JP2003132720A

JP2003132720A - 面光源装置

Info

Publication number: JP2003132720A
Application number: JP2001325204A
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: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】少数の点状一次光源の使用に伴う輝度均斉度
の不均一を出射光の進行方向分布を劣化させることなく
解消し、高品位の面光源装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ２と、光入射端面４１及び光出射
面４３を有する板状の導光体４と、その光出射面に隣接
配置されている光偏向素子６とを有する。光偏向素子６
は第１及び第２の光偏向シート６Ａ，６Ｂを含んでお
り、導光体の近くに位置する第１の光偏向シート６Ａの
入光面６Ａ１には導光体光入射端面４１と略平行な方向
に延びた複数の第１のレンズ列が形成されており、この
レンズ列は頂角が５０〜８０°の略三角形の断面形状を
なす。第２の光偏向シート６Ｂの入光面６Ｂ１には導光
体光入射端面４１と略直交する方向に延びた複数の第２
のレンズ列が形成されており、このレンズ列の形成され
た面の平均傾斜角は５〜４０°である。導光体４の裏面
に対向して光反射素子８が配置されている

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点状の一次光源を用いた比較的小型
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】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、点状光源である発光ダイオ
ード（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７−２
７０６２４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。

【０００４】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（すなわち、輝度均斉度の不均一）をもたらす。

【０００５】導光体の光出射面上にプリズムシートを配
置し、該プリズムシートの入光面側（すなわち導光体の
光出射面と対向する側）の面にプリズム列を形成するこ
とで、面光源装置からの出射光を進行方向の分布におい
て所定の方向範囲に集中させて、低消費電力で輝度の向
上を図ることが知られている。しかしながら、このよう
な従来のプリズムシシートを用いた面光源装置では、輝
度分布の不均一が視認されやすいという難点がある。

【０００６】これら輝度分布の不均一性の原因は、導光
体の光入射端面に配置した個々のＬＥＤから発せられる
光が指向性を持っており、さらに導光体に入射する際の
屈折作用により導光体に入射した光は広がりが比較的狭
くなるためであり、図１４に示したように、複数のＬＥ
Ｄの配列における両端のＬＥＤより外側に対応する導光
体領域に暗い部分が発生し、液晶表示装置の表示画面に
対応する有効発光領域の隅部が暗くなる。特に、消費電
力の低減を図るために、使用するＬＥＤの個数を少なく
したり、ＬＥＤを導光体に近接して設置する場合には、
暗い部分の発生が顕著になる。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
困難であった。

【０００７】本発明の目的は、以上のような面光源装置
の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用
等に伴う輝度均斉度の不均一を出射光の進行方向分布を
劣化させることなしに解消して、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、点状の一次光源と、該
一次光源に隣接して配置され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、該導光体の光出射面に隣接して配
置されている光偏向素子とを有する面光源装置であっ
て、前記光偏向素子は少なくとも１つの光偏向シートを
含んでおり、該光偏向シートは前記導光体の光出射面か
らの出射光に基づく光が入射する入光面とその反対側の
出光面とを有しており、前記光偏向シートのうちの前記
導光体の最も近くに位置する第１の光偏向シートの入光
面には前記光入射端面と略平行な方向に延びた複数のレ
ンズ列が形成されており、該レンズ列は頂角が５０〜８
０°の略三角形の断面形状をなしており、前記第１の光
偏向シートの出光面又はその他の光偏向シートの入光面
若しくは出光面には前記光入射端面と略直交する方向に
延びた複数の線状凹凸が形成されており、該線状凹凸形
成面の平均傾斜角は５〜４０°であ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、前記線状凹凸
がレンズ列からなる。本発明の一態様においては、前記
線状凹凸が高さ０．１〜２００μｍのヘアライン処理に
より形成されたものである。

【００１０】本発明の一態様においては、前記光偏向素
子は前記第１の光偏向シートとその他の第２の光偏向シ
ートとを含んでおり、該第２の光偏向シートの入光面に
前記線状凹凸が形成されている。本発明の一態様におい
ては、前記光偏向素子は前記第１の光偏向シートとその
他の第２の光偏向シートとを含んでおり、該第２の光偏
向シートの出光面に前記線状凹凸が形成されている。本
発明の一態様においては、前記第１の光偏向シートと前
記第２の光偏向シートとの密着を防止する手段を備えて
いる。本発明の一態様においては、前記密着を防止する
手段は前記第１の光偏向シートと前記第２の光偏向シー
トとの間に空隙を介在させるスペーサである。本発明の
一態様においては、前記密着を防止する手段は前記第１
の光偏向シートと前記第２の光偏向シートとの間に配置
された光拡散シートである。

【００１１】本発明の一態様においては、前記光偏向素
子は前記第１の光偏向シートからなり、前記第１の光偏
向シートの出光面に前記線状凹凸が形成されている。

【００１２】本発明の一態様においては、前記光偏向シ
ートのうちの少なくとも１つに光拡散剤が混入されてい
る。本発明の一態様においては、前記光偏向シートのう
ちの少なくとも１つの入光面又は出光面が粗面化されて
いる。

【００１３】本発明の一態様においては、前記導光体の
前記光出射面と反対側の裏面に対向して光反射素子が配
置されている。

【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ＬＥＤ２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。

【００１６】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の左側の端縁：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。
本発明においては、一次光源であるＬＥＤ等の点状光源
は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が
好ましいが、導光体４の大きさ等によって複数個を等間
隔あるいは近接して配置することもできる。

【００１７】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、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。ＬＥＤ発光面と光入射端面とは、
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。

【００１８】導光体４は、一方の主面（図では上面）が
光出射面４３とされている。この光出射面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）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方向との双方を含む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、例
えば１０〜４０°であり、出射光分布の半値幅は例えば
１０〜４０°である。

【００１９】図２に、ＬＥＤ２から発せられた光のＸＹ
面内での指向性を示す。ＬＥＤ２の発光部から発せられ
た光は、ＸＹ面内において指向性を持って（強度に角度
分布を持って）導光体４の光入射端面４１に入射する。
図２に示した場合では、ＬＥＤ２の発光の指向性がＹ方
向と略一致しているため、導光体４へ入射する際の屈折
作用を殆ど受けず、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光
のうちの最大強度光Ｌ ₀ の方向は、導光体４内において
も略Ｙ方向である。

【００２０】図１に示されているように、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は、２つの光偏向シート６Ａ，６Ｂを重畳させ
たものからなる。光偏向シート６Ａは導光体４の最も近
くに位置する第１の光偏向シートとして機能し、光偏向
シート６Ｂはその他の第２の光偏向シートとして機能す
る。これらの光偏向シートは、いずれもＸＹ面と平行に
位置する。光偏向シート６Ａの２つの主面のうちの一方
（導光体の光出射面４３側に位置する主面即ち下面）は
入光面６Ａ１とされており、他方（即ち上面）が出光面
６Ａ２とされている。同様に、光偏向シート６Ｂの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
る主面即ち下面）は入光面６Ｂ１とされており、他方
（即ち上面）が出光面６Ｂ２とされている。即ち、導光
体４の光出射面４３から出射した光は、入光面６Ａ１か
ら第１の光偏向シート６Ａに入射して出光面６Ａ２から
出射せしめられ、その出射光は入光面６Ｂ１から第２の
光偏向シート６Ｂに入射して出光面６Ｂ２から出射せし
められる。

【００２１】第１の光偏向シート６Ａの入光面６Ａ１
は、導光体光入射端面４１と略平行な方向に延び且つ互
いに平行に配列された複数の第１のレンズ列６ｘが形成
されたレンズ列形成面とされている。該第１のレンズ列
６ｘは、頂角が５０〜８０°好ましくは５０〜７０°の
略三角形の断面形状をなしている。第１のレンズ列６ｘ
は、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方
向と略直交する方向に延びており、本実施形態ではＸ方
向に延びている。第１のレンズ列６ｘ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２０〜７０
μｍの範囲である。また、第１の光偏向シート６Ａの出
光面６Ａ２は、導光体４の光出射面４３と平行な平坦面
とされている。

【００２２】第２の光偏向シート６Ｂの入光面６Ｂ１
は、導光体光入射端面４１と略直交する方向に延び且つ
互いに平行に配列された複数の線状凹凸が形成されてい
る。本実施形態においては、線状凹凸はレンズ列からな
るものとされており、入光面６Ｂ１は第２のレンズ列６
ｙが形成されたレンズ列形成面とされている。該第２の
レンズ列６ｙは、当該レンズ列の形成されている面（レ
ンズ列形成面）の平均傾斜角（第２のレンズ列６ｙの方
向と直交する方向に測定したもの）が５〜４０°好まし
くは１２〜３０°更に好ましくは１５〜２８°となるよ
うな形状に形成されている。第２のレンズ列６ｙは、導
光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向に延
びており、本実施形態ではＹ方向に延びている。また、
第２の光偏向シート６Ｂの出光面６Ｂ２は、導光体４の
光出射面４３と平行な平坦面とされている。

【００２３】本実施形態では、第１の光偏向シート６Ａ
の平坦な出光面６Ａ２上に、第２の光偏向シート６Ｂの
第２のレンズ列６ｙを有する入光面６Ｂ１を対向させて
配置しているので、これら２つの光偏向シート６Ａ，６
Ｂどうしの密着（スティッキング）が発生することはな
く、好ましい。

【００２４】図３及び図４に、光偏向素子６による光偏
向の様子を示す。これらの図は、ＹＺ面内及びＸＺ面内
での導光体４からのピーク出射光（出射光分布のピーク
に対応する光）の進行方向を示すものである。図３に示
されているように、ＹＺ面内では、導光体４の光出射面
４３から斜めに出射される光は、第１のレンズ列６ｘ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６
Ａ２の法線の方向に出射する。また、図４に示されてい
るように、ＸＺ面内では、第１の光偏向シート６Ａの出
光面６Ａ２から上方へと出射される光は、第２のレンズ
列６ｙにより屈折せしめられ出光面６Ｂ２から斜めに出
射する。

【００２５】実際の導光体出射光は、図３及び図４に示
されるようなピーク出射光のみではなく或る分布を有す
るので、光偏向素子６からの出射光は図３及び図４のピ
ーク出射光に基づく光の出射方向を含む或る分布をな
す。これにより、ＹＺ面内では第１のレンズ列６ｘの作
用により出光面６Ｂ２の法線の方向の輝度の十分な向上
を図ることができる。この作用は、第１のレンズ列６ｘ
の頂角を５０〜８０°とすることにより良好に得ること
ができる。頂角が５０°未満または８０°を越える場合
には、この作用が低下する。

【００２６】また、ＸＺ面内では第２のレンズ列６ｙの
作用により出光面６Ｂ２の法線方向を中心として適度の
角度範囲に分布を広げることができる。図５に、ＬＥＤ
２の発光部から発せられ導光体４に入射した光のＸＹ面
内での分布をＭで示す。ここでは、Ｙ方向を角度０とし
ている。このようなＸＹ面内分布を有する光が、光偏向
素子６を経ることにより、特に第２の光偏向シート６Ｂ
の第２のレンズ列６ｙの作用で、ＸＹ面内での分布を図
５にてＮで示すように、Ｍより広い分布とすることがで
きる。これにより、図６に示されているように、暗い部
分が生ずる領域の大きさを低減して、広い有効発光領域
へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度を
向上させることができる。

【００２７】以上のように、第２のレンズ列６ｙの作用
により、輝度均斉度を向上させ、Ｘ方向と平行な面にお
いて適度の角度範囲の分布を有する出射光を出射させ
て、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中し
て光出射させて輝度を向上させることができ、この作用
は第２のレンズ列６ｙのＸＺ面内での平均傾斜角を５〜
４０°好ましくは１２〜３０°更に好ましくは１５〜２
８°とすることにより良好に得ることができる。平均傾
斜角が５°未満または４０°を越える場合には、この作
用が低下する。

【００２８】図７に、上記第２のレンズ列６ｙのＸＺ断
面形状の具体例を示す。尚、図７において、第２のレン
ズ列６ｙのＸＺ断面形状は上記図１〜４とは上下逆に示
されている。（ａ）は、上記図１〜４に示されているも
のに相当し、二等辺三角形状なしている。（ｂ）は、頂
部が外方に凸の曲線とされた略二等辺三角形状をなして
いる。（ｃ）は、頂部が直線とされた略二等辺三角形状
をなしている。（ｄ）は、２つの辺がいずれも外方に凹
の曲線とされた略二等辺三角形状をなしている。（ｅ）
は、２つの辺がいずれも外方に凸の曲線とされた略二等
辺三角形状をなしている。第２のレンズ列６ｙの断面形
状は、要求される光出射特性によっては、左右非対称な
形状であってもよい。但し、第２のレンズ列の形成され
ている面（レンズ列形成面）の平均傾斜角は５〜４０°
の範囲内である。本発明においては、第２の光偏向シー
ト６Ｂに形成される線状凹凸としては、図７に示した形
状に限定されるものではなく、線状凹凸形状形成面の平
均傾斜角が５〜４０°の範囲内であれば、例えば、導光
体４の光入射端面４１と略直交する方向に延びるヘアラ
イン状の凹凸形状を有しているものでもよく、この場
合、凹凸の高さは０．１〜２００μｍであることが好ま
しく、更に好ましくは、０．１〜１００μｍ、より好ま
しくは１０〜１００μｍの範囲である。凹凸の高さをこ
の範囲とすることによって、輝度均斉度を向上させ、Ｘ
方向と平行な面において適度の角度範囲の分布を有する
出射光を出射させて、面光源装置として所要の視野範囲
内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させること
ができる。この凹凸高さが高すぎると、凹凸が視認され
やすくなる傾向にある。

【００２９】第２のレンズ列は、以上のような連続的形
状で規則的配列のものであってもよいが、不連続的（離
散的）形状及び／又は不規則的配列のものであってもよ
い。例えば、図８に示されているように、第２の光偏向
シート６Ｂの入光面６Ｂ１に、不連続的なＹ方向のレン
ズ列６ｙを形成し、更に不連続的なＸ方向のレンズ列６
ｙ’を形成することができる。図８において、レンズ列
６ｙ，６ｙ’を示す楕円形状は、その方向性を示すもの
であり、各楕円形状において長軸方向がレンズ列の方向
性を示している。このような不規則的配列の第２のレン
ズ列６ｙを用いることにより、光偏向素子６上に液晶表
示素子を配置して液晶表示装置を構成した場合における
液晶表示素子や導光体４（特にその表面にプリズム列な
どのレンズ列を形成したもの）との干渉によりモアレが
生ずるのを抑止することができる。

【００３０】なお、本発明においては、レンズ列６ｙの
方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であれ
ば、光入射端面４１と直交する方向あるいは導光体２に
入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この
ずれは、２０°以内の範囲とすることが好ましく、より
好ましくは１０°以内の範囲である。

【００３１】図１において、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の光出射面の反
対側の主面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つの側
端面（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。

【００３２】本発明の導光体４及び光偏向素子６（光偏
向シート）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。

【００３３】図９及び図１０は、それぞれ本発明による
面光源装置の別の実施形態を示す分解斜視図である。こ
れらの図において、図１〜図８におけると同様の機能を
有する部材または部分には同一の符号が付されている。

【００３４】図９の実施形態では、第２の光偏向シート
６Ｂの出光面６Ｂ２に第２のレンズ列６ｙが形成されて
いる。第２の光偏向シート６Ｂの入光面６Ｂ１は導光体
４の光出射面４３と平行な平坦面とされている。本実施
形態では、第１の光偏向シートの出光面６Ａ２と第２の
光偏向シートの入光面６Ｂ１とがいずれも平坦面とされ
ているので、これら２つの光偏向シート６Ａ，６Ｂどう
しの密着を防止する手段を設けるのが好ましい。このよ
うな密着防止手段としては、第１及び第２の光偏向シー
ト６Ａ，６Ｂの間に空隙を介在させ該光偏向シート６
Ａ，６Ｂを離隔させるように配置されるスペーサ９を用
いることができる。

【００３５】密着防止手段としては、その他、第１の光
偏向シートの出光面６Ａ２と第２の光偏向シートの入光
面６Ｂ１との間に配置される光拡散シートを用いること
ができる。更には、第１の光偏向シートの出光面６Ａ２
及び第２の光偏向シートの入光面６Ｂ１のうちの少なく
とも一方を粗面化することにより、密着防止手段として
もよい。

【００３６】これらの光拡散シートや粗面化された出光
面６Ａ２及び／又は入光面６Ｂ１は、上記図５を参照し
て説明したＸＹ面内での光の広がりにも寄与して輝度む
らを更に低減する効果を発揮する。尚、粗面化による輝
度むら低減効果は、図９の実施形態の場合に限定される
ことはなく、光偏向素子６を構成する少なくとも１つの
光偏向シートの入光面及び出光面のうちの少なくとも一
方を粗面化することで同様に得られる。また、輝度むら
低減効果は、光偏向シートのうちの少なくとも１つに光
拡散剤を混入することによっても得られる。

【００３７】図１０の実施形態では、光偏向素子６は第
１の光偏向シートのみからなり、その入光面に第１のレ
ンズ列６ｘが形成されており且つ出光面に第２のレンズ
列６ｙが形成されている。これによれば、部品点数が削
減され、装置の薄型化が可能となり、更に光偏向素子６
への異物混入の機会が低減される。

【００３８】図１１は、一次光源の配置の変形例を示す
模式図である。

【００３９】図１１（ａ）の例では、点状の一次光源と
して、導光体２の１つの端縁に隣接配置された３つのＬ
ＥＤ２ａ，２ｂ，２ｃを用いている。ＬＥＤ２ａ，２
ｂ，２ｃは、適宜の間隔をもって配置されており、それ
らからそれぞれ発せられる最大強度光Ｌ₀ の進行方向は
いずれも略Ｙ方向であり互いに平行とされている。第２
のレンズ列６ｙは、Ｙ方向に延在している。

【００４０】図１１（ｂ）の例では、点状の一次光源と
して、導光体４の１つの隅部の切欠部に形成された光入
射端面に隣接配置されたＬＥＤ２を用いている。ＬＥＤ
２から発せられる最大強度光Ｌ₀ の進行方向は、導光体
４の光入射端面に隣接する２つの端縁に対して同等の角
度をなす方向である。第２のレンズ列６ｙも、この方向
に延在している。導光体４の光入射端面は最大強度光Ｌ
₀ の方向と略直交している。

【００４１】図１１（ｃ）の例では、点状の一次光源と
して、導光体４の１つの隅部の切欠部に形成された光入
射端面に隣接し且つ互いに近接して配置された２つのＬ
ＥＤ２ｄ，２ｅを用いている。ＬＥＤ２ｄ，２ｅからそ
れぞれ発せられる最大強度光Ｌ₀ の進行方向は、導光体
４の光入射端面に隣接する２つの端縁に対して同等の角
度をなす方向であり互いに平行とされている。第２のレ
ンズ列６ｙも、この方向に延在している。導光体４の光
入射端面は最大強度光Ｌ₀ の方向と略直交している。

【００４２】本発明では、導光体４の光出射機構として
は、上記の粗面の他に、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、導光体４
に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交す
る方向（Ｘ方向）に延び、互いに平行に形成したものを
用いることができる。なお、この場合のレンズ列は直線
状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のもので
あってもよい。この目的で使用されるプリズム列は、配
列ピッチが好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましく
は１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの
範囲であり、頂角が好ましくは１３０〜１７９°、より
好ましくは１４０〜１７９°の範囲である。

【００４３】光出射機構としての粗面やレンズ列形成面
は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θ
ａが０．５〜２５°の範囲のものとすることが、光出射
面４３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。

【００４４】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。

【００４５】本発明においては、導光体４の光出射機構
の形成された光出射面４３と反対側の主面（図では下
面：裏面）を、図１２に示されているように、レンズ列
形成面４４とすることができる。該レンズ列形成面４４
は、Ｙ方向に延び且つ互いに平行に配列された多数のレ
ンズ列４４ａを有する（図１２では各レンズ列４４ａの
稜線が示されている）。このようなレンズ列は、上記図
５を参照して説明したＸＹ面内での光の広がりにも寄与
して輝度むらを更に低減する効果を発揮する。

【００４６】レンズ列４４ａは、平均傾斜角が８〜６０
°であることが好ましい。これは、平均傾斜角をこの範
囲とすることによって導光体４内に入射した光の分布を
広げることができ、導光体４からの出射光の輝度分布の
均一性の向上を図ることができるためである。この平均
傾斜角は、１２〜５゜の範囲とすることがより好まし
く、さらに好ましくは１５〜３５゜の範囲である。

【００４７】レンズ列４４ａの配列ピッチＰ１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。なお、レンズ列４４ａのピッチは、上記
範囲内であれば全てのレンズ列４４ａで同一でもよい
し、部分的に異なるものでもよいし、徐々に変化してい
てもよい。

【００４８】図１３に、上記レンズ列４４ａのＸＺ断面
形状の具体例を示す。（ａ）は、二等辺三角形状なして
いる。（ｂ）は、頂部が外方に凸の曲線とされた略二等
辺三角形状をなしている。（ｃ）は、頂部が直線とされ
た略二等辺三角形状をなしている。（ｄ）は、２つの辺
がいずれも外方に凹の曲線とされた略二等辺三角形状を
なしている。（ｅ）は、２つの辺がいずれも外方に凸の
曲線とされた略二等辺三角形状をなしている。レンズ列
４４ａの断面形状は、要求される光出射特性によって
は、左右非対称な形状であってもよい。但し、平均傾斜
角は８〜６０°の範囲内である。

【００４９】レンズ列４４ａは、そのＸＺ断面形状にお
いて各点での接線と当該レンズ列形成面［レンズ列形状
を無視した仮想平面］とのなす角度の絶対値を
「（ａ）」とし、平均傾斜角を「（ｂ）」として、これ
らの差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値が５〜３０
°の範囲内となるようにすることが好ましい。｜（ａ）
−（ｂ）｜の最大値は、より好ましくは７〜２５°の範
囲内であり、更に好ましくは１０〜２０°の範囲内であ
る。この範囲内とすることで、輝度むら低減効果を一層
高めることができる。

【００５０】なお、本発明においては、レンズ列４４ａ
の方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であ
れば、導光体２に入射した光の指向性の方向あるいは光
入射端面と直交する方向からずれていてもよい。このず
れは、２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好
ましくは１０°以内の範囲である。

【００５１】導光体４の光出射機構としての粗面あるい
はレンズ列やその反対側の面に形成されるレンズ列の平
均傾斜角θａ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。なお、レンズ列の面に形成される粗面の場合は、レ
ンズ列の延在方向と平行な方向の平均傾斜角を測定す
る。ここで、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θ
ａの正接である。

【００５２】 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、
Ｙ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。

【００５３】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の光入射端面４
１側での出射光の光強度（Ｉ₀ ）と該端面から距離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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を示す。
尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定、輝
度の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むら
の測定は次のようにして行った。

【００５７】平均傾斜角の測定触針式表面粗さ計（東京精器社製サーフコム５７０Ａ
型）にて、触針として１μｍＲ、５５゜円錐ダイヤモン
ド針（０１０−２５２８）を用いて、駆動速度０．０３
ｍｍ／秒で測定した。測定長は２ｍｍとした。抽出曲線
の平均線から、傾斜の補正を行った後、前記（１）式お
よび（２）式に従ってその曲線を微分した曲線の中心線
平均値を求めた。

【００５８】輝度の測定面光源装置の光出射面における有効発光領域を縦横各３
等分することで９等分して得られた各領域の中心の輝度
を測定し、その最高値から最低値まで順に配列した時の
中央の値を輝度とした。

【００５９】輝度むらの測定面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から
４ｍｍ〜４．５ｍｍの幅０．５ｍｍの領域にてその長さ
方向に沿って１ｍｍの間隔の位置ごとに輝度測定を行
い、測定した輝度値の最小値と最大値との比（最小値／
最大値）を求めた。また、目視でも測定した。

【００６０】［実施例１］鏡面仕上げをした有効面積３
４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板
の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作
所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、ステンレススチール
板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付
け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ² で全面にブラスト処理を行
って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有
する第１の金型を得た。

【００６１】一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ
×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、平均傾斜角
２５°の断面形状を有するピッチ５０μｍのレンチキュ
ラーレンズ列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したレン
ズパターンを切削加工により形成した。これにより、レ
ンズパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。

【００６２】以上の第１の金型及び第２の金型を用いて
射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形
で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．６ｍｍと変化する
くさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面
がレンズ列形成面からなる透明アクリル樹脂板を作製
し、これを導光体とした。得られた導光体の粗面側の平
均傾斜角は３．５°であり、レンズ列形成面側の平均傾
斜角は２５°であり、レンズ列の断面形状における各点
での接線とレンズ列形成面とのなす角度の絶対値（ａ）
と、平均傾斜角（ｂ）との差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）
｜の最大値は１６°であった。

【００６３】導光体の厚さ１ｍｍの短辺側端面に対向す
るようにして、３個のＬＥＤ（日亜化学工業社製ＮＳＣ
Ｗ２１５ｂｉＲ）を９．５ｍｍの間隔で配置した。この
導光体のレンズ列形成面側には銀反射フィルムを配置
し、粗面側には第１の光偏向シートと第２の光偏向シー
トとからなる光偏向素子を配置した。第１の光偏向シー
トの入光面に形成された第１のレンズ列は、頂角６５°
で三角断面形状をなしており、ピッチ５０μｍで並列に
形成した。また、第２の光偏向シートの入光面に頂角１
３０°で三角断面形状をなす第２のレンズ列をピッチ３
０μｍで並列に形成した。第２のレンズ列形成面の平均
傾斜角は２５°であった。なお、得られた面光源装置の
有効発光領域は、３０．６ｍｍ×４０．８ｍｍであっ
た。

【００６４】得られた面光源装置の輝度を測定したとこ
ろ、１６１０ｃｄ／ｍ² であった。また、面光源装置の
有効発光領域の光入射端面に近い方の０．５ｍｍ幅の領
域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大
値との比（最小値／最大値）は０．８５であり、目視に
おいても有効発光領域での輝度むらは観察されなかっ
た。

【００６５】［実施例２］光偏向素子として第２の光偏
向シートの出光面に不連続で不規則配列の第２のレンズ
列を形成し該第２の光偏向シートと第１の光偏向シート
との間にスペーサにより５０μｍの間隔の空隙を形成し
たものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして面光
源装置を得た。第２のレンズ列形成面の平均傾斜角は２
５°であった。

【００６６】得られた面光源装置の輝度を測定したとこ
ろ、１５７０ｃｄ／ｍ² であった。また、面光源装置の
有効発光領域の光入射端面に近い方の０．５ｍｍ幅の領
域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大
値との比（最小値／最大値）は０．８２であり、目視に
おいても有効発光領域での輝度むらは観察されなかっ
た。

【００６７】［実施例３］光偏向素子として第１の光偏
向シートのみからなりその出光面に頂角１３０°で三角
断面形状をなす第２のレンズ列をピッチ３０μｍで並列
に形成したこと以外は、実施例１と同様にして面光源装
置を得た。

【００６８】得られた面光源装置の輝度を測定したとこ
ろ、１６２０ｃｄ／ｍ² であった。また、面光源装置の
有効発光領域の光入射端面に近い方の０．５ｍｍ幅の領
域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大
値との比（最小値／最大値）は０．８０であり、目視に
おいても有効発光領域での輝度むらは観察されなかっ
た。

【００６９】［比較例１］光偏向素子として第２の光偏
向シートを除去し第１の光偏向シートのみからなるもの
を用いたこと以外は、実施例１と同様にして面光源装置
を得た。

【００７０】得られた面光源装置の輝度を測定したとこ
ろ、１９５０ｃｄ／ｍ² であった。また、面光源装置の
有効発光領域の光入射端面に近い方の０．５ｍｍ幅の領
域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大
値との比（最小値／最大値）は０．２であり、目視にお
いても有効発光領域で暗い部分が観察された。

【００７１】［比較例２］光偏向素子として第２の光偏
向シートの第２のレンズ列の頂角が１７２°であるもの
を用いたこと以外は、実施例１と同様にして面光源装置
を得た。

【００７２】得られた面光源装置の輝度を測定したとこ
ろ、１７５０ｃｄ／ｍ² であった。また、面光源装置の
有効発光領域の光入射端面に近い方の０．５ｍｍ幅の領
域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大
値との比（最小値／最大値）は０．５であり、目視にお
いても有効発光領域で暗い部分が観察された。

【００７３】［比較例３］光偏向素子として第２の光偏
向シートの第２のレンズ列の頂角が９５°であるものを
用いたこと以外は、実施例１と同様にして面光源装置を
得た。

【００７４】得られた面光源装置の輝度を測定したとこ
ろ、１４００ｃｄ／ｍ² と低かった。また、面光源装置
の有効発光領域の光入射端面に近い方の０．５ｍｍ幅の
領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最
大値との比（最小値／最大値）は０．８５であり、目視
においても有効発光領域での輝度むらは観察されなかっ
た。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光偏向素子として最も導光体に近い面に第１のレンズ列
を有し且つそれ以外の面に第２のレンズ列を有するもの
を用いたことで、面光源装置の低消費電力化のための少
ない数の点状一次光源の使用に伴う輝度均斉度の不均一
を、出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消
して、高品位の面光源装置を提供することができる。

【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】本発明による面光源装置の導光体を一次光源と
ともに示す平面図である。

【図３】光偏向素子による光偏向の様子を示す図であ
る。

【図４】光偏向素子による光偏向の様子を示す図であ
る。

【図５】ＬＥＤの出射光強度分布及び面光源装置の出射
面の強度分布を示す図である。

【図６】本発明による面光源装置の導光体を一次光源と
ともに示す平面図である。

【図７】本発明による面光源装置の光偏向素子の第２の
レンズ列の断面形状を示す図である。

【図８】本発明による面光源装置の光偏向素子の第２の
レンズ列を示す平面図である。

【図９】本発明による面光源装置を示す分解斜視図であ
る。

【図１０】本発明による面光源装置を示す分解斜視図で
ある。

【図１１】本発明による面光源装置の光偏向素子を一次
光源とともに示す模式図である。

【図１２】本発明による面光源装置の導光体を一次光源
とともに示す底面図である。

【図１３】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を
示す図である。

【図１４】面光源装置における輝度分布不均一の発生を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

２，２ａ〜２ｅＬＥＤ４導光体４１光入射端面４３光出射面４４レンズ列形成面４４ａレンズ列６光偏向素子６Ａ第１の光偏向シート６Ａ１入光面６Ａ２出光面６Ｂ第２の光偏向シート６Ｂ１入光面６Ｂ２出光面６ｘ第１のレンズ列６ｙ第２のレンズ列８光反射素子９スペーサＬ₀ 最大強度光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林泰子神奈川県川崎市多摩区登戸3816番地三菱レイヨン株式会社東京技術・情報センター内Ｆターム(参考） 2H088 EA22 HA10 HA18 HA21 HA28 HA30 MA01 MA04 2H091 FA08Z FA16Z FA21Z FA29Z FA32Z FA45Z LA11 LA16 LA18 MA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】点状の一次光源と、該一次光源に隣接し
て配置され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、該導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏
向素子とを有する面光源装置であって、前記光偏向素子は少なくとも１つの光偏向シートを含ん
でおり、該光偏向シートは前記導光体の光出射面からの
出射光に基づく光が入射する入光面とその反対側の出光
面とを有しており、前記光偏向シートのうちの前記導光
体の最も近くに位置する第１の光偏向シートの入光面に
は前記光入射端面と略平行な方向に延びた複数のレンズ
列が形成されており、該レンズ列は頂角が５０〜８０°
の略三角形の断面形状をなしており、前記第１の光偏向
シートの出光面又はその他の光偏向シートの入光面若し
くは出光面には前記光入射端面と略直交する方向に延び
た複数の線状凹凸が形成されており、該線状凹凸形成面
の平均傾斜角は５〜４０°であることを特徴とする面光
源装置。
【請求項２】前記線状凹凸がレンズ列からなることを
特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】前記線状凹凸が高さ０．１〜２００μｍ
のヘアライン処理により形成されたものであることを特
徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項４】前記光偏向素子は前記第１の光偏向シー
トとその他の第２の光偏向シートとを含んでおり、該第
２の光偏向シートの入光面に前記線状凹凸が形成されて
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】前記光偏向素子は前記第１の光偏向シー
トとその他の第２の光偏向シートとを含んでおり、該第
２の光偏向シートの出光面に前記線状凹凸が形成されて
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６】前記第１の光偏向シートと前記第２の光
偏向シートとの密着を防止する手段を備えていることを
特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。
【請求項７】前記密着を防止する手段は前記第１の光
偏向シートと前記第２の光偏向シートとの間に空隙を介
在させるスペーサ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】前記密着を防止する手段は前記第１の光
偏向シートと前記第２の光偏向シートとの間に配置され
た光拡散シート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９】前記光偏向素子は前記第１の光偏向シー
トからなり、前記第１の光偏向シートの出光面に前記線
状凹凸が形成され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１０】前記光偏向シートのうちの少なくとも
１つに光拡散剤が混入されてい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】前記光偏向シートのうちの少なくとも
１つの入光面又は出光面が粗面化されていることを特徴
とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の面光源装
置。
【請求項１２】前記導光体の前記光出射面と反対側の
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１〜１１のいずれかに記載の面光源装
置。