JP2003021726A

JP2003021726A - 導光体及びこれを用いた面光源装置と液晶ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2003021726A
Application number: JP2001208608A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Suga; 義訓菅
Original assignee: Yuka Denshi Co Ltd; Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Yuka Denshi Co Ltd; Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】構造がシンプルで且つ導光体からの出射光束
をより集光性に富んだものとして従来以上の照明効率を
実現する光学系を有し、しかも組立て性に優れた安価な
面光源装置及びこの面光源装置をバックライト光学系と
して用いる液晶ディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】少なくとも一つの側端部２１ａを光入射
面とし、且つ一表面を発光面２１ｂとする導光体２１に
おいて、発光面２１ｂと反対側に光を多く出射する凹凸
部２９からなる光取り出し機構２９０が設けられ、発光
面２１ｂの直上から見た凹凸部２９の形状が、光の主た
る進行方向に凸形状とされていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導光体及びこれを用
いた面光源装置と液晶ディスプレイ装置に関し、更に詳
細には、例えばパーソナルコンピュータ向けモニターや
薄型ＴＶ等の表示装置に利用するのに適する液晶ディス
プレイ装置及びこの装置の構成要素である面光源装置、
更にはこの面光源装置の構成要素である導光体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近時、パーソナルコンピュータ向けモニ
ターや薄型ＴＶ等の表示装置として透過型の液晶表示
（ディスプレイ）装置が多用されており、このような液
晶表示装置では、通常、液晶素子の背面に面状の照明装
置即ちバックライト（面光源装置）が配設されている。
この面光源装置は、例えば冷陰極放電管等の線状光源を
面状の光に変換する機構とされている。

【０００３】具体的には、液晶素子の背面直下に光源を
配設する方法や、側面に光源を設置し、アクリル板等の
透光性の導光体を用いて面状に光を変換して面光源を得
る方法（サイドライト方式）が代表的であり、発光面に
はプリズムアレー等からなる光学素子を配設して所望の
光学特性を得る機構とされている。特に、薄型且つ輝度
分布の均一性に優れた面光源としてはサイドライト型が
好適であり、数多くが実用に供されている。

【０００４】従来のサイドライト方式の面光源装置は、
図２２（ａ）に示されるように透光性の平板からなる基
板即ち導光体１の一側端１ａに当該側端面に沿うように
線状光源２を配設し、この線状光源２を覆うようにリフ
レクタ３が取り付けられ、線状光源２による直接光とリ
フレクタ３で反射された反射光とが導光体１に、光入射
端面である一側端１ａから内部に入射する機構とされて
いる。

【０００５】導光体１の一表面は発光面１ｂとされ、こ
の発光面１ｂの上にはほぼ三角プリズム状のアレー４を
形成した調光シート５が頂角を観察者側に向けて配設さ
れ、他方、導光体１における発光面１ｂとは反対側の面
１ｃには光散乱性インキにより多数のドット６ａを所定
のパターンで印刷形成してなる光取り出し機構６が設け
られている。

【０００６】このような光取り出し機構６が形成されて
いる導光体１における発光面１ｂとは反対側の面１ｃ側
には、この面１ｃに近接して反射シート７が配設されて
いる。また、この種の面光源装置の別な代表例として
は、図２２（ｂ）に示されるようにほぼ三角プリズム状
のアレー４を形成した調光シート５が頂角を導光体１の
発光面１ｂ側に向けて発光面１ｂ上に配設されている。

【０００７】そして、導光体１の発光面１ｂとは反対側
の面１ｃ等に設けられる光取り出し機構６は、各表面が
粗面に形成されている多数の粗面部６ｂをパターン化し
て構成されている。このようなサイドライト方式の面光
源装置は、軽量、薄型という液晶表示装置の一般的特徴
をより有効に引き出すことができることから、携帯用パ
ーソナルコンピュータ等の液晶表示装置のバックライト
として多く使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の透過型液晶ディスプレイ装置は、構造が依然とし
て複雑であるという問題があった。その理由は、特に面
光源装置において所望の光学特性を得ることのできる構
造簡素で光の利用効率に優れた照明光学系が得られてい
なかったために当該面光源装置の構造を複雑化せざるを
得ず、その結果コストが高くなるためであり、この種の
液晶ディスプレイ装置が普及することの妨げとなってい
たのである。

【０００９】すなわち、例えば、透過型液晶ディスプレ
イ装置のバックライト光学系として用いる図２４に示さ
れる面光源装置では、面光源装置からの照明光を可能な
限り有効に利用するためプリズムシート等の光学シート
（調光シート５）類を多用していた。そのため、照明光
学系の構造が複雑となり、その結果組立て性が悪く、し
かも歩留まりも低くなることから、高コスト化を招いて
いたのである。

【００１０】そこで、本発明者は上記の問題を解決する
方策として、図２３に示されるような面光源装置を１０
を提案した。この面光源装置１０によると、導光体１１
からの出射光線の大部分が一旦は光反射シート１２の側
に選択的に導かれるように導光体１１の構造設計が行わ
れ、尚かつ傾斜した光反射面１３ａからなるほぼ同一形
状の基本ユニット１３を光反射シート１４の表面に多数
配設した光学系を構成することにより、プリズムシート
等のような高価で構造を複雑化する調光シートを用いず
とも、光学的な効率に優れた面光源装置を得ることが可
能であることを見出した。

【００１１】特に、図２４に示されるように、例えば光
取り出し機構として、断面で見て幅ｗに対して十分に大
きな高さｈを有した平滑面からなる凸状突起１４ａから
なる光取り出し機構１４を形成し、この光取り出し機構
１４を用いて光の出射方向をコントロールすることで、
導光体１１からの出射光線を集中的に光反射シート１２
側に向かわせることが容易となり、尚かつ、大型化した
場合にも金型製作等が容易であるため、極めて実用性に
富んだ面光源装置が得られることを見出した。

【００１２】しかしながら、より高い光学特性を得るた
めには導光体からの出射光束は十分に集光されている必
要があるが、上記の光学系は構造自体が極めて簡素にな
っているため、通常用いられる単純な形状に基づいた光
取り出し機構では十分に集光のなされた出射光が導光体
から出光せず、そのため、照明光率に限界が生じる問題
があった。すなわち、携帯電話やハンドヘルド型コンピ
ューターなどの、より高い照明光率が要求される分野へ
本技術を適用する際に妨げとなっていたのである。

【００１３】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、構造がシンプルで且つ導
光体からの出射光束をより集光性に富んだものとして従
来以上の照明効率を実現する光学系を有し、しかも組立
て性に優れた安価な面光源装置及びこの面光源装置をバ
ックライト光学系として用いる液晶ディスプレイ装置を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は導光体であり、
前述した技術的課題を解決するために以下のように構成
されている。すなわち、本発明は、少なくとも一つの側
端部を光入射面とし、且つ一表面を発光面とする導光体
において、導光体には発光面と反対側に光を多く出射す
る凹凸部からなる光取り出し機構が設けられ、発光面の
直上から見た光取り出し機構を構成する凹凸部の形状
が、光の主たる進行方向に凸形状とされていることを特
徴とする。

【００１５】＜本発明における具体的構成＞本発明の導
光体は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成
要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。
その具体的構成要素とは、導光体の発光面の中心付近に
おける出射方向選択率が７０％〜１００％であることを
特徴とする。

【００１６】また、本発明の導光体では、光取り出し機
構が、導光体の発光面と対向する面側に設けられ、突起
量は２μｍ〜３００μｍの凸状突起とされ、且つ発光面
直上から見た凸状突起の形状は三角形、四角形又は楕円
形のいずれかであることを特徴とする。その際、光取り
出し機構を構成する凹凸部は、発光面直上から見て不規
則に分布していることが好ましい。

【００１７】更に、本発明は面光源装置であり、前述し
た技術的課題を解決するために以下のように構成されて
いる。すなわち、本発明の面光源装置は、前述したいず
れかの特徴を備える導光体と、この導光体の側端部に配
設された光源と、導光体の発光面と対向する面側に配置
された光反射シートとを含み、光反射シートの表面には
傾斜した光反射面からなるほぼ同一及び／又はほぼ相似
形の基本ユニットがピッチ５０００μｍ以下にて多数配
列されていることを特徴とする。

【００１８】このような本発明の面光源装置において、
光反射シートに設けられる基本ユニットは、断面が山形
とされ且つこの山形部の尾根線は隣接した基本ユニット
同士の間でほぼ並列に配列されていることが好ましい。
更に、光反射シートに設けられる基本ユニットは、光反
射面の断面形状が凹状であることがなお好ましい。ま
た、本発明は、前述したいずれかの特徴を備える面光源
装置をバックライト光学系に用いて従来の技術的課題を
解決した液晶ディスプレイ装置でもある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の導光体及びこれを
用いた面光源装置と液晶ディスプレイ装置を図に示され
る実施形態について更に詳細に説明する。図１及び図２
はそれぞれ本発明の好適な２つの実施形態に係る面光源
装置２０の主要部を概略的に示している。

【００２０】これらの実施形態に係る面光源装置２０
は、透光性の平板からなる基板即ち導光体２１を備え、
この導光体２１の一側端２１ａには当該側端部２１ａに
沿うように線状光源２２が配設されている。この線状光
源２２としては、蛍光管又はＬＥＤアレー等を用いるこ
とができるが、特にこれらに限定されるものではない。
線状光源２２としては、発光効率に優れ、小型化の容易
な冷陰極管の利用が最も好適である。

【００２１】線状光源２２の配置形態としては、この態
様に限定されるものではなく、この他にも、一側端部に
のみ冷陰極管が配設された１灯式の態様、一側端部に２
本の冷陰極管が配設された２灯式の態様、１灯又は２灯
の冷陰極管が一側端部に配設され、これが対向する側端
部にも同様に設けられ、合計２灯又は４灯となっている
態様等が代表的である。

【００２２】また、線状光源２２の態様として、本発明
においてはなにも線状光源に限定されるものではなく、
例えば小型の面光源装置では図３に示されるようにＬＥ
Ｄ等の点光源を用いることもできる。すなわち、図３
（ａ）は、導光体２１のコーナー部を平面で見て三角形
状にカットして形成されたコーナーカット面２１ｄに、
点光源であるＬＥＤ２２ａを配置した例を示している。
また、図３（ｂ）は、導光体２１の一側端部に光学ロッ
ド２２ｂを近接配置し、この光学ロッド２２ｂの端面に
点光源であるＬＥＤ２２ａを配置した例を示している。

【００２３】この導光体２１の一側端２１ａには、線状
光源２２を覆うようにリフレクタ２６が取り付けられ、
線状光源２２による直接光とリフレクタ２６で反射され
た反射光とが導光体２１に、光入射面である一側端面２
１ａから内部に入射する機構とされている。

【００２４】導光体２１は、例えば、板厚が約２〜４ｍ
ｍ程度の四角形状をした透光性の薄板であり、図１又は
図２で見て上面である一方の表面が光を出射する発光面
２１ｂであり、これとは反対側の他方の表面（図１又は
図２で見て下面）は発光面と対向する面２１ｃである。
図１及び図２において、符号２３は導光体１１の発光面
２１ｂに垂直な線即ち導光体２１の法線を示している。

【００２５】本発明の好適な実施形態に係る面光源装置
２０における導光体２１としては、図２に示されるよう
に導光体２１の光入射面２１ａに対する法線方向にほぼ
平行な稜線２４ａを備える三角プリズムアレー２４が集
光素子として発光面２１ｂに形成され、集光作用を高め
る構造とされている。

【００２６】図１及び図に示される本発明の好適な実施
形態に係る面光源装置において、導光体２１の発光面２
１ｂとは反対側の面２１ｃ側には、当該面２１ｃに近接
して光反射シート２７が配設されている。光反射シート
２７は、傾斜した光反射面２８ａを備える多数の基本ユ
ニット２８が微細なピッチＰで基材の表面に形成されて
構成されている。ここで、基本ユニット２８とは、図４
〜図１１に示されるようにほぼ同一及び／又はほぼ相似
形状の傾斜した傾斜面２８ａの集合体として得られる光
反射シート２７の基本形状単位を意味する。

【００２７】すなわち、基本ユニット２８とは、それ以
上分割すると同一性もしくは相似性が消失してしまう最
少の形状単位、所謂ユニットセルである。また、ピッチ
Ｐとは、図４〜図１１に示されるように、これら基本ユ
ニット２８の配列によって作られる基本周期の内、最小
の長さとして定められる。

【００２８】本発明の効果を最も有効に得るためには、
上述したような基本ユニット２８を配列した態様の光反
射シート２７が最も好適であるが、従来から通常用いら
れてきた、白色や銀色の平面状シートであっても、本発
明の効果を得ることは可能である。

【００２９】更に、導光体２１には凹凸部２９からなる
光取り出し機構２９０が設けられている。この光取り出
し機構２９０は、導光体２１に入射した光線を選択的に
光反射シート２７の側に出射させるように工夫が施さ
れ、照明光線を集中的に、一旦、光反射シート２７の側
に出射させる構造とされている。そのため、凹凸部２９
の側面部や底面部は出来る限り平滑な面とされ、不要な
光散乱によって出射光線の選択性が影響を受けることが
ないような構造とされている。

【００３０】すなわち、光取り出し機構２９０として導
光体２１に設けられる凹凸部２９は方向選択性を有する
光出射素子として機能するものであり、従来型の面光源
装置に見られる粗面パターンやインキ印刷パターンによ
る単純な光散乱によって光を取り出す態様とは本質的に
異なるものである。

【００３１】より具体的には、出射方向の選択性を示す
指標（出射方向選択率）を用いて定義した、光反射シー
ト２７方向に照明光線が選択的に出射する割合が、好ま
しくは７０〜１００％、より好ましくは７５〜１００
％、さらに好ましくは８０〜１００％とされ、照明光線
が光反射シート２７による光学作用を十分に受けるよ
う、選択的に光反射シート２７の側に出射する構造とさ
れるのである。

【００３２】ここで、出射方向選択率とは上述の如く、
光反射シートの方向へ選択的に照明光線を出射する能力
を数値化して表した値であり、出射方向選択率の測定方
法は次の通りである。先ず、図１２に示されるように光
反射シート２７の代わりに植毛紙等のほぼ完全に光を吸
収する黒色のシート３０を配設し、導光体２１を通常の
向きにセットして光源２２の配設される側端部２１ａに
直角に交わり且つ法線２３に平行な仮想の平面内におけ
る任意の方向１０１への出射角度分布を輝度計を用いて
測定する。

【００３３】そして、この時に得られた出射角度に対す
る輝度変化を示すグラフの積分値（図１３（ａ）に斜線
で示される部分の面積）をＬａとする。次に、導光体２
１を通常の向きとは裏返しに（本来、発光面２１ｂとな
るべき面が黒色シート３０の側に来る向き）にセットし
て、同様に、方向１０１への出射角度分布を同様に輝度
計を用いて測定する。

【００３４】この時に得られた出射角度に対する輝度変
化を示すグラフの積分値Ｌｂ（図１３（ｂ）に斜線で示
される部分の面積）を求め、これらから算出されるＬｂ
／（Ｌａ＋Ｌｂ）×１００．０（％）の値が前述の出射
方向選択率（光反射シート方向へ選択的に光線を出射す
る割合）となるのである。なお、本発明においては出射
方向選択率は発光面２１ｂの中心付近で測定されるもの
とする。

【００３５】このようにして得られた出射方向選択率の
値が、前述したように好ましくは７０〜１００％、より
好ましくは７５〜１００％、さらに好ましくは８０〜１
００％とされ、光反射シート２７の方向へ選択的に照明
光線を出射することによって、光反射シート２７表面に
設けられた基本ユニット２８の効果を有効に活用するこ
とが可能となるため、光学的集光作用や光学的変角作用
を果たし、好ましい光学特性を得ることが出来るのであ
る。

【００３６】ここで、より具体的に本発明の面光源装置
２０における光取り出し機構２９０を構成する凹凸部２
９の断面形状について説明すると、導光体２１に設けら
れる光取り出し機構２９０をより出射方向の制御性に優
れたものとするためには、光取り出し機構２９０を構成
する凹凸部２９の表面が出来る限り平滑な表面とされて
いる必要があることは前述した通りである。

【００３７】すなわち、光取り出し機構である凹凸部２
９の表面が粗面となっている場合には、図１４（ａ）に
示されるように、この粗面部によって誘起される光散乱
が発生し、光束の指向性が定められなくなってしまう。
しかし、凹凸部２９の表面が平滑な面であれば、図１４
（ｂ）に示されるように幾何光学的にしたがって一定方
向のみに選択的に出射させることができるようになるた
めである。

【００３８】更に、光を効率よく一定方向に取り出すた
めには凹凸部２９の深さ（ｈ）は、図１５で定義される
凹凸部２９の最小開口幅（Ｗｍｉｎ）に対して可能な限
り大きくされていることが好ましく、加工性を加味して
考えれば、具体的にはｈ／Ｗｍｉｎの値が０．５〜２．
５の範囲、より好ましくは０．６〜１．５の範囲、さら
に好ましくは０．７〜１．３の範囲とされることが好適
である。ここで、凹凸部２９の深さｈとは、図１４
（ｂ）、図１５（ａ）及び図１６に示されるように凹凸
部２９が形成された導光体２１の表面を基準として測定
した凹凸部２９の高さを意味し、最小開口幅（Ｗｍｉ
ｎ）とは、図１５（ｂ）に示されるように凹凸部２９を
上部からみた形状での最小幅を意味する。

【００３９】加えて、図１６に示されるように導光体２
１中の照明光線が主として伝搬する方向３１への断面で
見た有効開口幅（Ｗｅｆｆ）に対して深さ（ｈ）の比が
より大きいほど、一定方向に照明光線を出射させ易くな
るのであり、成型性を悪化させない程度にこれらで定義
される比率（ｈ／Ｗｅｆｆ）も大きな値とされているこ
とが好ましい。具体的には０．５〜２．５の範囲、より
好ましくは０．６〜１．５の範囲、さらに好ましくは
０．７〜１．３の範囲とされるのが好適である。

【００４０】ここで、有効開口幅（Ｗｅｆｆ）とは、図
１６に示されるように、導光体２１の厚さ方向への断面
で見て、光源が配設された側端部に垂直な方向３１に対
する突起の有する幅として定義される。このように、平
滑な表面を有し、開口幅に対して相対的に深い（高い）
凹凸部２９を形成することによって、照明光を選択的に
光反射シート２７の側に導いているが、本発明において
は集光性を更に高めるために、図１７（ａ）〜図１７
（ｃ）及び図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示されるよう
に導光体２１の発光面２１ｂ直上から見た該凹凸部２９
の形状が光の主たる進行方向に凸状とされている。

【００４１】すなわち、このような形状を選択すること
によってレンズ効果が発生し、導光体２１から出射する
光束をそもそも集光された状態とすることが出来るた
め、傾斜した光反面アレーを有する光反射シート２７と
組み合わせれば、正面方向への輝度を高めることが可能
となるのである。

【００４２】この効果について、導光体２１内を発光面
２１ｂ直上から見下ろした図１９を参照して説明する
と、代表的な光源である蛍光管から出射する光束の出射
角度分布は図１９（ａ）に符号３２で示されるように方
向によって光の強度があまり変化しない等方的な分布を
有している。しかしながら、導光体２１の光入射面２１
ａから導光体２１内に入射した光束はスネルの法則によ
って符号３３で示されるように角度分布が絞り込まれた
状態となる。

【００４３】この時に、従来型の図１９（ａ）に見られ
るような形状の光取り出し機構１４では出射する光束
は、符号１５で示されるように、再び出射角度分布が拡
大した光束となってしまうため、これを光反射シート２
７に設けられた傾斜面２８ａによって正面方向に向けた
としても、集光性を十分に確保することが出来ないので
ある。

【００４４】これに対して、本発明においては凹凸部２
９からなる光取り出し機構２９０を発光面２１ｂ直上か
ら見下ろした形状は、実質的に光の取り出しに寄与する
部分が導光体２１の光入射面２１ａに対して凸状となっ
ているため、図１９（ｂ）に示されるように光が導光体
２１から出射する際にレンズ効果が生じるため、導光体
２１から出射する光束２５が集光性の高い状態となり、
これによって光反射シート２７を介して出射光束を正面
方向に向けると、正面方向に高い輝度を有する光束を出
射させることができるようになるのである。

【００４５】ここで、特に好ましくは、凹凸部２９から
なる光取り出し機構２９０は、図１又は図２に示される
如く、導光体２１の発光面２１ｂと対向する面側に設け
られた、平滑な面からなる凸状突起２９Ａであり、且つ
この凸状突起２９Ａを発光面２１ｂ直上から見下ろした
時の形状は、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に示されるよ
うに三角形、四辺形、及び楕円形のいずれかよりなるド
ットパターンとされる。

【００４６】また、凸状突起２９Ａの突起量（突起の高
さ）として好ましくは２〜３００μｍ、より好ましくは
５〜２００μｍ、さらに好ましくは１０〜１００μｍで
あり、さらにはモアレ等の干渉現象による好ましくない
ムラを抑えるため、ランダムに凸状突起２９Ａが配置し
た態様が好適に用いられる。

【００４７】また、本発明においては、有効開口幅（Ｗ
ｅｆｆ）に対して高さの高い凸状突起２９Ａを用いて、
図１４（ｂ）に見られるように凸状突起２９Ａの側面か
ら導光体２１内を伝搬する光束を一定方向に取り出して
いるため、平滑な面からなる凸状突起２９Ａの断面形状
は、図１４（ｃ）に示されるような形状、すなわち凸状
突起２９Ａにおける光源側角部をカットして導光体２１
内を伝搬する光束に沿った斜面３４を形成した形状であ
っても構わない。

【００４８】本発明において用いられる光反射シート２
７は、屈曲性を有した厚み５０〜１０００μｍ、好まし
くは７０〜５００μｍ、特に好ましくは１００〜２５０
μｍ程度の基材が好ましいが、厚み等の形態は応用対象
によって適宜選択され、必ずしもこれに限定されるもの
ではない。また、導光体２１を収納する面光源装置２０
のフレーム部分に一体的に成型を行うことによって光反
射シート２７の効果を得ることも可能である。

【００４９】また、光反射シート２７に設けられる光反
射面２８ａの反射率は、高効率化の観点から、言うまで
もなく高反射率であることが望ましく、好ましくは反射
率７０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好まし
くは８５％以上とされる。ここで、本発明において反射
率７０％以上とは、表示用途に用いられることから、可
視光線スペクトル領域において前述の反射率が達成され
ることを意味することは言うまでもない。すなわち、Ｊ
ＩＳ−Ｚ８１２０に定められる如く、可視光線スペクト
ル領域において入射光束エネルギーに対する反射光束エ
ネルギーの比が前記の値となるのである。

【００５０】また、本発明において、光反射シート２７
で色調が変化することは避けるべきであり、可視光線ス
ペクトルの範囲において出来る限りフラットな反射特性
を有することが好ましい。したがって、可視スペクトル
のほぼ中心に位置する５５０ｎｍにおける分光反射率の
値を用いて反射率とし、好ましい値の範囲を規定するこ
ともできる。

【００５１】加えて、上記の反射率は反射を実質的に起
こす傾斜面の表面に位置する材質の反射率を意味するの
であり、具体的には傾斜面の表面部に銀やアルミニウム
に代表されるように、高い反射率を有し、色調変化が少
ない材質が設けられることが好ましい。また、反射面の
上に透明なコート層等を設ける場合があるが、ここで言
う反射率はコート層等のない、金属材質等の反射に実質
的に寄与する材質自体の表面の反射率を意味するのであ
る。

【００５２】また、本発明の好適な態様において用いら
れる、傾斜面２８ａからなる基本ユニット２８の配列が
画面上で認識できなくなるようにするため、ほぼ同一及
び／又はほぼ相似形の基本ユニット２８の配列ピッチＰ
はできる限り微細化されていることが重要であり、具体
的には５０００μｍ以下、好ましくは１０００μｍ以
下、より好ましくは５００μｍ以下とされる。

【００５３】光反射シート２７の表面に設けられる反射
率７０％以上の傾斜した光反射面２８ａからなるほぼ同
一及び／又はほぼ相似形の基本ユニット２８として、代
表的には図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように基
本ユニット２８が断面鋸歯状とされるか、或いは図５
（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように基本ユニット２
８が山形状とされ、ピッチ３０００μｍ以下、好ましく
は８００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下で、
光反射シート２７を上方から見た際に尾根線２８ｂが平
行に配列した、平行直線状で且つ平坦な傾斜光反射面２
８ａからなる基本ユニット２８の配列が用いられている
態様が挙げられる。

【００５４】これは、図４（ａ）及び図５（ｂ）や図５
（ａ）及び図５（ｂ）に示されるように傾斜した平坦な
光反射面２８ａの尾根線２８ｂがほぼ平行配列した態様
では、ダイヤモンドバイトやエンドミルを用いた切削加
工が適用し易いため、賦形のための金型製作が容易であ
り、微細化が行い易く、量産性も極めて高いためであ
る。

【００５５】このような平行直線状で且つ平坦な傾斜光
反射面２８ａが多数配列した光反射シート２７を用いる
ことで、前述の凹凸部２９からなる光取り出し機構２９
０の効果によって、光反射シート２７の側に集中的に導
光体２１から出射する照明光線が、平行直線状で且つ平
坦な傾斜光反射面２８ａの効果によって導光体２１の法
線２３方向に反射され、尚かつ光学的干渉を生じること
なく、しかも導光体２１に設けられた凹凸部の形状は出
射する照明光線を集光する。

【００５６】本実施形態に係る面光源装置２０は、この
ような構造とされているため、非常に簡素な構成である
にもかかわらず、極めて品質の高い照明光線を得ること
ができるのである。また、導光体２１の発光面２１ｂ
を、図２に示される実施形態のように三角プリズムアレ
ー２４等の集光素子が形成された面とすることで、さら
に集光性を高めることができることは言うまでもない。

【００５７】図２０に示されるように、ほぼ同―及び／
又はほぼ相似形の基本ユニット２８に用いられる傾斜し
た光反射面２８ａの傾斜角度αとして好適な範囲は、用
いる光取り出し機構２９０の形態によって様々であり、
導光体２１からの出射光線の方向を発光面２１ｂの法線
２３方向に変換するという観点で、適宜決められるべき
ものである。

【００５８】例えば、本発明において好適に用いられる
平滑面からなる凸状突起２９Ａを光取り出し機構２９０
とする態様では、傾斜した光反射面２８ａの傾斜角度α
が好ましくは７度〜５０度の範囲、より好ましくは１０
度〜４０度の範囲、さらに好ましくは１５度〜３４度の
範囲が好適に用いられる。

【００５９】また、各基本ユニット２８を構成する傾斜
した光反射面２８ａの断面は、図６及び図７に示される
ように凹状となっていることが集光性の観点からは好ま
しい。これは、本発明において好適に用いられる平行直
線状で且つ傾斜した光反射面２８ａが多数配列した態様
のみならず、図１０及び図１１に示されるように凹面鏡
状の基本ユニット２８を配列した態様等においても好適
に用いられる。

【００６０】この際にも、傾斜した光反射面２８ａの傾
斜角度αとして好適に用いられる範囲は導光体２１から
の出射光線の方向を発光面２１ｂの法線２３方向に変換
するという観点で決定されるべきであり、例えば、前述
の平滑面からなる凸状突起２９Ａを光取り出し機構２９
０とする態様では、図２０（ｂ）に示されるように凹状
断面の中心部での接線の傾斜角度αが好ましくは７度〜
５０度の範囲、より好ましくは１０度〜４０度の範囲、
さらに好ましくは１５度〜３４度の範囲とされる。

【００６１】このような断面凹状の光反射面２８ａから
なる基本ユニット２８を反射素子として光反射シート２
７に設けることによって、導光体２１に設けられた光取
り出し機構２９０から出射するブロードな拡がりを有す
る光束を、よりシャープな角度特性を持つ光束(より平
行光束に近い光束)に変換しながら、導光体２１の法線
２３方向に出射させることができるようになるのであ
り、言い換えれば、凹面鏡ミラーの集光効果によって導
光体２１からの出射光線をよりコリメートされた導光体
２１の法線２３方向に対して極めて輝度の高い出射光線
に変換することができるのである。

【００６２】従って、従来型の面光源装置では、プリズ
ムアレー等の製造が困難で高価な部材を用いて実現して
いた集光効果を、このような部材を用いずとも実現可能
になるのであり、ほぼ同等な光学特性を保ちながら、面
光源装置を極めて簡略化された構成にすることができる
ようになり、組立て工程数の低減、歩留まりの向上、ゴ
ミ混入確率の低減、低コスト化等、実用的な面光源装置
として極めて多くの利点を付与することができるように
なるのである。

【００６３】本発明において光反射シート２７に用いら
れる反射材質については特に限定されるものではない
が、銀もしくはアルミニウムを表面にコーテイングして
光反射面２８ａを形成するのが製造の容易性から最も好
適である。光反射率の面では銀を用いることが好まし
く、製造の容易性や低コストの面からはアルミニウムを
用いることが好ましい。また、これらの光反射性金属物
質のコーティングには真空蒸着、スパッタリング、及び
イオンプレーティング等のドライプロセスを用いて薄膜
形成する方法が代表的である。

【００６４】また、例えば銀による真空蒸着をする以前
に、傾斜した光反射面２８ａからなるほぼ同―及び／又
はほぼ相似形状の基本ユニット２８が賦形された基材シ
ート表面をサンドブラスト加工する等して、マット処理
を施すこともできる。このように処理することで、正反
射性の光反射面に適度の光拡散性を持たせることができ
るようになり、出射光線の角度分布特性の拡大、照明光
線のぎらつき抑制、或いは液晶セルのゲートアレーとの
干渉に由来するモアレ模様の発生防止等の効果を得るこ
とが可能となる。

【００６５】また、銀反射層等の光沢性金属表面は非常
に傷つき易く、また酸化劣化等も発生しやすい状態にあ
るため、表面には保護層として紫外線硬化性アクリル樹
脂塗料を塗布する等して傷つき等による光学特性の悪化
を防止するのが好ましい。さらには、この保護層として
ガラスビーズ等に代表される光透過性ビーズのコーティ
ング層を設けることによって前述の傾斜した光反射面２
８ａからなるほぼ同―及び／又はほぼ相似形状の基本ユ
ニット２８にマット処理を施したのと同―の効果を得る
こともできるようになる。

【００６６】加えてこの透明コート層(保護層)に光学薄
膜としての機能を持たせ、入射光線の制御性をさらに高
度化することもできる。例えば、λ／４板、λ／２板等
の光学薄膜を設けることもできるし、これらの光学薄膜
をさらに積層することによってビームスプリッター機能
や偏光変換機能等の入射光線の偏光状態を制御する機能
をも有した光反射シートを得ることも可能である。

【００６７】また、光反射層はなにも正反射性の金属材
質による光反射層のみに制限されるものではなく、例え
ばチタニア等の白色顔料を混練したポリエステル樹脂に
よる拡散反射性の光反射層を用いることもできる。この
場合には入射光線は拡散反射性の光反射面によって色々
な方向に散乱されるため、反射光の指向性を拡大するこ
とが可能となり、照明光線の視野角度特性をＡｇ薄膜等
の正反射性光反射面を用いた場合よりもさらに拡大する
ことが可能となるのである。

【００６８】拡散反射層の形成法としてはこの他にも、
発泡性ポリエステル樹脂、発泡性ポリオレフイン樹脂、
発泡性ＡＢＳ樹脂等から拡散反射性の光反射層を得る態
様、基材表面に白色顔料からなる塗料をコーテイングす
る態様等が挙げられる。本発明の好ましい態様において
は、光反射シート２７は樹脂材料によって形成される。
特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、又は環状ポリオレフイン系樹脂が好適に
用いられ、凹状光反射面アレーの形成には熱プレス成形
による賦形、もしくは光硬化性樹脂による賦形が好適に
用いられる。

【００６９】本発明において、液晶ディスプレイ装置と
は液晶分子の電気光学効果、即ち光学異方性（屈折率異
方性）、配向性等を利用し、任意の表示単位に電界印加
或いは通電して液晶の配向状態を変化させ、光線透過率
や反射率を変えることで駆動する、光シャッタの配列体
である液晶セルを用いて表示を行うものをいう。

【００７０】具体的には、透過型単純マトリクス駆動ス
ーパーツイステッドネマチックモード、透過型アクティ
ブマトリクス駆動ツイステッドネマチックモード、透過
型アクティブマトリクス駆動インプレーンスイッチング
モード、透過型アクティブマトリクス駆動マルチドメイ
ンヴァーチカルアラインドモード等の液晶表示素子が挙
げられる。

【００７１】本発明により、液晶ディスプレイ等の背面
照明手段として良く用いられるサイドライト型面光源装
置に関して、従来以上の高い集光特性を賦与することが
可能な導光体を提供することができる。特に、傾斜した
光反射面からなる基本ユニットが配列した光反射シート
を用いる、上記の様な極めて構造がシンプルな光学系に
関して、従来以上の高い集光性を有する面光源装置を提
供することができる。

【００７２】

【実施例】以下、本発明を実施例により、さらに詳細に
説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下
の実施例に限定されるものではない。 (実施例1)導光体２１として３２４．６×２４５．０ｍ
ｍ、厚みが４．０ｍｍなる平板状の導光体を作成した。
材料には環状ポリオレフィン系樹脂（日本ゼオン製、ゼ
オノア１０６０Ｒ）を使用し、２つの長辺部に管径２．
４ｍｍの冷陰極管（ハリソン東芝ライティング製）から
なる線状光源２２を配設し、さらに該冷陰極管の周囲を
Ａｇ蒸着層を光反射面とするリフレクター板（三井化学
製シルバーリフレクタープレート）にて覆い、導光体２
１の側端部（光入射面）２１ｂに効率良く、線状光源２
２からの出射光線が入射するようにした。

【００７３】導光体２１の発光面２１ｂと対向する面２
１ｃには、線状光源２２から離れるにしたがってサイズ
が徐々に大きくなる、平滑な面からなる菱形状（四辺の
長さは同一）の微細な凹凸部２９として凸状突起２９Ａ
をパターニングした。図１５及び図１７（ｃ）に示され
るように、凸状突起２９Ａの深さｈは８０．０μｍと
し、菱形凸状突起２９Ａの対角線の長さは１１３．０μ
ｍ〜１７１．０μｍの範囲で変化するパターンとされて
いる。また、凸状突起２９Ａの配置は、図１７（ｃ）に
示される如く凸状突起２９Ａ同士が相互に接触しない程
度にランダムに分布された態様とされ、凸状突起２９Ａ
の規則的な配置によって生じる、外観的に好ましくない
光学的な干渉現象が生じないように工夫されている。

【００７４】ここで、平滑面からなる凸状突起２９Ａの
形成に用いる金型は、図２１（ａ）に示されるように厚
さ１００μｍなるドライフィルムレジスト３５を鏡面研
磨した銅基板３６上にラミネートしてその上にフォトマ
スク３７を配置し、平行光源によるフォトリソグラフィ
ーによって凹部を形成すべき部分に図２１（ｂ）に示さ
れるようにドライフィルムレジスト３５を残存させ、次
いでドライフィルムレジスト３５によるパターニングを
施した銅基板３６上に金属メッキ層３８としてＮｉを所
定の膜厚となるように電着させた。

【００７５】その後にドライフィルムレジスト３６を剥
離して凹部（凸状突起形成予定部）３９を形成した金型
４０を作成した。このようにして得た平滑面からなる凹
部３９が多数形成された金型４０を用いて、射出成型機
(東芝機械製)を用いて定法の射出成型を行い、上記の様
な平滑な凸状突起２９Ａが形成された導光体２１を成型
した。

【００７６】導光体２１の出射方向選択率を測定するた
め、図１２に示される如く、光反射シート２７が本来配
設される位置に光反射率１％以下なる黒色の植毛紙から
なるシート３０を配設し、導光体２１の光入射面（光源
２２の配設される側端部２１ａ）に直角に交わり且つ法
線２３に平行な仮想の面内における任意の方向１０１へ
の出射角度分布を輝度計（トプコム製ＢＭ−７）を用い
て測定した。

【００７７】次に、導光体２１を前記とは逆の向きに
（本来、発光面２１ｂとなるべき面が黒色シート３０の
側に来る向きに）セットして、同様に中心位置で光源２
２の配設される側端部２１ａに直角に交わり且つ法線２
３に平行な仮想の面内における任意の方向１０１への出
射角度分布を測定し、これらの測定曲線に関しそれぞれ
の０度〜１８０度までの積分値を求め、前述したＬａ、
Ｌｂ値を算出し、これにより発光面の中心位置での出射
方向選択率Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）を求めた結果、８１．
５％が得られ、光反射シート２７の側へ集中的に照明光
線が出射する光学系が得られていることが確認された。

【００７８】光反射シート２７としては、図５に示され
る形状で且つ尾根線２８ｂが略平行に配列した直線状で
断面鋸歯状の光反射面２８ａを基本ユニット２８とする
光反射シート２７が用いられた。ピッチＰは５０μｍと
され、光反射層にはアルミニウムの蒸着層が用いられ、
このアルミニウム蒸着層表面にはシリカがスパッタリン
グによってコーテイングされている。

【００７９】光反射面２８ａの傾斜角度αは３３度とさ
れ、導光体２１から光反射シート２７の側に選択的に出
射する光線が、光反射シート２７の作用によって方向変
換され、上記菱形の平滑な突起から出射した集光性の高
い照明光線を正面方向（導光体の発光面に垂直な方向）
に出射する光学系を得た。

【００８０】インバーター（ハリソン東芝ライティング
製）を介して冷陰極管光源２２を高周波点灯し、面光源
装置を得た。発光面２１ｂを詳細に見ても、光学的な干
渉に由来するモアレ縞やニュートンリングは全く発生せ
ず、光反射シート２７が多少撓んでも輝度ムラとして感
知することはできない程度であったため、実用上十分な
外観品質を有していた。

【００８１】管電流を５ｍＡとし、輝度測定装置（トプ
コム製、ＢＭ−７）を用いて面内２５点の平均輝度を測
定した結果、平均輝度２２４０ｎｉｔが得られ、輝度性
能及び輝度ムラとも、液晶ディスプレイパネルのバック
ライト光源として実用に十分な光学特性であることが確
認された。

【００８２】また、照明光線の特性は、水平方向及び垂
直方向共に十分に集光が果たされているため、特に高い
正面輝度が要求される液晶ディスプレイ装置のバックラ
イトとして極めて好適な特性を有していた。加えて、通
常配設されるプリズムシートを用いていないため、シー
ト間へのゴミの混入等による不良も極めて発生しづら
く、組立て性が高く、歩留まりも極めて良好であった。

【００８３】さらに、従来型の面光源装置で発生してい
た光源近傍に現れる輝線の発生も少なく、画像品質に極
めて優れたものであり、尚かつ、平滑面からなる凸状突
起２９Ａによる光取り出し機構２９０の配置パターンは
容易に修正可能であったため、外観の調整も短期間に成
し遂げることが出来るため実用性に優れていた。

【００８４】（比較例）実施例記載の導光体２１と同一
の外形を有する導光体を用い、平滑面からなる凸状突起
の形状を、図１９（ａ）に示されるように長方形とした
ことの他は実施例と同一の条件にて面光源装置を作成し
た。

【００８５】実施例１と同一の方法で測定した出射方向
選択率は８３％となり、光反射シートの方向へ集中的に
光束が出射する導光体が得られたが、面内２５点の平均
輝度は１８７９ｎｉｔに留まり、実施例に較べて光学的
効率が劣っていた。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の面光源装
置によれば、光取り出し機構を構成する凹凸部の実質的
に光の取り出しに寄与する部分における発光面直上から
見下ろした形状を導光体の光入射面に対して凸状となる
ように構成したことによって、前述した優れた光学特性
を備え、構造が簡単で且つ組立て性に優れた安価な面光
源装置を得ることができ、特に、本発明にかかる光学系
では問題となり易い、光学的な干渉現象に由来する縞状
のムラを除去することが可能となり、大型液晶ディスプ
レイ装置のバックライトとして用いるに十分な光学特性
を賦与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る面光源装置の主要部
を概略的に示す斜視図である。

【図２】本発明の他の実施形態に係る面光源装置の主要
部を概略的に示す斜視図である。

【図３】本発明の面光源装置において導光体の側端部に
配設される光源の別の構成例を概略的に示す平面図であ
る。

【図４】本発明の面光源装置に用いられる光反射シート
であって、尾根線が平行に配列した、平行直線状で且つ
傾斜した平坦な光反射面からなる基本ユニットが多数表
面に形成された光反射シートの部分的な平面図及び４ｂ
−４ｂ線で切断して示す断面図である。

【図５】本発明の面光源装置に用いられる光反射シート
であって、尾根線が平行に配列した、平行直線状で且つ
凹状の傾斜光反射面からなる基本ユニットが多数表面に
形成された他の態様の光反射シートの部分的な平面図及
び５ｂ−５ｂ線で切断して示す断面図である。

【図６】本発明の面光源装置に用いられる光反射シート
であって、尾根線が平行に配列した、平行直線状で且つ
凹状の光反射面からなる基本ユニットが多数表面に形成
された更に他の態様の光反射シートの部分的な平面図及
び６ｂ−６ｂ線で切断して示す断面図である。

【図７】本発明の面光源装置に用いられる光反射シート
であって、尾根線が平行に配列した、平行直線状で且つ
凹状の光反射面からなる基本ユニットが多数表面に形成
された更に他の態様の光反射シートの部分的な平面図及
び７ｂ−７ｂ線で切断して示す断面図である。

【図８】本発明の面光源装置に用いられる光反射シート
であって、凹状の光反射面からなる基本ユニットが多数
表面に形成された更に他の態様の光反射シートの部分的
な平面図及び８ｂ−８ｂ線で切断して示す断面図であ
る。

【図９】本発明の面光源装置に用いられる光反射シート
であって、凹状の光反射面からなる基本ユニットが多数
表面に形成された更に他の態様の光反射シートの部分的
な平面図及び９ｂ−９ｂ線で切断して示す断面図であ
る。

【図１０】本発明の面光源装置に用いられる光反射シー
トであって、凹面鏡状の光反射面からなる基本ユニット
が多数表面に形成された他の態様の光反射シートの部分
的な平面図及び１０ｂ−１０ｂ線で切断して示す断面図
である。

【図１１】本発明の面光源装置に用いられる光反射シー
トであって、凹面鏡状の光反射面からなる基本ユニット
が多数表面に形成された他の態様の光反射シートの部分
的な平面図及び１１ｂ−１１ｂ線で切断して示す断面図
である。

【図１２】本発明における導光体の光束の方向選択性の
測定法を示す構成説明図である。

【図１３】図１２に示される測定法で本発明における導
光体の光束の方向選択性を測定した際に、光源の配設さ
れる側端部に対向する方向への出射角度分布を示す導光
体の特性図である。

【図１４】本発明の面光源装置において導光体に設けら
れた光取り出し機構を構成する凹凸部としての凸状突起
からの光の出射状態を示す構成説明図である。

【図１５】本発明の面光源装置において導光体に設けら
れた光取り出し機構を構成する凹凸部としての凸状突起
についての深さｈと最小開口幅（Ｗｍｉｎ）の定義を示
す斜視図である。

【図１６】本発明の面光源装置において導光体に設けら
れた光取り出し機構を構成する凹凸部としての凸状突起
についての深さｈと有効開口幅（Ｗｅｆｆ）の定義を示
す斜視図である。

【図１７】本発明の面光源装置において導光体の発光面
とは反対側の面に形成された多数の凸状突起からなる光
取り出し機構の一態様を概略的に示す平面図である。

【図１８】本発明の面光源装置において導光体の発光面
とは反対側の面に形成された多数の凸状突起からなる光
取り出し機構の他の態様を概略的に示す平面図である。

【図１９】光源から出た光束の広がり、導光体に入射し
た光束の状態及び導光体の発光面とは反対側の面に形成
された多数の凸状突起からなる光取り出し機構から出射
した光束の状態を模式的に示す概略的な構成説明図であ
る。

【図２０】図４に示される光反射シートに形成された基
本ユニットの傾斜した平坦な光反射面を部分的に拡大
し、光反射面の傾斜角度を示す断面図、及び図６に示さ
れる光反射シートに形成された基本ユニットの凹状の光
反射面を部分的に拡大し、光反射面の傾斜角度を示す断
面図である。

【図２１】本発明の光反射シートを製造する金型の製造
工程を概略的に示す構成説明図である。

【図２２】従来の面光源装置の２つの例を概略的に示す
断面図である。

【図２３】本発明者が以前に提案した面光源装置一例に
ついてその主要部を概略的に示す断面図である。

【図２４】図２３に示される面光源装置において導光体
に設けられた光取り出し機構としての凸状突起について
その深さと幅の関係を示す概略的な構成説明図である。

【符号の説明】

２０面光源装置２１導光体２１ａ光入射面２１ｂ発光面２１ｃ発光面とは反対側の面２２光源２３発光面についての法線２４三角プリズムアレー２５光束２６リフレクター２７光反射シート２８基本ユニット２８ａ傾斜した光反射面２８ｂ尾根線２９凹凸部２９Ａ凸状突起３０黒色のシート３１方向を示す矢印３２光束３３光束３４凸状突起の斜面３５ドライフィルムレジスト３６金属基板３７フォトマスク３８金属メッキ層３９凹部（凸状突起形成予定部）４０金型

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｇ０２Ｂ 5/08 Ｇ０２Ｂ 5/08 Ｂ 5/10 5/10 ＡＧ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 103:00 103:00 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H042 BA03 BA20 DB08 DD01 DD10 DE04 2H091 FA16Z FA23Z FA41Z LA17 LA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つの側端部を光入射面と
し、且つ一表面を発光面とする導光体において、前記導光体には前記発光面と反対側に光を多く出射する
凹凸部からなる光取り出し機構が設けられ、前記発光面
の直上から見た前記光取り出し機構を構成する前記凹凸
部の形状が、光の主たる進行方向に凸形状とされている
ことを特徴とする導光体。
【請求項２】前記導光体の前記発光面の中心付近にお
ける出射方向選択率は７０％〜１００％であることを特
徴とする請求項１に記載の導光体。
【請求項３】前記光取り出し機構は、前記導光体の前
記発光面と対向する面側に設けられ、突起量は２μｍ〜
３００μｍの凸状突起とされ、且つ前記発光面直上から
見た前記凸状突起の形状は三角形、四角形又は楕円形の
いずれかであることを特徴とする請求項２に記載の導光
体。
【請求項４】前記光取り出し機構を構成する前記凹凸
部が、前記発光面直上から見て不規則に分布しているこ
とを特徴とする請求項２又は３に記載の導光体。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の導光体
と、前記導光体の側端部に配設された光源と、前記導光
体の前記発光面と対向する面側に配置された光反射シー
トとを含み、前記光反射シートの表面には傾斜した光反射面からなる
ほぼ同一及び／又はほぼ相似形の基本ユニットがピッチ
５０００μｍ以下にて多数配列されていることを特徴と
する面光源装置。
【請求項６】前記光反射シートに設けられる前記基本
ユニットは、断面が山形とされ、且つ前記山形部の尾根
線は隣接した前記基本ユニット同士の間でほぼ並列に配
列されていることを特徴とする請求項５に記載の面光源
装置。
【請求項７】前記光反射シートに設けられる前記基本
ユニットは、前記光反射面の断面形状が凹状であること
を特徴とする請求項６に記載の面光源装置。
【請求項８】請求項５〜７のいずれかに記載の面光源
装置がバックライト光学系に用いられた液晶ディスプレ
イ装置。