JP2006108032A - 面光源装置用導光体及びその製造方法並びに面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光体薄型化に伴う導光体光入射端面近傍領域での輝度むらが視認されにくく、光入射端面近傍での斜光発生が少ない面光源装置のための導光体を提供する。
【解決手段】 一次光源１から発せられる光が入射する光入射端面３１及び導光される光が出射する光出射面３３及びその反対側の裏面３４を有する導光体３であって、光入射端面３１と光出射面３３とのなす角度が８８．２度以上８９．６度以下であり、光入射端面３１と裏面３４とのなす角度が８９．４度以上９１．０度以下であり、光入射端面３１は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の略厚さ方向の平均傾斜角が３度以上１２度以下である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エッジライト方式の面光源装置並びにそれに用いる導光体及びその製造方法に関するものであり、特に、輝度むら等の光学的不具合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求されている。

一方、面光源装置では、その薄型化も要請されており、この要請に応ずるために導光体の薄型化が必要である。エッジライト方式の面光源装置では、一次光源から導光体の光入射端面に入射した光は、その一部が光出射面または裏面に対して全反射臨界角以上の入射角で入射して内面全反射により導光され、他の一部が光出射面に全反射臨界角より小さい角度で入射し、その一部が光出射面から出射する。導光体が薄型化（例えば厚さ０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度）するに従い、一次光源から発せられた光が導光体の光出射面の光入射端面近傍領域で出射する場合に、光入射端面からの距離に関して周期的に高輝度部分（輝線または明帯）と低輝度部分（暗線または暗帯）とが現れる。この現象は額縁幅が大きい場合には実際上は特に問題とならないが、上記のような小額縁幅の面光源装置では特にこの影響による輝度むらが視認されやすいという問題となる。

このような光入射端面の近傍での輝度むら発生は、一次光源から導光体光入射端面を介して導光体内へと導入された光の分布の不均一に起因している。この光分布不均一の原因の１つに、導光体光入射端面の形態の如何が挙げられる。そこで、以上のような輝度むら発生を防止するための手法として、例えば特開２０００−２１４３３４号公報（特許文献１）には、光入射端面と光出射面とのなす角度を例えば９３度以下の鈍角に形成し、光入射端面と導光体の光出射面と反対側の主面である裏面とのなす角度を例えば８９．４２３３度に形成することが開示されている。また、例えば特開平１０−３１９３３９号公報（特許文献２）には、光入射端面と光出射面とのなす角度を光入射端面と裏面とのなす角度と等しくし、その角度として例えば８０度以上９０度未満に形成することが開示されている。また、例えば特開平７−１９８９５６号公報（特許文献３）には、導光体裏面の光入射端面の近傍の領域に、一次光源の映り込みを防止する手段として、光入射端面から離れるに従って導光体厚みが増加することとなるような傾斜とされた逆傾斜部を形成することが開示されている。

更に、以上のような光入射端面の近傍での輝度むら発生は、光入射端面の表面性状とも関連している。そこで、以上のような輝度むら発生を防止するための手法として、例えば特開平９−１６００３５号公報［特許第３２５３００１号公報］（特許文献４）には、光入射端面の光出射面と平行な方向の算術平均粗さＲａを０．０５〜０．３μｍとすることが開示されている。また、例えば特開２００１−８３５１２号公報（特許文献５）には、光入射端面の算術平均粗さＲａを０．０５〜０．３μｍとし、しかも導光体厚み方向の粗さの程度より光出射面と平行な方向の粗さの程度を粗くすることが開示されている。また、例えば特開２００２−３２４４２４号公報（特許文献６）には、光入射端面の最大高さＲｙを３〜５μｍ、平均粗さＲａを０．３以上０．６以下とし、そのために光入射端面を例えば梨地面からなるものとすることが開示されている。更に、例えば特開２０００−３０６４１０号公報（特許文献７）には、光入射端面に光出射面と平行な方向に沿って形成された頂角１６０〜１７５度のプリズムを形成することが開示されている。
特開２０００−２１４３３４号公報 特開平１０−３１９３３９号公報 特開平７−１９８９５６号公報 特開平９−１６００３５号公報［特許第３２５３００１号公報］ 特開２００１−８３５１２号公報 特開２００２−３２４４２４号公報 特開２０００−３０６４１０号公報

上記特許文献４〜特許文献７の手法によれば、光入射端面の表面性状を特定のものとすることで、光入射端面近傍での輝度むらが低減される。

しかしながら、小額縁幅の面光源装置における導光体薄型化に伴う問題は、上記のもの以外にも存在する。即ち、一次光源から発せられた光が導光体の光入射端面と光出射面との境界をなす導光体稜線において二次的な光源として機能することによる影響として、光入射端面近傍にて面光源装置の発光面からその法線方向に対し傾いた斜め方向に特異的に強い光出射（斜光発生）が行われて、液晶表示装置のバックライトとして使用した場合に、表示画像の品位を低下させることがある。

上記特許文献４〜７の手法では、このような事象を十分に抑制することができない。

また、上記特許文献３の手法は、体積領域で光を散乱させる光散乱型の導光体についてのみ有効なものである。また、上記特許文献１または２の手法のみでは、一次光源の映り込み等の輝度むらの発生及び斜光発生の双方に十分に対処することができない。

本発明は、導光体薄型化に伴う導光体光入射端面近傍領域での輝度むらが視認されにくく、光入射端面近傍での斜光発生が少ない面光源装置及びそれに用いる導光体を提供することを目的とする。

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その反対側の裏面を有する導光体であって、
前記光入射端面と前記光出射面とのなす角度が８８．２度以上８９．６度以下であり、前記光入射端面と前記裏面とのなす角度が８９．４度以上９１．０度以下であり、
前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の略厚さ方向の平均傾斜角が３度以上１２度以下であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる傾斜角の度数分布における傾斜角２０度以上の成分の存在割合が４０％以下である。本発明の一態様においては、前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の厚さ方向の中心線平均粗さＲａが０．２μｍ以上０．４μｍ以下である。本発明の一態様においては、前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の厚さ方向の十点平均粗さＲｚが０．７μｍ以上２．０μｍ以下である。本発明の一態様においては、前記光入射端面は、粗面、前記導光体の厚さ方向と直交する方向に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備え且つその断面形状に曲線を含むレンズ列形成面、または前記導光体の厚さ方向と直交する方向に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備え且つ該レンズ列の少なくとも一部を粗面化してなる粗面化レンズ列形成面である。本発明の一態様においては、前記光出射面は粗面からなる。本発明の一態様においては、前記裏面は、前記光入射端面と略直交する方向に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備えたレンズ列形成面である。

また、本発明によれば、上記の課題を解決するものとして、
以上のような面光源装置用導光体の光入射端面に対向して前記一次光源が配置されており、更に、前記導光体の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が前記導光体の光出射面上に配置され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光源または点状光源からなる。

また、本発明によれば、上記の課題を解決するものとして、
以上のような面光源装置用導光体を製造する方法であって、透光性合成樹脂を型部材を用いて成形することで該型部材の表面の形状転写により前記導光体に対応する導光素材を得、これにより該導光素材の前記光出射面及び裏面に対応する面を該光出射面及び裏面と同等に形成し、次いで前記導光素材の前記光入射端面に対応する面を切削加工することで前記光入射端面を形成して前記面光源装置用導光体を得ることを特徴とする、面光源装置用導光体の製造方法、
及び、
以上のような面光源装置用導光体を製造する方法であって、透光性合成樹脂を型部材を用いて成形することで該型部材の表面の形状転写により前記光出射面、裏面及び光入射端面を形成して前記面光源装置用導光体を得ることを特徴とする、面光源装置用導光体の製造方法、
が提供される。

以上のような本発明によれば、光入射端面と光出射面とのなす角度を８８．２度以上８９．６度以下とし、光入射端面と裏面とのなす角度を８９．４度以上９１．０度以下とし、光入射端面の略導光体厚さ方向の平均傾斜角を３度以上１２度以下とすることで、面光源装置において、導光体薄型化に伴う導光体光入射端面近傍領域での輝度むらが視認されにくくなり、且つ光入射端面近傍での斜光発生を低減することができる。

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斜視図であり、図２はその部分断面図である。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とを含んで構成されている。

導光体３は、大略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面と略平行な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としている。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内へと導入される。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一次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に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の双方に直交する面（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。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の主面に形成され指向性光出射機構を構成する粗面やレンズ列は、平均傾斜角θａ’が０．５〜１５度の範囲のものとすることが、光出射面内での輝度の均斉度の向上をはかる点から好ましい。平均傾斜角θａ’は、更に好ましくは１〜１２度の範囲であり、より好ましくは１．５〜１１度の範囲である。尚、平均傾斜角の測定方法については、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（略Ｘ方向）に延びる多数のレンズ列を配列したレンズ列形成面と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（略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ＹＺ面での指向性を制御するための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。

図３は、本実施形態における導光体３の部分拡大断面図である。導光体３は、光入射端面３１と光出射面３３とのなす角度がθ１であり、光入射端面３１と裏面３４とのなす角度がθ２である。尚、これらの角度θ１，θ２は、光入射端面３１とその近傍たとえば５ｍｍ以内における光出射面３３または裏面３４とのなす角度を指すものとする。また、導光体３は、光入射端面３１の方が厚いくさび形状をなしており、くさび角がθ３である。このくさび角θ３は、Ｘ方向に関して平均的な光出射面３３と裏面３４とのなす角度を指すものとする。角度θ１は、８８．２度以上８９．６度以下、好ましくは８８．６度以上８９．０度以下である。角度θ２は、８９．４度以上９１．０度以下、好ましくは９０．０度以上９０．５度以下である。角度θ１，θ２がこれらの範囲から外れると、斜光発生及び輝度むらが目立つようになる傾向にある。くさび角θ３は、例えば０．１度以上１．０度以下である。

光入射端面３１は、導光体３の略厚さ方向の平均傾斜角θａが３°以上１２°以下である。光入射端面３１の略導光体厚さｄの方向（略Ｚ方向：図２参照）の平均傾斜角θａをこの範囲内とすることで、ＸＺ面内での光の広がりが適正に調節され、特に導光体光出射面３３の光入射端面近傍の領域からの光出射（光量及び出射角分布）が適正になり、導光体薄型化に伴う光入射端面近傍領域での輝度むらが視認されにくくなる。平均傾斜角θａが３°未満であると導光体光入射端面の近傍の領域からの出射光量が少なくなりこの領域の輝度が低くなりすぎ、他方、平均傾斜角θａが１２°を越えると導光体光入射端面の近傍の領域からの出射光量が多くなりこの領域の輝度が高くなりすぎ、更に光入射端面近傍での斜め方向の特異的光出射を低減することができにくくなる。光入射端面３１の導光体３の略厚さ方向の平均傾斜角θａは、好ましくは５°以上１１°以下であり、より好ましくは６°以上９°以下である。

平均傾斜角θａは、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から得ることができる。即ち、平均傾斜角は、超深度形状測定顕微鏡を用いて導光体３の光入射端面などの面の中心線平均粗さＲａ及び十点平均粗さＲｚを測定し、測定範囲内のＲａ，Ｒｚを読み取り、この測定範囲についてスムージング０２の条件で断面曲線を抽出し、各測定点（この測定条件で１回に測定可能な範囲は１１０μｍ程度なので、導光体光入射端面の導光体厚み方向に関する両端の５０μｍを除く領域にて等間隔に５箇所測定を行う）における傾斜角の絶対値を求め、これらを平均することで、得ることができる。

以上のような平均傾斜角θａと共に、測定点での傾斜角の度数分布もまた、面光源装置の光出射特性に影響を与える。特に、光入射端面近傍での斜め方向の特異的光出射の発生には、上記の超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる傾斜角の度数分布における主として傾斜角２０°以上の成分の存在割合が影響している。この存在割合が４０％以下であることが、面光源装置の光入射端面近傍での斜め方向の特異的光出射を低減するためには、好ましい。上記超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる傾斜角の度数分布における傾斜角２０°以上の成分の存在割合は、より好ましくは３０％以下であり、更に好ましくは２０％以下である。

以上のような光入射端面３１は、例えば粗面からなる。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ができる。ＸＹ面内での光の広がりの調節のためには略Ｚ方向の加工方向を採用して略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。その他の多数の互いに異なる加工方向を組み合わせることで、方向性のない粗面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、透光性合成樹脂を型部材を用いて導光体に成形する金型装置において型部材の光入射端面転写形成のための面に対応転写形成面を形成しておき、これを成形時に透光性合成樹脂に転写することで施してもよい。

また、光入射端面３１としては、粗面に代えて、導光体の厚さ方向（Ｚ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に延びた複数のレンズ列を互いに平行に配列したレンズ列形成面からなるものとすることができる。レンズ列としては、プリズム列を使用することができる。このレンズ列は、そのＸＺ断面形状に曲線を含むものであることが、光拡散効果の点から好ましい。図４に、そのようなレンズ列を形成した光入射端面の断面形状の模式的拡大図を示す。この例では、レンズ面３１ａは、曲率半径Ｒで外方に凸の曲面とされており、頂角φでピッチＰの三角プリズム形状に対して最大距離ｄを有する。このような光入射端面のレンズ列形成面の形成方法としては、フライス工具等で切削する方法が好適である。このレンズ列形成面の加工は、導光体の光入射端面に直接施すこともできるが、透光性合成樹脂を型部材を用いて導光体に成形する金型装置において型部材の光入射端面転写形成のための面に対応転写形成面を形成しておき、これを成形時に透光性合成樹脂に転写することで施してもよい。

更に、光入射端面３１としては、導光体の厚さ方向（Ｚ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備えたレンズ列形成面であって、レンズ列の少なくとも一部を粗面化してなる粗面化レンズ列形成面からなるものとすることができる。この粗面化レンズ列形成面の粗面化は、サンドペーパー、バフ等で研磨する方法、ブラスト加工、電解研磨、化学研磨等による方法が挙げられる。これらの粗面加工は、導光体のレンズ列の形成された光入射端面に直接施すこともできるが、透光性合成樹脂を型部材を用いて導光体に成形する金型装置において型部材の光入射端面転写形成のための面に対応転写形成面を形成しておき、これを成形時に透光性合成樹脂に転写することで施してもよい。

以上のように、面光源装置用導光体の製造方法の１つでは、透光性合成樹脂を型部材を用いて成形することで該型部材の表面の形状転写により導光体に対応する導光素材を得る。これにより導光体の光出射面及び裏面に対応する導光素材の面を光出射面及び裏面と同等に形成する。次いで、導光体の光入射端面に対応する導光素材の面を切削加工することで光入射端面を形成して面光源装置用導光体を得る。また、面光源装置用導光体の製造方法の他の１つでは、透光性合成樹脂を型部材を用いて成形することで該型部材の表面の形状転写により光出射面、裏面及び光入射端面を形成して前記面光源装置用導光体を得る。

光入射端面３１は、また、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる導光体の厚さ方向の中心線平均粗さＲａが０．２μｍ以上０．４μｍ以下であることが好ましく、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の厚さ方向の十点平均粗さＲｚが０．７μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。このような範囲内とすることで、上記平均傾斜角θａ及び傾斜角の度数分布における傾斜角２０°以上の成分の存在割合を所定の範囲内とすることが容易になる。

また、光入射端面３１の表面性状は、長手方向即ち導光体厚さ方向（Ｚ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に関して、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。ここで、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２に示したようなくさび形状のものに限定されるものではなく、略均一厚さのもの（即ちθ３＝０）も使用できる。

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５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。

図６に、参考のために、導光体光出射面の特に光入射端面の近傍の領域からの光出射の様子を模式的に示す。また、図７に、参考のために、面光源装置の光偏向素子出光面の特に導光体光入射端面の近傍の領域からの光出射の様子を模式的に示す。図６及び図７に示されているように、導光体光出射面３３の中央部の領域（光入射端面近傍以外の領域）では、図６に示されているように、光入射端面３１から入射した光のピーク光は光出射面３３に対して角度αなして出射し、光偏向素子４に一方のプリズム面から入射し他方のプリズム面で内面反射されて、出光面法線方向に出射する。これに対して、導光体光出射面３３の光入射端面近傍の領域では、ピーク光は光出射面３３に対して角度βをなして出射し、光偏向素子４に一方のプリズム面から入射し、角度βの大きさに応じて、光偏向素子４の他方のプリズム面での内面反射を受け或いは受けることなく、出光面に対して角度γをなして出射する。

上記角度βは、導光体の光入射端面３１の形態、例えば光出射面３３及び裏面３４のそれぞれとなす角度θ１，θ２による影響、更には表面性状による影響とくにＸＺ面内での平均傾斜角θａ及び傾斜角度数分布の影響を受ける。

角度θ１，θ２が過度に大きいと、角度βが角度αより小さくなり、この領域からの出射光量が少なくなり、このため、この領域の輝度が過度に低下して輝度均斉度が低下しやすい。角度θ１，θ２が過度に小さいと、角度βが角度αより大きくなり、この領域からの出射光量が大きくなり、このため、この領域の輝度が過度に増加して輝度均斉度が低下しやすい。角度βが角度αより大きくなると、光偏向素子４に入射した光がプリズム面の内面反射を受けずに屈折作用のみを受けて出光する成分が現れる。この成分が多くなりすぎると、上記光入射端面近傍領域での斜め方向の特異的光出射が目立つようになる。

更に、平均傾斜角θａが過度に小さいと、角度βが角度αより小さくなり、この領域からの出射光量が少なくなり、このため、この領域の輝度が過度に低下して輝度均斉度が低下しやすい。平均傾斜角θａが過度に大きいと、角度βが角度αより大きくなり、この領域からの出射光量が大きくなり、このため、この領域の輝度が過度に増加して輝度均斉度が低下しやすい。角度βが角度αより大きくなると、光偏向素子４に入射した光がプリズム面の内面反射を受けずに屈折作用のみを受けて出光する成分が現れる。この成分が多くなりすぎると、上記光入射端面近傍領域での斜め方向の特異的光出射が目立つようになる。

また、傾斜角の度数分布における傾斜角２０°以上の成分の存在割合が過度に大きいと、光偏向素子４に入射した光がプリズム面の内面反射を受けずに屈折作用のみを受けて出光する成分が多くなりすぎ、上記光入射端面近傍領域での斜め方向の特異的光出射が目立つようになる。

このため、本発明では、光入射端面近傍領域で中央部と同等またはそれに近い光出射状態を実現すべく、角度θ１，θ２の範囲、及び平均傾斜角θａの範囲更には傾斜角の度数分布における傾斜角２０°以上の成分の存在割合の範囲を上記特定範囲としており、これにより輝度均斉度を維持し且つ光入射端面近傍領域での斜め方向の特異的光出射の発生を抑制している。

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。一次光源１としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状の光源を使用することもでき、特に複数の点状光源を適宜の間隔をもって配置したものを使用することができる。

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及び光偏向素子４の粗面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及び光反射素子５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２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。液晶表示装置は、図２における上方から観察者により観察される。

以下、実施例及び比較例により本発明を説明する。

実施例１：
本実施例では図１〜５の実施形態で説明した導光体及びそれを用いた面光源装置を製造した。

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−ズを用いてブラスト処理を行なった。

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、頂角１００°、頂部先端曲率半径１５μｍ、ピッチ５０μｍのプリズム列を連設したプリズム列形成面を転写形成するための転写面を切削加工により形成した。

以上のようにして得られた２つの型部材を用いて透明アクリル樹脂の射出成形を行い、２３０ｍｍ×２９０ｍｍの長方形で、厚さが一方の長辺の側から他方の長辺の側へと２．２ｍｍから０．７ｍｍまで連続的に変化するくさび形状（くさび角θ３＝０．３７°）で、一方の主面が粗面化され、他方の主面がプリズム列形成面とされた導光素材を得た。

この導光素材の長さ２９０ｍｍの辺（長辺）に対応する一方の側端面（厚さ２．２ｍｍの側の端面）を、切削機を用いて主面と平行な方向に切削加工して、粗面化した。これにより、光入射端面を形成し、導光素材の粗面化主面からなる光出射面と導光素材のプリズム列形成面からなる裏面（プリズム列は光入射端面と略垂直の方向に延在）とを有する導光体を得た。光入射端面と光出射面とのなす角度θ１は８８．９°であり、光入射端面と裏面とのなす角度θ２は９０．０°であった。得られた導光体の光入射端面について、略導光体厚み方向に表面粗さを測定した。

測定には、超深度形状測定顕微鏡（キーエンス社製のＶＫ−８５００［商品名］）を用いた。先ず、導光体３の光入射端面３１の略導光体厚み方向の中心線平均粗さＲａ及び十点平均粗さＲｚを測定し、測定範囲内のＲａ，Ｒｚを読み取った。対物レンズは１００倍を使用した。この測定範囲について、導光体厚み方向の断面形状を、スムージング条件（単純平均±２）で抽出し、各測定点における傾斜角の絶対値を求め、平均することで、平均傾斜角θａを得た。尚、この測定条件で１回に測定可能な範囲は１１０μｍ程度なので、導光体光入射端面の導光体厚み方向に関する両端の５０μｍを除く領域にて等間隔に５箇所測定を行い、各パラメーターについて、平均値を求めた。結果を表１に示す。

導光体３の光入射端面３１に対向するようにして、導光体３の長手方向に沿って冷陰極管からなる一次光源１を配置し、光源リフレクタ２（麗光社製銀反射フィルム）で覆った。その他の側端面に光拡散反射フィルム（東レ社製Ｅ６０［商品名］）を貼付し、導光体３のプリズム列形成面とされた裏面３４に対向するように光散乱反射シートからなる光反射素子５を配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。この面光源装置は、出射光光度分布（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、片方のプリズム面の曲率半径が１０００μｍである凸曲面形状で、他方のプリズム面が平面形状で、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を作製した。得られたプリズムシートからなる光偏向素子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３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３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載置した。

さらに、光偏向素子４の上に液晶表示素子（ＬＣＤ）を配置した。

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を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域での輝度むらや導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射は認められなかった。

図８に面光源装置の法線輝度の測定結果を示す。法線輝度は導光体光入射端面３１の方へと進むに従い滑らかに低下しており、このような輝度分布の場合には輝度むらは視認されなかった。

実施例２：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の切削工具の角度を僅かに変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。

導光体は、光入射端面と光出射面とのなす角度θ１が８８．７°であり、光入射端面と裏面とのなす角度θ２が９０．３°であった。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域での輝度むらや導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射は認められなかった。

図９に面光源装置の法線輝度の測定結果を示す。法線輝度は導光体光入射端面３１の方へと進むに従い滑らかに低下しており、このような輝度分布の場合には輝度むらは視認されなかった。

尚、導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚは、実施例１と同等であった。

実施例３〜５：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の切削工具の角度を僅かに変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。

導光体は、光入射端面と光出射面とのなす角度θ１が８８．５°（実施例３），８８．３°（実施例４），８９．１°（実施例５）であり、光入射端面と裏面とのなす角度θ２が９０．７°（実施例３），９０．８°（実施例４），８９．９°（実施例５）であった。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域での輝度むらや導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射は殆ど認められなかった。

図１０（実施例３）、図１１（実施例４）及び図１２（実施例５）に、面光源装置の法線輝度の測定結果を示す。法線輝度は導光体光入射端面３１の方へと進むに従い比較的滑らかに低下しており、このような輝度分布の場合には輝度むらは殆ど視認されなかった。

尚、導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚは、実施例１と同等であった。

比較例１〜３：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の切削工具の角度を変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。

導光体は、光入射端面と光出射面とのなす角度θ１が８８．１°（比較例１），８７．９°（比較例２），８７．７°（比較例３）であり、光入射端面と裏面とのなす角度θ２が９０．９°（比較例１），９０．９°（比較例２），９１．０°（比較例３）であった。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域での輝度むら及び導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射が認められた。

図１３（比較例３）、図１４（比較例４）及び図１５（比較例５）に、面光源装置の法線輝度の測定結果を示す。法線輝度は導光体光入射端面３１の方へと進むに従い比較的大きな変化率で変化しており、このような輝度分布の場合には輝度むらが視認された。

尚、導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚは、実施例１と同等であった。

実施例６：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の仕上げの切削速度をやや遅めの速度に変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。実施例１と同様にして得た導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚの測定結果を表１に示す。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域での輝度むらや導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射は認められなかった。

実施例７：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の仕上げの切削速度をやや速めの速度に変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。実施例１と同様にして得た導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚの測定結果を表１に示す。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域での輝度むらや導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射は殆ど認められなかった。

比較例４：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の仕上げの切削速度を非常に遅めに変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。実施例１と同様にして得た導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚの測定結果を表１に示す。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域の輝度は他の部分より低く暗い帯となって観察され、輝度均斉度が低かった。また、導光体光入射端面３３の近傍での斜め方向の特異的光出射が認められた。

比較例５：
導光素材の長辺に対応する一方の側端面の粗面化のための切削機による切削加工の際の仕上げの切削速度を非常に速めの速度に変更したこと以外は、実施例１と同様に実施して、面光源装置を得た。実施例１と同様にして得た導光体光入射端面の平均傾斜角θａ、傾斜角２０°以上の成分の存在割合、Ｒａ及びＲｚの測定結果を表１に示す。

得られた面光源装置について、一次光源１を点灯させて発光面を目視により観察したところ、導光体光入射端面３３からＸ方向に３０ｍｍ程度までの領域の輝度は他の部分より高く明るい帯となって観察され、輝度均斉度が低かった。

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斜視図である。 図１の面光源装置の部分断面図である。 導光体の部分拡大断面図である。 導光体の部分拡大断面図である。 光偏向素子における光偏向の様子を示す模式図である。 導光体光出射面の特に光入射端面の近傍の領域からの光出射の様子を示す模式図である。 光偏向素子出光面の特に導光体光入射端面の近傍の領域からの光出射の様子を示す模式図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。 面光源装置の法線輝度の測定結果を示す図である。

符号の説明

１ 一次光源
２ 光源リフレクタ
３ 導光体
３１ 光入射端面
３１ａ プリズム面
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
８ 液晶表示素子

Claims (12)

1. 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その反対側の裏面を有する導光体であって、
   前記光入射端面と前記光出射面とのなす角度が８８．２度以上８９．６度以下であり、前記光入射端面と前記裏面とのなす角度が８９．４度以上９１．０度以下であり、
   前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の略厚さ方向の平均傾斜角が３度以上１２度以下であることを特徴とする面光源装置用導光体。
2. 前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる傾斜角の度数分布における傾斜角２０度以上の成分の存在割合が４０％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用導光体。
3. 前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の厚さ方向の中心線平均粗さＲａが０．２μｍ以上０．４μｍ以下であ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用導光体。
4. 前記光入射端面は、超深度形状測定顕微鏡による計測に基づき得られる前記導光体の厚さ方向の十点平均粗さＲｚが０．７μｍ以上２．０μｍ以下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面光源装置用導光体。
5. 前記光入射端面は、粗面、前記導光体の厚さ方向と直交する方向に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備え且つその断面形状に曲線を含むレンズ列形成面、または前記導光体の厚さ方向と直交する方向に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備え且つ該レンズ列の少なくとも一部を粗面化してなる粗面化レンズ列形成面であ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用導光体。
6. 前記光出射面は粗面からな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用導光体。
7. 前記裏面は、前記光入射端面と略直交する方向に互いに平行に延びた複数のレンズ列を備えたレンズ列形成面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用導光体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の面光源装置用導光体の光入射端面に対向して前記一次光源が配置されており、更に、前記導光体の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が前記導光体の光出射面上に配置されていることを特徴とする面光源装置。
9. 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８に記載の面光源装置。
10. 前記一次光源は線状光源または点状光源からなることを特徴とする、請求項８〜９のいずれかに記載の面光源装置。
11. 請求項１〜７のいずれかに記載の面光源装置用導光体を製造する方法であって、透光性合成樹脂を型部材を用いて成形することで該型部材の表面の形状転写により前記導光体に対応する導光素材を得、これにより該導光素材の前記光出射面及び裏面に対応する面を該光出射面及び裏面と同等に形成し、次いで前記導光素材の前記光入射端面に対応する面を切削加工することで前記光入射端面を形成して前記面光源装置用導光体を得ることを特徴とする、面光源装置用導光体の製造方法。
12. 請求項１〜７のいずれかに記載の面光源装置用導光体を製造する方法であって、透光性合成樹脂を型部材を用いて成形することで該型部材の表面の形状転写により前記光出射面、裏面及び光入射端面を形成して前記面光源装置用導光体を得ることを特徴とする、面光源装置用導光体の製造方法。

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