JP2005216666A - 面光源装置及びそれに用いる導光体 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光体光出射面の光入射端面側隅部等の輝度低下を防止し、且つ斜め方向からの観察の際にも表示画像の品位低下がないエッジライト方式の面光源装置を提供する。
【解決手段】 一次光源１と、光入射端面３１及び光出射面３３及び裏面３４を有する板状の導光体３とを備えた面光源装置。導光体光出射面３３の周縁部を覆い且つ有効発光部Ｆを画定する枠体７を備える。光拡散性の光出射面３３には、一次光源１の発光部に対応する領域以外の領域であって光入射端面３１またはそれに隣接する側端面に近接する領域の少なくとも一部に、有効発光部Ｆに対応する領域の大部分を占める一般光拡散性領域より光拡散性の高い高光拡散性領域が形成されている。高光拡散性領域は大部分が有効発光部Ｆに対応する領域外に位置している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エッジライト方式の面光源装置及びそれに用いる導光体に関するものであり、特に、輝度むらの視認性の低減を企図した面光源装置及びそれに用いる導光体に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば、携帯用ノートパソコン等のモニターや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使用される液晶表示装置のバックライトに、或いは、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、或いは、駅や公共施設などにおける案内表示板や看板として使用される液晶表示装置のバックライトに、或いは、高速道路や一般道路における交通標識等の標示装置として使用される液晶表示装置のバックライトに、好適である。

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と液晶表示素子とから構成されている。バックライトとしては、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、エッジライト方式の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。

ところで、近年、液晶表示装置では、その外形寸法に対する表示画面寸法の比率をできるだけ大きくして、表示効率を高めることが要請されている。従って、面光源装置においても、その外形寸法に対する発光面寸法の比率をできるだけ大きくし、即ち発光面の周囲に枠状に存在する構造部分（「額縁」と呼ばれることがある）の寸法をできるだけ小さくすることが要請されている。その場合、導光体の光入射端面に沿って配置される線状または棒状の一次光源の寸法の低減が必要となる。この寸法の低減は、一方においては一次光源の幅の低減即ちスリム化により達成され、他方においては一次光源の長さの低減即ち対向する導光体光入射端面より短くすることにより達成される。

しかるに、一次光源の長さの低減を実現しようとすると、次のような新たな問題が発生する。即ち、一次光源の少なくとも一方の端部にはソケットが付されており、この端部は現実には発光しない非発光部となる。このため、上記寸法低減の結果として非発光部が光入射端面と対向する位置に存在することになり、この非発光部に対応する導光体の隅部の光出射面から出射する光量が少なくなり、この部分の輝度が低下して輝度むらが発生する。

このような問題の解決を目指して、例えば特開２００２−１６９０３３号公報（特許文献１）には、導光板の出光面において相対的に輝度が低くなる領域例えば入光側両隅部や側縁部に微小な角状シボを重ねて設けることが開示されている。また、例えば特開２００２−２５８０５７号公報（特許文献２）には、導光体の光出射面において相対的に輝度が低くなる角部近傍の平均傾斜角を他の部分の平均傾斜角より大きくすることが開示されている。
特開２００２−１６９０３３号公報 特開２００２−２５８０５７号公報

上記特許文献１及び特許文献２には、いずれも出光面または光出射面において輝度低下が生ずる領域に角状シボを形成したり平均傾斜角を大きくしたりしている。このような手法により導光体光出射面の光入射端面側の隅部における輝度低下を防止することはできるのではあるが、光出射面法線方向に対して傾いた斜めの方向から観察した場合に、この角状シボを形成したり平均傾斜角を大きくしたりした領域が目立って光って見え、表示装置のバックライトとして使用した場合に表示画像の品位低下をもたらすことがあることが分かった。

そこで、本発明は、外形寸法に対する発光面寸法の比率を高めるために額縁寸法を低減することに伴い生ずる導光体光出射面の光入射端面側隅部等の輝度低下を防止し、且つ表示装置のバックライトとして使用した場合の斜め方向からの観察の際にも表示画像の品位低下がないエッジライト方式の面光源装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このような面光源装置に用いられその特徴的な機能の実現に寄与する面光源装置用導光体を提供することをも目的とする。

本発明によれば、上記の課題を解決するものとして、
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及び該光出射面の反対側の裏面を有する導光体とを備えた面光源装置であって、
前記導光体の前記光出射面の周縁部を覆い且つ前記面光源装置の有効発光部を画定する枠体を備えており、前記導光体の前記光出射面及び裏面のうちの少なくとも一方は光拡散性を有しており、前記光出射面及び裏面のうちの前記光拡散性を有するものの少なくとも一方には、前記一次光源の発光部に対応する領域以外の領域であって前記光入射端面またはそれに隣接する側端面に近接する領域の少なくとも一部に、前記有効発光部に対応する領域の大部分を占める一般光拡散性領域より光拡散性の高い高光拡散性領域が形成されており、該高光拡散性領域は大部分が前記有効発光部に対応する領域外及び／または前記一次光源の非発光部に対応する低輝度領域内に位置していることを特徴とする面光源装置、が提供される。

本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域と前記一般光拡散性領域との間にはこれらの領域の中間の光拡散性を持つ中間光拡散性領域が位置している。本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域の少なくとも一部は、前記導光体の前記光入射端面の側の少なくとも１つの隅部或いはその近傍に対応して位置している。本発明の一態様においては、前記光拡散性は、前記光出射面及び裏面のうちの少なくとも一方の粗面化により付与されている。

本発明の一態様においては、前記面光源装置は、更に、前記導光体の光出射面上に配置され、且つ前記光出射面から出射する光が入光する入光面及びその反対側の出光面を有する光偏向素子を備えている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子は前記入光面に前記導光体の光入射端面に沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列を備えており、該プリズム列のそれぞれは前記導光体の光出射面からの光が入射する第１のプリズム面と入射した光が内面反射される第２のプリズム面とを有する。

本発明の一態様においては、前記一次光源は、線状をなすものであり、少なくとも一方の端部に前記導光体の光入射端面に対向して位置する非発光部を有する。本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域の少なくとも一部は前記一次光源の非発光部に対応して位置している。

本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の平均値が８度以上２５度以下である。本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が３０％以上である。本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａ（中心線平均粗さ）が０．３５μｍ以上０．６μｍ以下である。本発明の一態様においては、前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚ（十点平均粗さ）が３．５μｍ以上１２μｍ以下である。

本発明の一態様においては、前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の平均値が４度以上１２度以下である。本発明の一態様においては、前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が５％以上４０％以下である。本発明の一態様においては、前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａが０．１８μｍ以上０．４３μｍ以下である。本発明の一態様においては、前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚが１．６μｍ以上４.０μｍ以下である。

以上のような本発明の面光源装置によれば、導光体の光出射面または裏面に、一次光源の発光部に対応する領域以外の領域であって光入射端面またはそれに隣接する側端面に近接する領域の少なくとも一部に、有効発光部に対応する領域の大部分を占める一般光拡散性領域より光拡散性の高い高光拡散性領域が形成されており、該高光拡散性領域は大部分好ましくは全部が前記有効発光部に対応する領域外及び／または前記一次光源の非発光部に対応する低輝度領域内に位置しているので、額縁寸法を低減することに伴い導光体光出射面の光入射端面側隅部等に対向して一次光源の非発光部が位置したとしても、それに近接する有効発光部での輝度低下を防止し、且つ表示装置のバックライトとして使用した場合の斜め方向からの表示画像の観察の際の画像品位の低下がないエッジライト方式の面光源装置、及びそれに用いる導光体が提供される。

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。

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一部切欠部分斜視図であり、図２はその一部切欠平面図である。図示されているように、本実施形態の面光源装置は、少なくとも一つの側端面を光入射端面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の光入射端面３１に対向して配置され光源リフレクタ２で覆われた線状の一次光源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とは反対側の裏面３４に対向して配置された光反射素子５と、光偏向素子４の周縁部を覆い従って導光体３の光出射面の周縁部を覆って面光源装置の有効発光部Ｆを画定する枠体７とを含んで構成されている。枠体７は、面光源装置のケーシングを構成している。

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端面３１とする。光入射端面３１は一次光源１と対向して配置されており、一次光源１から発せられた光は光入射端面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、光入射端面３１とは反対側の側端面３２等の他の側端面にも光源を対向配置してもよい。

導光体３の光入射端面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構を付与することによって、光入射端面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から光入射端面３１および光出射面３３に直交する面（ＸＺ面）内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光度分布のピークの方向（ピーク光）が光出射面３３となす角度をαとする。有効発光部Ｆの大部分においては、角度αは例えば１０〜４０度であり、出射光光度分布の半値全幅は例えば１０〜４０度である。導光体３の光出射面３３または裏面３４に形成する粗面の詳細については、後述する。

また、指向性光出射機構が付与されていない他の主面には、導光体３からの出射光の一次光源１と平行な面（ＹＺ面）での指向性を制御するために、光入射端面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に光入射端面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列形成面を形成している。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にレンズ列形成面を形成し、裏面３４を粗面とするものであってもよい。

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にレンズ列形成面を形成する場合、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。

本発明において、導光体３の裏面３４にレンズ列形成面としてプリズム列形成面を形成する場合には、その頂角を８５〜１１０度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からの出射光を適度に集光させることができ、面光源装置としての輝度の向上を図ることができるためであり、より好ましくは９０〜１００度の範囲である。

本発明の導光体においては、所望のプリズム列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。

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に形成される光出射機構と併用して、導光体内部に光拡散性微粒子を混入分散することによる指向性光出射機構を付加してもよい。

光入射端面３１は、ＸＹ面内及び／又はＸＺ面内での光の広がりを調節するために、粗面化することが好ましい。粗面の形成方法としては、フライス工具等で切削する方法、砥石、サンドペーパー、バフ等で研磨する方法、ブラスト加工、放電加工、電解研磨、化学研磨等による方法が挙げられる。ブラスト加工に使用されるブラスト粒子としては、ガラスビーズのような球形のもの、アルミナビーズのような多角形状のものが挙げられるが、多角形状のものを使用する方が光を広げる効果の大きな粗面を形成できることから好ましい。切削加工や研磨加工の加工方向を調整することにより、異方性の粗面を形成することもできる。ＸＹ面内での光の広がりの調節のためにはＺ方向の加工方向を採用してＺ方向の筋状凹凸形状を形成することができ、ＸＺ面内での光の広がりの調節のためにはＹ方向の加工方向を採用してＹ方向の筋状凹凸形状を形成することができる。この粗面加工は、導光体の光入射端面に直接施すこともできるが、金型の光入射端面に相当する部分を加工して、これを成形時に転写することもできる。

光入射端面３１の粗面化の程度は、導光体厚さ方向で、平均傾斜角θａが１〜５度、中心線平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍ、十点平均粗さＲｚが０．５〜３μｍであることが好ましい。これは、光入射端面３１の粗面化の度合いをこの範囲とすることによって、光出射面にて、明帯あるいは暗帯の発生を抑止できるとともに、輝線・暗線をぼかし見え難くすることができるためである。平均傾斜角θａは、更に好ましくは２〜４．５度、特に好ましくは２．５〜３度の範囲である。中心線平均粗さＲａは、更に好ましくは０．０７〜０．３μｍ、特に好ましくは０．１〜０．２５μｍの範囲である。十点平均粗さＲｚは、更に好ましくは０．７〜２．５μｍ、特に好ましくは１〜２μｍの範囲である。また、光入射端面３１の粗面化の程度は、長手方向で、上記と同様の理由から、平均傾斜角θａが１〜３度、中心線平均粗さＲａが０．０２〜０．１μｍ、十点平均粗さＲｚが０．３〜２μｍであることが好ましい。平均傾斜角θａは、更に好ましくは１．３〜２．７度、特に好ましくは１．５〜２．５度の範囲である。中心線平均粗さＲａは、更に好ましくは０．０３〜０．０８μｍ、特に好ましくは０．０５〜０．０７μｍの範囲である。十点平均粗さＲｚは、更に好ましくは０．４〜１．７μｍ、特に好ましくは０．５〜１．５μｍの範囲である。

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、光入射端面の方が厚いくさび状等の種々の形状のものが使用できる。

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は全体として互いに平行に配列されており、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３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方向に延びるプリズム列が互いに平行に配列されたプリズム列形成面とされている。プリズム列形成面は、隣接するプリズム列の間に比較的幅の狭い底部平坦部（例えば、プリズム列のＸ方向寸法と同程度あるいはそれより小さい幅の平坦部）を設けてもよいが、光の利用効率を高める点からは底部平坦部を設けることなくプリズム列をＸ方向に連続して配列することが好ましい。

図３に、光偏向素子４による光偏向の様子を模式的に示す。この図は、ＸＺ面内での導光体３からのピーク光（出射光分布のピークに対応する光）の進行方向の一例を示すものである。導光体３の光出射面３３から角度αで斜めに出射されるピーク光は、プリズム列の第１のプリズム面へ入射し第２のプリズム面により内面全反射されてほぼ出光面４２の法線の方向に出射する。また、ＹＺ面内では、上記のような導光体裏面３４のプリズム列の作用により広範囲の領域において出光面４２の法線の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。

光偏向素子４のプリズム列のプリズム面の形状は、単一平面に限られず、例えば断面凸多角形状または凸曲面形状とすることができ、これにより、高輝度化、狭視野化を図ることができる。

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頂部平坦部あるいは頂部曲面部を形成してもよい。この場合、頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は、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、より好ましくは頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は２μｍ以下であり、さらに好ましくは１μｍ以下である。

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。この場合、一次光源１は、図１に示したように、導光体３の一方の側端面に対向して設置する場合だけでなく、必要に応じて反対側の側端面にもさらに設置することもできる。

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。その材質としては、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られている。他方、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ることも可能である。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の光入射端面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を用いることも可能である。

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、光偏向素子４および光拡散素子６の粗面又はヘアライン等の表面構造やプリズム列又はレンチキュラーレンズ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の表面に、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。

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、光反射素子５及び枠体７を含んでなる面光源装置の発光面（光偏向素子５の出光面４２）上に、図４に示すように透過型の液晶表示素子８を配置することにより、本発明の面光源装置をバックライトとした液晶表示装置が構成される。液晶表示素子８は、画像が形成される画像形成部８１とその外周に付されたフレーム部８２とを有する。ＸＹ面内において、フレーム部８２の内周縁は面光源装置の有効発光部Ｆの外周縁と同等又はそれより内側の位置に存在する。従って、フレーム部８２により液晶表示装置の表示部Ｇが画定される。即ち、ＸＹ面内において、表示部Ｇは有効発光部Ｆと同一又はその内側に位置する。液晶表示装置は、図４における上方から観察者により観察される。

次に、導光体３の光出射機構を構成する粗面につき説明する。図５は、一次光源１と導光体光出射面３３の各光拡散性領域との関係を示す模式図である。光出射面３３に形成される粗面は、全体として均一な拡散性を持つように形成されるものではなく、以下に説明するように、特定の領域が高い光拡散性を持つように形成される。

即ち、有効発光部Ｆの大部分は上記のような光出射特性が得られるような一般光拡散性領域Ａとして形成される。一般光拡散性領域Ａの粗面は、光出射面３３内での輝度の均斉度を図る点から、超深度形状測定顕微鏡（例えばキーエンス社製のＶＫ−８５００［商品名］）を用いて計測した傾斜角に関連する特性が以下のようになることが好ましい。即ち、超深度形状測定顕微鏡を用いて計測した傾斜角の平均値が０．５度以上５．０度以下、さらに好ましくは１．０度以上３．５度以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が５．０％以下、さらに好ましくは２．０％以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａ（中心線平均粗さ）が０．０５μｍ以上０．３μｍ以下、さらに好ましくは０．０８μｍ以上０．２μｍ以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚ（十点平均粗さ）が０．５μｍ以上１．８μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以上１．６μｍ以下である。

これらの傾斜角に関連する特性については、超深度形状測定顕微鏡を用いて測定される導光体３の表面の粗さに基づき特定することができる。測定条件としては、測定モ−ド：カラ−超深度、ＤＩＳＴＡＮＣＥ５μｍ、ＰＩＴＣＨ０．０１μｍが挙げられる。測定範囲内（例えば１４９μｍ×１１２μｍ）のＲａ，Ｒｚを読み取る。また、この測定範囲について例えば重み平均±１２の条件で断面曲線を抽出し、各測定点における傾斜角度の絶対値を求め、これらを平均することで、傾斜角平均値を得ることができ、さらにこれらの測定値から傾斜角の度数分布を求めることができる。

ところで、一次光源１は、図２及び図５に示されているように、導光体光入射端面３１に対向して位置し実際に光が出射する発光管１ａとその少なくとも一方の端部に付設され導光体光入射端面３１に対向して位置するソケット１ｂとを有する。ソケット１ｂは、導光体３の光入射端面の側の隅部に対応して位置する。従って、導光体の光出射面には、光出射機構を均一に形成したとすれば、一次光源のソケット１ｂに対応して出射光量が比較的少ない（即ち輝度が比較的低い）領域が形成される。この低輝度領域の代表的なものは、ソケット１ｂに対応する光入射端面側の隅部の近傍であり、更にはこの隅部に隣接し光入射端面に連なる側端面の近傍である。

図６を参照して、導光体隅部の低輝度領域につき説明する。一次光源発光管１ａと導光体（光出射機構は全面均一のものとする）３の光入射端面３１との間に例えば直径１ｍｍのピンホールを形成した遮光板１００を配置し、導光体光出射面上に光偏向素子（図６には図示されていない）を配置し、一次光源１を点灯する。これを光出射面側から観察すると、光入射端面３１の法線に対してほぼ対称に分布した出射光が見える。この分布の広がりの角度（光入射端面３１の法線に対する角度）をφとする。一方、一次光源１の輝度分布は、図６に示されているように、発光管１ａのほぼ全長にわたって発光管中央部と同等な輝度値Ｌが得られるが、発光管１ａのソケット１ｂとの接合部の近傍では急激に輝度値が低下する。本明細書では、輝度値がＬ／２以上の領域を発光部とし、それ以外の領域を 非発光部と定義する。図６に示されるように、発光部と非発光部との境界に対応する導光体光入射端面位置から傾斜角φで引いた線を境界線として非発光部に対応して低輝度領域Ｄが形成される。

そこで、本発明実施形態では、図５に示されるように、一次光源１の非発光部に対応する導光体光出射面３３の位置に、一般光拡散性領域Ａよりも光拡散性の高い高光拡散性領域Ｂを形成する。この高光拡散性領域Ｂは、図６に示した低輝度領域Ｄに対応して配置されているが、厳密に同一の領域でなくともよい。高光拡散性領域Ｂは、その大部分が有効発光部Ｆに対応する領域外の幅ｗの領域Ｆ’に位置する。ここで、大部分とは、面積が８０％以上を占めることをいうものとする。高光拡散性領域Ｂは、その一部分が有効発光部Ｆに対応する領域内に位置する場合には、この部分が低輝度領域Ｄと重なることが好ましい。低輝度領域Ｄは、到達する光の量が少ないので、高光拡散性領域Ｂを設けても、視認されにくい。但し、高光拡散性領域Ｂは、好ましくは、その全部が有効発光部Ｆに対応する領域外の領域Ｆ’に位置する。

高光拡散性領域Ｂの粗面は、超深度形状測定顕微鏡を用いて計測した傾斜角の平均値が８度以上２５度以下、さらに好ましくは１０度以上２０度以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が３０％以上、さらに好ましくは４０％以上であり、傾斜角２０度以上の成分が２％以上１８％以下、さらに好ましくは６％以上１０％以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａが０．３５μｍ以上０．６μｍ以下、さらに好ましくは０．４μｍ以上０．６μｍ以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚが３．５μｍ以上１２μｍ以下、さらに好ましくは４．０μｍ以上１０μｍ以下である。

更に、本実施形態では、高光拡散性領域Ｂの光拡散性と一般光拡散性領域Ａの光拡散性との中間の光拡散性を持つ中間光拡散性領域Ｃが形成されている。中間光拡散性領域Ｃは、導光体の光入射端面３１に連なる側端面の近傍において高光拡散性領域Ｂと一般光拡散性領域Ａとの間に位置する。

中間光拡散性領域Ｃの粗面は、超深度形状測定顕微鏡を用いて計測した傾斜角の平均値が４度以上１２度以下、さらに好ましくは５度以上１０度以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が５％以上４０％以下、さらに好ましくは５％以上３０％以下であり、傾斜角２０度以上の成分が２％以上１８％以下、さらに好ましくは２％以上１５％以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａが０．１８μｍ以上０．４３μｍ以下、さらに好ましくは０．２μｍ以上０．４μｍ以下である。また、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚが１．６μｍ以上４μｍ以下、さらに好ましくは２．０μｍ以上３．８μｍ以下である。

以上のような高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃが存在することで、これらの領域での光拡散性が高められるので、これらの領域又はその近傍であって有効発光部Ｆに対応する光出射面部分の領域からの出射光量を増加させることができる。高光拡散性領域Ｂは大部分が有効発光部Ｆに対応する領域外または、低輝度領域Ｄに対応する領域内に位置しているので、表示装置のバックライトとして使用した場合の斜め方向からの観察の際にも、その存在は殆ど目立たず、表示画像の品位低下がない。

中間光拡散性領域Ｃは、光拡散効果が高光拡散性領域Ｂほど大きくはないが、高光拡散性領域Ｂほど目立つことがないので、有効発光部Ｆに対応する領域内に位置していても支障はない。中間光拡散性領域Ｃは、高光拡散性領域Ｂと一般光拡散性領域Ａとの間に位置して、高光拡散性領域Ｂの存在を目立たなくする作用をも有する。

以上のような光拡散性の領域Ａ，Ｂ，Ｃの形成の際の粗面化の方法としては、砥石、サンドペーパー、バフ等による研磨、ブラスト加工、放電加工、電解研磨、化学研磨等が挙げられる。特にブラスト加工が好ましい。ブラスト加工に使用されるブラスト粒子としては、ガラスビーズのような球形のもの、アルミナビーズのような多角形状のものが挙げられ、球形のものを使用することで比較的光拡散性の低い一般拡散性領域Ｃを形成し、多角形状のものを使用することで比較的光拡散性の高い中間光拡散性領域Ｃ及び高光拡散性領域Ｂを形成することができる。この粗面化加工は、導光体の表面に直接施すこともできるが、金型の転写面を加工して、これを成形時に転写することもできる。

次に、上記実施形態における導光体の変形例を、図面を参照しながら説明する。尚、これらの図において、上記の図１〜６におけると同様の機能を有する部分などには同一の符号が付されている。

図７の例では、高光拡散性領域Ｂとして、導光体隅部に位置する領域部分Ｂ１と該領域部分Ｂ１の近傍であって一次光源発光部に対応する領域部分Ｂ２とを設けている。高光拡散性領域部分Ｂ２は、その全部が領域Ｆ’内に位置する。高光拡散性領域部分Ｂ２が存在することで、この領域での光拡散性が高められ、ここで拡散された光の一部が、上記低輝度領域Ｄに対応する領域又はその近傍であって有効発光部Ｆに対応する光出射面部分の領域へと進行し、ここでの出射光量を増加させることができる。この例では、中間光拡散性領域Ｃは高光拡散性領域Ｂ特にその領域部分Ｂ２と一般光拡散性領域Ａとの間の全境界に位置している。これにより、特に高光拡散性領域Ｂの領域部分Ｂ２の存在を目立たなくすることができる。

図８の例では、高光拡散性領域Ｂがすべて領域Ｆ’内に位置する。中間光拡散性領域Ｃの形状が図７の例と異なり、中間光拡散性領域Ｃの有効発光部Ｆに対応する領域内での面積を低減している。低輝度領域がすべて領域Ｆ’に存在する場合には、このような構成が好ましく用いられる。

図９の例では、高光拡散性領域Ｂとして、一次光源１のソケット１ａに対応する導光体隅部から光入射端面と隣接して延びている側端面に沿って延びているものを設けている。中間光拡散性領域Ｃは高光拡散性領域Ｂと一般光拡散性領域Ａとの間の全境界に位置している。この例では、特に側端面に到達する光を拡散させて、その近傍であって有効発光部Ｆに対応する光出射面部分の領域へと進行させ、ここでの出射光量を増加させている。

図１０の例では、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃの長さが図９の例と異なるが、本質的には図９の例と同様な作用効果が得られる。

図１１の例では、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃの形状が図９の例と異なるが、本質的には図９の例と同様な作用効果が得られる。

図１２の例では、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃとして図８の例と図１０の例とを組み合わせたような形態のものを使用しており、これらの例と同様な作用効果が得られる。

図１３の例では、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃの形状を、多角形状にして、高光拡散性領域Ｂがすべて領域Ｆ’内に位置するようにしている。光を拡散する機能を保ちつつ、高光拡散性領域Ｂが視認されにくいようにしている。

図１４の例では、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃとして図５の例と図９の例と図１１の例とを組み合わせたような形態のものを使用しており、これらの例と同様な作用効果が得られる。

以上の実施形態の説明では、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃの配置を、面光源装置の有効発光部Ｆとの関係で規定したが、同様にして液晶表示装置の表示部Ｇとの関係で規定することもできる。即ち、面光源装置を表示装置のバックライトとして使用する場合には、実際に視認されるのは表示部Ｇであるから、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃの配置を表示部Ｇとの関係で規定する方が合理的である。但し、ＸＹ面内において、液晶表示装置の表示部Ｇが面光源装置の有効発光部Ｆより外側に位置することは実際にはないので、高光拡散性領域Ｂ及び中間光拡散性領域Ｃを有効発光部Ｆとの関係で所定範囲内になるように設定しておけば、液晶表示装置としては過剰品質になることはあっても表示画像品位が低下することはない。

以下、実施例によって本発明を説明する。本実施例では図１〜６，１４の実施形態で説明した導光体、面光源装置及びそれを用いた液晶表示装置を作製した。

鏡面仕上げをした有効面積２３０ｍｍ×２９０ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレス板の表面全体について、ガラスビーズを用いてブラスト処理を行なった。次いで、上記ステンレス板の表面の一長辺側の両端部に近接する短辺側端部近傍の矩形領域以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレス板から２０ｍｍ離して配置し、アルミナビーズにより第１のブラスト処理を行なった。更に、上記ステンレス板の表面の上記一長辺側の両隅部近傍の三角形領域以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレス板から２０ｍｍ離して配置し、アルミナビーズにより第２のブラスト処理を行なった。これにより、図１４に示すような一般光拡散性領域Ａ、高光拡散性領域Ｂ１（Ｘ方向最大寸法５．０ｍｍ、Ｙ方向最大寸法４．０ｍｍ：これらの寸法は導光体３のＸ方向短辺及びＹ方向長辺を含んで形成される領域の寸法である［以下、同様］）、Ｂ２（Ｘ方向最大寸法１１．０ｍｍ、Ｙ方向寸法０．５ｍｍ）及び中間光拡散性領域Ｃ１（Ｘ方向最大寸法７．５ｍｍ、Ｙ方向寸法７．０ｍｍ）、Ｃ２（Ｘ方向最大寸法１４ｍｍ、Ｙ方向寸法３．５ｍｍ）を有する導光体光出射面を転写するための転写面が形成された。尚、第１のブラスト処理により高光拡散性領域Ｂ２及び中間光拡散性領域Ｃ２に対応する転写面領域が形成され、第２のブラスト処理により高光拡散性領域Ｂ１及び中間光拡散性領域Ｃ１に対応する転写面領域が形成された。一方、鏡面仕上げをした有効面積２３０ｍｍ×２９０ｍｍ、厚さ３ｍｍの別のステンレス板の表面に、図１に示すようなプリズム列形成面からなる導光体裏面を転写するための転写面を切削加工により形成した。プリズム列形成面のプリズム列は、頂角１００°、頂部先端曲率半径１５μｍ、配列ピッチ５０μｍであった。また、プリズム列の延びる方向は、上記ステンレス板の長辺と垂直になるようにした。

上記２つのステンレス板からなる金型を用いて、射出成形により、短辺２３０ｍｍ、長辺２９０ｍｍの長方形で、厚みが一方の長辺から他方の長辺にかけて２．２ｍｍから０．７ｍｍまで連続的に変化するくさび型の導光体３を得た。導光体中の数点の位置で表面形状を測定した。測定を行った位置の座標の取り方は、図１４に示すとおりである。尚、導光体３のＸ方向短辺とＹ方向長辺との１つの交点を座標原点とした。導光体の表面形状測定結果を表１に示す。

導光体３の一方の長辺に対応する側端面（厚さ２．２ｍｍの側端面）に対向するようにして、長辺に沿って両端部に長さ４ｍｍの非発光部を有する長さ２９０ｍｍの冷陰極管１を光源リフレクタ（麗光社製銀反射フィルム）２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、プリズム列形成面（裏面）３４に対向するように反射シート５を配置した。この構成では、導光体光入射端面３１の両端部の長さ４ｍｍの領域が冷陰極管１の非発光部と対向しており、導光体光出射面３３からの出射光の光度分布（ＸＺ面内）の最大ピークは光出射面法線方向に対して７０度、半値全幅は２２．５度であった。

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、片方のプリズム面が曲率半径１０００μｍの凸曲面形状で且つ他方のプリズム面が平面形状である多数のプリズム列をピッチ５０μｍで並列に連設してなるプリズム列形成面４１を、厚さ１２５μｍ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４を作製した。得られたプリズムシート４を、上記導光体３の光出射面（マット面）３３側にプリズム列形成面が向き、導光体の光入射端面３１にプリズム列の稜線が平行となり、導光体の光入射端面３１の方に各プリズム列の平面形状プリズム面が向くようにして載置した。

以上の構成を枠体７に組み込んで、面光源装置を得た。図５に示す領域Ｆ’の幅ｗは１．５ｍｍであった。

以上のようにして得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて有効発光部Ｆを目視により正面及び斜め方向から観察したところ、一次光源側両隅端部の輝度低下や目立って見える現象などは視認されなかった。

さらに、プリズムシ−ト４の上に液晶表示素子８を配置して、液晶表示装置を得た。図４に示す表示部Ｇの外周縁は、全周において、面光源装置の有効発光部Ｆの外周縁から０．５ｍｍ内側に位置していた。

以上のようにして得られた液晶表示装置について、面光源装置を点灯させ液晶表示素子を駆動して表示部Ｇを目視により正面及び斜め方向から観察したところ、一次光源側両隅端部の輝度低下や目立って見える現象などは視認されず、良好な表示画像品位が得られた。

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一部切欠部分斜視図である。 図１の面光源装置の一部切欠平面図である。 光偏向素子による光偏向の様子を示す模式図である。 図１の面光源装置と透過型液晶表示素子とからなる液晶表示装置の模式的部分断面図である。 一次光源と導光体光出射面の各光拡散性領域との関係を示す模式図である。 導光体隅部の低輝度領域の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。 導光体の変形例の説明図である。

符号の説明

１ 一次光源
１ａ 発光管
１ｂ ソケット
２ 光源リフレクタ
３ 導光体
３１ 光入射端面
３２ 側端面
３３ 光出射面
３４ 裏面
４ 光偏向素子
４１ 入光面
４２ 出光面
５ 光反射素子
７ 枠体
８ 液晶表示素子
８１ 画像形成部
８２ フレーム部
Ａ 一般光拡散性領域
Ｂ 高光拡散性領域
Ｃ 中間光拡散性領域
Ｄ 低輝度領域
Ｆ 有効発光部
Ｆ’ 有効発光部外領域
Ｇ 表示部

Claims (17)

1. 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及び該光出射面の反対側の裏面を有する導光体とを備えた面光源装置であって、
   前記導光体の前記光出射面の周縁部を覆い且つ前記面光源装置の有効発光部を画定する枠体を備えており、前記導光体の前記光出射面及び裏面のうちの少なくとも一方は光拡散性を有しており、前記光出射面及び裏面のうちの前記光拡散性を有するものの少なくとも一方には、前記一次光源の発光部に対応する領域以外の領域であって前記光入射端面またはそれに隣接する側端面に近接する領域の少なくとも一部に、前記有効発光部に対応する領域の大部分を占める一般光拡散性領域より光拡散性の高い高光拡散性領域が形成されており、該高光拡散性領域は大部分が前記有効発光部に対応する領域外及び／または前記一次光源の非発光部に対応する低輝度領域内に位置していることを特徴とする面光源装置。
2. 前記高光拡散性領域と前記一般光拡散性領域との間にはこれらの領域の中間の光拡散性を持つ中間光拡散性領域が位置していることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記高光拡散性領域の少なくとも一部は、前記導光体の前記光入射端面の側の少なくとも１つの隅部或いはその近傍に対応して位置し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。
4. 前記光拡散性は、前記光出射面及び裏面のうちの少なくとも一方の粗面化により付与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。
5. 更に、前記導光体の光出射面上に配置され、且つ前記光出射面から出射する光が入光する入光面及びその反対側の出光面を有する光偏向素子を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置。
6. 前記光偏向素子は前記入光面に前記導光体の光入射端面に沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列を備えており、該プリズム列のそれぞれは前記導光体の光出射面からの光が入射する第１のプリズム面と入射した光が内面反射される第２のプリズム面とを有することを特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。
7. 前記一次光源は、線状をなすものであり、少なくとも一方の端部に前記導光体の光入射端面に対向して位置する非発光部を有す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。
8. 前記高光拡散性領域の少なくとも一部は前記一次光源の非発光部に対応して位置していることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
9. 前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の平均値が８度以上２５度以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の面光源装置。
10. 前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が３０％以上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。
11. 前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａが０．３５μｍ以上０．６μｍ以下であ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。
12. 前記高光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚが３．５μｍ以上１２μｍ以下であ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。
13. 前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の平均値が４度以上１２度以下であることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
14. 前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測した傾斜角の度数分布において、傾斜角１０度以上の成分が５％以上４０％以下であることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
15. 前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲａが０．１８μｍ以上０．４３μｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
16. 前記中間光拡散性領域は、超深度形状測定顕微鏡で計測したＲｚが１．６μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
17. 請求項１〜１６のいずれかに記載の面光源装置を構成している前記導光体。

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