〜１００μｍの範囲とすることが
好ましく、より好ましくは１０〜８０μｍ、更に好まし
くは２０〜７０μｍの範囲である。レンズ列としてプリ
ズム列を用いる場合には、プリズム頂角は、例えば７０
〜１５０°である。これは、頂角をこの範囲とすること
によって導光体４からの出射光をＹ方向と略直交する面
内において十分集光することができ、所要の方向の輝度
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、Ｘ
方向と平行な主出射光を含む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、面光源装置としての輝度を向上させるこ
とができる。なお、このプリズム列を光出射面４３に形
成する場合には、プリズム頂角は８０〜１００゜の範囲
とすることが好ましく、プリズム列を裏面４４に形成す
る場合には、頂角は７０〜８０゜または１００〜１５０
゜の範囲とすることが好ましい。

【００３４】本発明においては、導光体４の一方の主面
に上記のような主としてＹＺ面内の出射光分布を制御す
る第１の光出射機構を設け、導光体４の他方の主面に上
記のような主としてＹＺ面と直交する面内の出射光分布
を制御する第２の光出射機構を設けるのが好ましい。

【００３５】次に、本実施形態では、光偏向素子６は、
導光体４の光出射面４３上に配置されている。光偏向素
子６の２つの主面は、それぞれ全体としてＸＹ面と平行
に位置する。２つの主面のうちの一方（導光体の光出射
面４３側に位置する主面）は入光面６１とされており、
他方が出光面６２とされている。出光面６２は、導光体
４の光出射面４３と平行な平坦面とされている。入光面
６１は、多数のプリズム列６１ａ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。

【００３６】図６は、光偏向素子６の入光面６１のプリ
ズム列の形状の説明図である。入光面６１のプリズム列
６１ａは、Ｘ方向に延びており且つ互いに平行に形成さ
れている。プリズム列６１ａの配列ピッチは、１０〜１
００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは
１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範
囲である。また、プリズム列６１ａの頂角は、５０〜８
０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは５０
〜７０°の範囲である。

【００３７】図６には、光偏向素子６による光偏向の様
子も示されている。この図は、Ｙ方向及びＺ方向の双方
を含むＹＺ面内での導光体４からのピーク出射光の進行
方向を示すものである。導光体４の光出射面４３から斜
めに出射される光は、プリズム列６１ａの第１面へ入射
し第２面により全反射されてほぼ出光面６２の法線の方
向に出射する。

【００３８】光偏向素子６としては、表面に形成される
レンズ形状が本実施形態のようなプリズム形状のものが
好ましいが、目的に応じて種々のレンズ形状のものを使
用することができ、このようなレンズ形状の例として
は、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライ
アイレンズ形状、波型形状などが挙げられる。また、本
実施形態では入光面６１をプリズム形成面としている
が、出光面６２をプリズム形成面としてもよく、入光面
６１と出光面６２との双方をプリズム形成面としてもよ
い。更に、プリズム列６１ａの頂角は、導光体４からの
出射光の出射角に応じて適宜選択され、本実施形態のよ
うに入光面６１をプリズム形成面とする場合には、上記
のように、５０〜８０°の範囲とすることが好ましい
が、出光面６２をプリズム形成面とする場合には８０〜
１２０°の範囲とすることが好ましい。

【００３９】光反射素子８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８として反射シ
ートに代えて、導光体４の光出射面４３の反対側の裏面
４４に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いる
ことも可能である。尚、導光体４の４つの端縁（光入射
端面４１を除く）にも反射部材を付することが好まし
い。

【００４０】本発明の導光体４及び光偏向素子６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、環状ポリオレフィン樹脂が例示でき
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４及び
光偏光素子６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。

【００４１】以上のような本実施形態では、導光体４の
裏面４４において、ＬＥＤ２が対向配置されている光入
射端面の形成されている入射端縁に隣接する帯状の領域
Ｓ内に、放射状配列の局所的レンズ列からなる局所的レ
ンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２を形成しているので、
ＬＥＤ２から発せられた光の一部は該局所的レンズ列形
成部により輝度低下の生じやすい領域（特に、光入射端
面の形成されている入射端縁のＬＥＤ２から遠い部分の
近傍や、入射端縁に隣接する側端縁の近傍）へと導か
れ、輝度分布の均一化が達成される。

【００４２】以上のようなＬＥＤ２、導光体４、光偏向
素子６および光反射素子８からなる面光源装置の発光面
（光偏光素子６の出光面６２）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観
察者により観察される。また、本発明においては、十分
にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶
表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子
での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画
像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照
射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光
量の利用効率を高めることができる。尚、光偏向素子６
および液晶表示素子として、導光体４の裏面４４の領域
Ｓ以外の領域Ｍに対応する寸法のものを使用することが
できる。

【００４３】図７〜図１４は、一次光源として点状の光
源を用いた本発明による面光源装置の更に別のいくつか
の実施形態を示す模式図である。これらの図において
は、導光体４の裏面４４が光源（ＬＥＤ）とともに示さ
れており、上記の図１〜６におけると同様の部材または
部分には同一の符号が付されている。

【００４４】図７の実施形態では、局所的レンズ列形成
部４４ａ１，４４ａ２を構成する複数の局所的レンズ列
は、互いに平行に配列されている。これら局所的レンズ
列の方向は最大輝度光の入射位置での輝度分布における
ピーク輝度の９０％以下の輝度となる方向範囲内の方向
であり、局所的レンズ列は最大強度光Ｌ₀ の入射位置ま
たはその近傍を通って延在している。

【００４５】図８の実施形態では、光入射端面４１は、
導光体４の入射端縁の端部（即ち、導光体４の隅部）を
切欠くようにして形成されている。そして、局所的レン
ズ列の方向は最大輝度光の入射位置での輝度分布におけ
るピーク輝度の９０％以下の輝度となる方向範囲内の方
向であり、局所的レンズ列は最大強度光Ｌ₀ （導光体４
の矩形状の裏面４４の対角線の方向に進行する）の入射
位置またはその近傍を通って入射端縁及びそれに直交す
る端縁と略平行に延在している。

【００４６】図９の実施形態では、光入射端面４１は、
導光体４の入射端縁を凹筒面状に切欠くようにして形成
されている。

【００４７】図１０の実施形態では、複数のＬＥＤから
なる点状光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが互いに離隔して
配置されており、各点状光源に対応して局所的レンズ列
形成部４４ａ１，４４ａ２が設けられている。各点状光
源に対応する局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２
の形態は、上記図２に示されるものと同様である。

【００４８】図１１の実施形態でも、複数のＬＥＤから
なる点状光源２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが互いに離隔して
配置されており、各点状光源に対応して局所的レンズ列
形成部が設けられている。但し、各点状光源に対応する
局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２の形態は、上
記図７に示されるものと同様である。

【００４９】図１２の実施形態では、２つのＬＥＤから
なる点状光源２Ａ，２Ｂが互いに近接して配置されてお
り、各点状光源に対応して局所的レンズ列形成部４４ａ
１，４４ａ２が設けられている。但し、本実施形態で
は、点状光源２Ａ，２Ｂが近接配置されているので、導
光体４の点状光源２Ａ，２Ｂからの最大強度光Ｌ₀ の入
射位置の間の領域では局所的レンズ列形成部は設けられ
ていない。これは、この領域では、２つの点状光源２
Ａ，２Ｂからの光が入射するため、実質的には大きな輝
度の低下をまねかないからである。これに対して、Ｘ方
向に関し、導光体４の点状光源２Ａ，２Ｂからの最大強
度光の入射位置より外側の領域では、光入射端面４１へ
入射する光の強度分布において輝度が低下する部分があ
るので、この部分の方へと局所的レンズ列形成部４４ａ
１，４４ａ２により光を導くことで輝度低下を防止して
いる。

【００５０】図１３の実施形態では、光入射端面４１
は、導光体４の入射端縁を三角溝形状に切欠くようにし
て形成されている。そして、ＬＥＤ２として２つの発光
部２−１，２−２を有するものを使用している。これら
２つの発光部２−１，２−２から発せられた最大強度光
Ｌ₀ は、それぞれの切欠面を通って屈折入射する。この
入射位置での輝度分布におけるピーク輝度の９０％以下
の輝度となる方向範囲内の方向の局所的レンズ列からな
る局所的レンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２が形成され
ている。

【００５１】図１４の実施形態でも、光入射端面４１
は、導光体４の入射端縁を三角溝形状に切欠くようにし
て形成されている。但し、２つのＬＥＤからなる点状光
源２Ａ，２Ｂから発せられた最大強度光Ｌ₀ は、それぞ
れの切欠面に垂直に入射する。この入射位置での輝度分
布におけるピーク輝度の９０％以下の輝度となる方向範
囲内の方向の局所的レンズ列からなる局所的レンズ列形
成部４４ａ１，４４ａ２が形成されている。

【００５２】図１３の実施形態及び図１４の実施形態で
は、最大強度光Ｌ₀ の方向が導光体入射端縁の法線方向
（Ｙ方向）に対して傾きを有するので、より導光体入射
端縁と平行の方向に近い方向の局所的レンズ列を形成し
て輝度低下を生じやすい領域へと光を導くことができ
る。

【００５３】以上のように、複数の一次光源を隣接して
配置する場合には、隣接する一次光源の発熱により互い
の発光効率が低下する傾向にあり、このような発光効率
の低下を抑止するために互いに隣接する一次光源の発光
部の中心間距離が少なくとも３ｍｍとなるように配置す
ることが好ましい。

【００５４】図１５及び図１６は、一次光源として線状
または棒状の光源を用いた本発明による面光源装置のい
くつかの実施形態を示す模式図である。これらの図にお
いては、導光体４の裏面４４が光源（冷陰極管）ととも
に示されており、上記の図１〜１４におけると同様の部
材または部分には同一の符号が付されている。

【００５５】図１５の実施形態では、局所的レンズ列形
成部４４ａ１，４４ａ２は、帯状の領域Ｓ内にて冷陰極
管２’の両端部に対応する領域に形成されている。線状
光源は点状光源の連続配置と等価であり、従って線状光
源２’の発光部に対応する導光体４の領域では輝度低下
が少ないので、この領域の大部分には局所的レンズ列形
成部が形成されていない。線状光源２’の発光部が導光
体４の入射端縁より短い場合には、発光部に対応する導
光体領域よりＸ方向に関し外側の領域では、点状光源の
場合と同様にして輝度低下が発生しやすい。そこで、発
光部の両端から発せられる最大強度光Ｌ₀ の入射位置で
の輝度分布におけるピーク輝度の９０％以下の輝度とな
る方向範囲内の方向の局所的レンズ列からなる局所的レ
ンズ列形成部４４ａ１，４４ａ２が形成されている。即
ち、この局所的レンズ列形成部は、線状光源（特に、そ
の発光部）の両端部に対応する位置に設けられている。
これにより、導光体４の入射端縁に隣接する２つの側端
縁に近接する輝度低下しやすい領域Ｐ１，Ｐ２へと光を
導くことができ、輝度低下を防止することができる。

【００５６】図１６の実施形態では、局所的レンズ列形
成部４４ａ１，４４ａ２は、導光体４の光入射端面４１
の形成されている入射端縁に隣接する側端縁から該側端
縁に近接する領域Ｐ１，Ｐ２を隔てた位置に形成されて
いる。これによっても、側端縁に近接する輝度低下しや
すい領域Ｐ１，Ｐ２へと光を導くことができ、輝度低下
を防止することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光出射面及び裏面の双方または一方に少なくとも１つの
局所的レンズ列形成部を形成しているので、輝度分布の
均一性が良好で高品位の面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分解斜視図であ
る。

【図２】導光体の説明図である。

【図３】局所的レンズ列形成部の断面図である。

【図４】光入射端面に入射した最大強度光の入射位置に
おける輝度のＸＹ面内の角度分布を示す図である。

【図５】局所的レンズ列形成部の各局所的レンズ列の方
向を示す図である。

【図６】光偏向素子による光偏向の様子を示す図であ
る。

【図７】本発明による面光源装置の一次光源及び導光体
を示す模式図である。

【図８】本発明による面光源装置の一次光源及び導光体
を示す模式図である。

【図９】本発明による面光源装置の一次光源及び導光体
を示す模式図である。

【図１０】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【図１１】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【図１２】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【図１３】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【図１４】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【図１５】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【図１６】本発明による面光源装置の一次光源及び導光
体を示す模式図である。

【符号の説明】

２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２ＤＬＥＤ２’ 冷陰極管４導光体４１光入射端面４３光出射面４４裏面４４ａ１，４４ａ２局所的レンズ列形成部６光偏向素子６１入光面６１ａ第２プリズム列６２出光面Ｌ₀ 最大強度光

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｍ // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆターム(参考） 2H091 FA07Z FA21Z FA23Z FA28Z FA42Z FA45Z FB02 FC02 KA10 LA11 LA18 5F041 AA05 EE25 FF11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つの一次光源と、該一次光
源から発せられる光を導光し且つ前記一次光源から発せ
られる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射
する光出射面を有する板状の導光体とを備えており、前
記光入射端面に隣接して前記一次光源が配置されている
面光源装置であって、前記導光体は、前記光出射面及びその反対側の裏面の双
方または一方に光出射機構を備えており、且つ、前記光
出射面及び前記裏面の双方または一方に少なくとも１つ
の局所的レンズ列形成部を備えており、該局所的レンズ
列形成部のそれぞれは少なくとも１つの局所的レンズ列
を含んでおり、前記局所的レンズ列は、前記一次光源から発せられ前記
光入射端面に入射した光のうちの最大強度光の入射位置
での輝度分布におけるピーク光の方向と異なる方向に形
成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】前記局所的レンズ列形成部は、その面積
の合計が前記光出射面の面積の３０％以下であることを
特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】前記局所的レンズ列は、前記光入射端面
に入射した光のうちの最大強度光の入射位置での輝度分
布におけるピーク輝度の９０％以下の輝度となる範囲内
の方向に形成されていることを特徴とする、請求項１〜
２のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項４】前記局所的レンズ列は、前記最大強度光
の入射位置またはその近傍を通って延びていることを特
徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装
置。
【請求項５】前記局所的レンズ列形成部は、複数の前
記局所的レンズ列を前記最大強度光の入射位置またはそ
の近傍を中心として放射状に配列してなるものであるこ
とを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項６】前記局所的レンズ列形成部は、複数の前
記局所的レンズ列を互いに平行に配列してなるものであ
ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の
面光源装置。
【請求項７】前記局所的レンズ列の方向は、前記導光
体の前記光入射端面の形成されている入射端縁に隣接す
る側端縁に対して斜めの方向であることを特徴とする、
請求項１〜６のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項８】前記局所的レンズ列形成部は、前記導光
体の前記光入射端面の形成されている入射端縁に隣接す
る帯状の領域内に形成されていることを特徴とする、請
求項１〜７のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項９】前記局所的レンズ列形成部は、前記導光
体の前記光入射端面の形成されている入射端縁に隣接す
る側端縁から該側端縁に近接する領域を隔てた位置に形
成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれ
かに記載の面光源装置。
【請求項１０】前記一次光源は点状光源であることを
特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の面光源装
置。
【請求項１１】複数の前記点状光源が互いに離隔して
配置されており、前記点状光源のそれぞれに対応して前
記局所的レンズ列形成部が設けられていることを特徴と
する、請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】複数の前記点状光源が互いに近接して
配置されており、前記点状光源のそれぞれに対応して前
記局所的レンズ列形成部が設けられており、前記点状光
源のそれぞれから発せられ前記光入射端面に入射した最
大強度光の方向が互いに異なることを特徴とする、請求
項１０に記載の面光源装置。
【請求項１３】複数の前記点状光源は隣接するものど
うしの発光部の中心の間の距離が３ｍｍ以上となるよう
に配置されていることを特徴とする、請求項１１〜１２
のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項１４】前記光入射端面は前記導光体の前記入
射端縁を切欠くようにして形成されていることを特徴と
する、請求項１〜１３のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項１５】前記一次光源はＬＥＤであることを特
徴とする、請求項１０〜１４のいずれかに記載の面光源
装置。
【請求項１６】前記ＬＥＤは前記光入射端面との距離
が０．２ｍｍ以下となるように配置されていることを特
徴とする、請求項１５に記載の面光源装置。
【請求項１７】前記一次光源は線状光源であることを
特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の面光源装
置。
【請求項１８】前記局所的レンズ列形成部は、前記線
状光源の両端部に対応する領域に形成されていることを
特徴とする、請求項１７に記載の面光源装置。
【請求項１９】前記局所的レンズ列は頂角６０度〜１
５０度の断面略三角形状のプリズム列であることを特徴
とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の面光源装
置。
【請求項２０】前記光出射機構は、前記光出射面に対
して傾斜した方向に光を出射させるものであることを特
徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載の面光源装
置。
【請求項２１】前記光出射機構の少なくとも１つは、
前記光入射端面の形成されている入射端縁と略垂直の方
向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列からな
ることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれかに記載
の面光源装置。
【請求項２２】前記光出射機構の少なくとも１つは、
梨地面、または前記光入射端面の形成されている入射端
縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数の
レンズ列からなることを特徴とする、請求項１〜２１の
いずれかに記載の面光源装置。
【請求項２３】前記導光体の光出射面に隣接して光偏
向素子が配置されており、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、前記入光面または前記出光面に、
前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方
向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列を備え
ていることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれかに
記載の面光源装置。
【請求項２４】前記導光体の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１〜２３
のいずれかに記載の面光源装置。