JP2009087824A - 面光源素子およびこれに用いる光制御部材並びにこれらを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】線光源が、相対する導光板の辺より短い場合でも、輝度均一性の高い面光源素子を提供すること。
【解決手段】導光板１の入射端面８より短い発光長を有する線光源４ａを備える導光型の面光源素子１０において、前記出射面６および前記底面７の少なくとも一方の面では、台形形状の凸条２と凹条３とが交互に配列されており、当該導光板１の出射面６もしくは底面７の少なくとも一方の面にコーナーから、所定距離だけ離れた位置に中心を持つ略円形の領域に光制御機能を有する局所パターン１１を備えることを特徴とする面光源素子１０により前記課題は解決される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の線状光源を有するエッジライト方式の面光源素子と、それを備えた画像表示装置に関するものであり、特に輝度均一性が要求される液晶ディスプレイ装置、照明看板装置等に用いられるエッジライト方式の面光源素子とそれを備えた画像表示装置に関するものである。

例えば、画像表示装置に用いられる面光源素子では、エッジライト方式と直下方式の二つのタイプがあるが、エッジライト方式の面光源素子は線状光源が導光板の側面にあるため、直下方式の面光源素子に比べて薄型化を図るのに有効であるという特徴を備え、携帯用ノートパソコンやモニター等の表示部として広く使用されている。

このようなエッジライト方式の面光源素子では、透明樹脂等で作製された通常矩形状の主面を有する導光板が用いられている。この導光板は、主面の一方である出射面とこの出射面に対向する別の主面である底面との間に、線状光源又は点状光源などの一次光源が配置される入射端面を有している。一次光源から出射した光は導光板の入射端面から導光板内部に入射し、導光板内部を導光したり、導光板の底面に付与された散乱ドット（白色ドット）にて散乱したり、あるいは一旦導光板の底面から出射して底面に対向して反射面を配した反射シートで散乱して再度導光板に入射したり、などの過程を経て、出射面から液晶表示素子部に向けて出射される。

導光板の底面に散乱ドット（白色ドット）を印刷した印刷ドット方式の導光板では、このドットの大きさ、密度等を調整することにより視認方向の輝度分布が均一になるように調整されている。これにより、一次光源から出射した光は入射端面から導光板に入射し、この入射光は、導光板内部を導かれつつ出射面から液晶表示素子部に向けて出射される。

このような印刷ドット方式の導光板を用いた面光源素子では散乱ドットでの光散乱を利用しているため、導光板から出射した光は広い角度に広がった配光分布を示し、面光源素子として重要な正面方向への配向と輝度が充分に得られない。そこで、導光板から出射された光を正面方向に集光させて高輝度化を図るため、拡散シートを複数枚使用したり、拡散シートに加えて、さらにプリズムシート（指向性シート）を用いたりしている。

拡散シートはシートの片面もしくは両面に拡散性の微粒子を分散した液を塗布したり、微粒子を分散させた樹脂をシート状に成形したりして作製した内部や表面に拡散性の微粒子を分散したシートで、シートに入射した光をランダムに分散した拡散性の微粒子によって拡散する。例えば、表面塗布型の拡散シートの表面を観察すると拡散性の微粒子が塗布されている領域と塗布されていない平坦面が微視的に混在されている。このような拡散シートは、拡散シートの正面方向から入射してくる光に対しては散乱効果を小さく、正面方向に対して大きな入射角で入射する光に対しては大きな散乱効果を発現する。

印刷ドット方式の導光板の出射面から出射した光は、すべての方向にほぼ一様に分布している。当該導光板の上に前述の拡散シートを１枚載せた場合、正面方向近傍に出射された光はそのまま透過してゆき、正面方向に対して４０°以上に出射している光の一部は当該拡散シートにより正面方向に偏向されるため、正面方向の輝度が若干増加する。

しかしながら、拡散シートの微粒子はランダムな方向に光を拡散するため、拡散シートは入射した光を目的とする方向に機能的に分配する能力が低い。すなわち、望ましい正面方向への出光割合を効率的に高めることは困難である。正面方向への一層の偏向を期待して拡散シートを複数枚重ねて使用しても、拡散シートから出射した光の配光分布は一層等方的になってしまうため視野角特性の改善に結びつかないばかりか、輝度の低下を招く。

一方プリズムシートは、より効率的に正面輝度を高めることができる。しかしながらプリズムの尖った頂部に外観品位低下の原因となる傷が入り易い。頂部を曲面に変更したプリズムシートも開発されているが正面輝度向上の機能は低下する。また、プリズムシートの出射光は図６に示すように、３０°付近で輝度が急激に低くなり、５０°以上で輝度の高い領域が発生するため好ましい画像品位とならない、エネルギー効率が下がる、などの問題がある。前記したような出射光の不自然な角度分布を、斜め方向に広角度になるに従い単調に輝度が低下する自然な分布へと変更する為、またプリズムシートの傷付き防止の為に、拡散シートをプリズムシートの出射面側に配置することが必須であり、輝度の低下、生産効率の低下およびコストアップを招いている。更に、これら光学シートの部品点数が増えるに従って素子の薄型化が困難になるという問題もある。そのためこれらのシートは１００〜３００μｍといった薄型のものが用いられているが、薄くすることにより皺が発生しやすく組立工程での不良品発生の原因となるばかりか、特にプリズムシートの皺発生が面光源素子の照明品位を著しく低下させる。

また、高輝度化におけるこのような部品点数の増大を避けるため、導光板の出射面、出射面に対向する底面等にプリズムを形成させることにより、出射面から出射させる光を視認方向に向ける提案がなされている（特許文献１〜３参照）。
例えば、特許文献１には、入射端面に対して直角又は傾斜している凸条（又は凹条の溝列）を出射面に配設させた導光板が提案されている。このような導光板では、導光板内に導入された光が導光板の奥まで導かれることにより、入射端面に対して溝列が直角方向になるように設置される下側敷設用のプリズムシート（指向性シート）を省略することができる。また、この特許文献１によれば、上述の凸条（又は凹条の溝列）を交差させることにより、２枚のプリズムシートが省略できることが提案されている。

また、特許文献２，３には、プリズム光学素子一体型導光板が開示されている。このようなプリズム光学素子一体型導光板では、出射面および底面にそれぞれ交差する方向のＶ字状の溝列を有している。これにより、入射端面より入射した光を底面に取入れてその反射光を出射面方向に効率よく反射させている。また、出射面に形成されたプリズムを介して出射面より出射すると、入射端面に垂直な方向で入射された入射光が出射面に垂直またはそれに近い角度で出射できる。

また、線光源と導光板を組み合わせた面光源素子において、コーナー部が暗部として認識され（例えば特許文献４参照）、特に線光源の発光長さが相対する導光板の入射端面より短い場合はその影響が顕著であり画面品位を著しく低下させることが知られている（例えば特許文献５参照）。この問題に関して、特許文献４においてはコーナーから同心円状に拡散処理を施す事で、輝度低下を補償することが提案されている。

しかし、特許文献６によれば、Ｖ字状の溝列を有するプリズム光学素子一体型導光板を用いたエッジライト方式の面光源装置では、鉛直方向（法線方向）への光出射が困難であるのに加えて、視野角が狭くなるという課題があった。また、場合によっては、視認する角度により、輝度の明暗が顕著であるため、表面にギラツキが目立つだけでなく、導光板のコーナー部を斜めから視認した時に暗線状のラインが見えて表面品位を低下させるという課題があった。それ故、このようなプリズム光学素子一体型導光板では、拡散シートを１枚乃至は２枚使用して、鉛直方向の輝度を確保しつつ視野角を広げる必要があるため、全体の輝度が減少するという課題があった。

そこで、出射面と底面に、それぞれ所定のピッチで形成された凸条および／又は凹条のパターンを備えた導光板において、前記凸条および凹条を台形形状に形成して交互に配列し、この台形形状の凸条および台形形状の凹条を出射面又は底面、あるいは出射面および底面の両面に配設することにより、プリズムシートの使用を省略しつつ鉛直方向の輝度を低減させずに視野角の確保ができることが提案されている。

特開平９−６１６３１号公報（図６，８および段落００３８） 特開平１０−２８２３４２号公報 特開２００３−１１４４３２号公報 特開２０００−２５８６３５号公報 特開平８−２７１８９３号公報 国際特許出願公開２００６／０１３９６９ 公報

しかしながら、特許文献６に記載されている導光板においては、線光源の未発光部から発光部に変わって領域においても、未発光部の長さの４倍程度距離まで輝度が低い範囲がおよび概観を著しく害する課題が生じる（図１参照）。この現象については従来のバックライトでは見られない現象である。この課題に対し、従来から知られているコーナー部を中心とした拡散処理を施した場合には、線光源の発光部分にも拡散処理が重なることによりランプ近傍が輝点として認識されてしまうため、画面品位を保ったまま輝度均一性を解消することができなかった。

本発明は画面品位を保ちながら輝度均一性を向上させた面光源素子、およびこれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の面光源素子は導光板の少なくとも１つの側面に線状光源を少なくとも１個配置したエッジライト方式の面光源素子において、
当該導光板は出射面、該出射面に対向する底面、および前記線状光源から出射された光を入射させる入射端面を有し、
Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸とで構成されるＸ−Ｙ平面において、
前記線状光源はＸ軸に平行に配置しており、これに隣接する前記導光板の入射端面のＸ軸に沿った長さをＬｘ、Ｙ軸に平行な側端面のＹ軸に平行な辺の長さをＬｙとし、
前記出射面および前記底面にはそれぞれ所定のピッチで形成された凸条および／又は凹条のパターンを備え、
前記出射面に形成されたパターンはＹ軸に平行であり、
前記底面に形成されたパターンはＸ軸に平行であり、
前記出射面および前記底面の少なくとも一方の面では、前記台形形状の凸条と前記台形形状の凹条とが交互に配列されており、
当該導光板の入射端面の長さＬｘが線光源の発光長Ｌ２に比べ長い場合であり、
当該導光板の出射面もしくは底面の少なくとも一方の面にコーナーから少なくとも（Ｌｘ−Ｌ２）／２以上離れた位置に中心を持つ略円形の領域に光制御機能を有する局所パターンを備えることを特徴とする面光源素子。
また本発明は、上記の局所パターンが、前記領域の中心においても鏡面の平坦部を５０％〜９５％の割合で有しており、好ましくは、６０％〜９０％、より好ましくは７０％〜９０％の鏡面の平坦部が存在することを特徴とする面光源素子である。

また本発明は、上記面光源素子であって、
局所パターンを備える領域の中心が以下の式を満たすことを特徴とする面光源素子である。
導光板と線光源の未発光部が重なる長さ＜Ｌｘ／１５ （１）
Ｌｘ／１５≦Ｃｘ≦Ｌｘ／８ （２）
Ｌｙ／１５≦Ｃｙ≦Ｌｙ／８ （３）
ただし、
Ｃｘ：導光板コーナーから局所パターンを備える領域の中心までのＸ軸に沿った距離
Ｃｙ：導光板コーナーから局所パターンを備える領域の中心までのＹ軸に沿った距離
を満足することを特徴とする面光源素子である。

上記した本発明の導光板により、導光板と線光源の未発光部とが重なる部分が存在する場合においても、線光源から遠い位置にも光を届ける性能を保ちつつ、コーナー付近の輝度を向上させ、面内の輝度均一性を向上させることができる。

また、前記導光板は、線光源に近いほどＸ−Ｚ平面を通過する光束が多い特徴があるため、導光板の入光端面から離れた位置に光学パターンエリアの中心を配置することで、線光源近傍で輝点とならすに、暗部を効果的に解消することができる。
また、本発明の画像表示装置は、面光源素子の正面方向に透過型の表示装置を配置することによって構成され、高輝度で、輝度均一性が高いことから明るくて高品位な画像を表示できる。ここで本発明の画像表示装置とは、面光源素子と表示素子を組み合わせた表示モジュール、更には、この表示モジュールを用いた少なくとも画像表示機能を有する機器であり、パソコンモニターやテレビ等を含む。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、以下の図面では、説明の都合上、各部の縦横の縮尺が無作為に変更された模式図により説明されている。

まず、本発明の面光源素子は、透明樹脂などから形成される平板状（パネル状）の透明構造体である導光板、この導光板の一側面に配置された一次光源と導光板の下面に配設された反射シートおよび導光板の上面に配設された光制御シートとから大略構成されている。

このような導光板は、光線透過率の高い透明樹脂から構成することができる。このような透明樹脂としては、例えば、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、環状ポリオレフィン樹脂などを広く採用することができる。

本発明においては、導光板の一面は、出射面とされ、この出射面に対向して底面が配置されている。また、この導光板の少なくとも一側面には一次光源が配設され、この側面は入射端面とされている。本発明において、この入射端面は少なくとも一カ所あればよいが、複数箇所であってもよい。入射端面以外の側面には反射端面を形成するのが好ましい。
入射端面が二カ所の場合の典型例は、互いに相対向する面に一次光源としての線状光源がある例であり、反射端面は両側面に形成される。二カ所の入射端面は、いずれも出射面に形成されたパターンに直交し、底面に形成されたパターンに平行となる条件を満たすことが必要である。

この入射端面に向けて一次光源が配設される。このような一次光源としてはどのようなものを用いてもよいが、線状光源や点状光源が例示される。また、ＬＥＤ光源などの点状光源が多数配列されて線状となった線状光源であってもよい。

本発明において、導光板の出射面と底面の両面には、所定のピッチで形成された凸条のパターンが互いに直交して形成されている。この凸条とは、以下に述べる台形形状の凸条を含み、従来の面光源素子で用いられている凸条と実質的に同一乃至は均等なものであってもよい。
これらの凸条は、断面が突設された凸（突）部が一方向に延びて形成される。これらの凸条の断面形状は、三角形、楔状、その他の多角形、波状、又は半楕円状などの所望の形状であってよい。

ここで、出射面に形成される凸条は一様なピッチおよび形状で配列されていてもよいが、底面に形成された凸条は、一次光源から離れるに従ってピッチが狭められて配列されたり、また、光源から離れるに従って凸条の高さが漸次高くなったりしていてもよい。また、一次光源から離れるに従って形状が漸次異なるように構成してもよい。このような形状が漸次異なる構成とは、例えば、断面が台形状の凸条を備える場合、台形の上底および／又は下底の長さが、漸次異なる場合を包含する。いずれの場合にも、底面と反射シートを利用して屈折した光が、出射面から所望する強度で出射されるように底面の構造を制御するためのものであり、これらの調整は互いに組み合わされて、又は、他の調整手段と併用されて行われる。

本発明の面光源素子が備える導光板において、出射面および底面に備えるパターンは、断面が台形形状の凸条であると、視認方向である正面輝度はより高くなり、かつ視野角特性が広くなる点でより好ましい形態である。
ここで、台形形状の凸条とは、図２に示されるような導光板から表面側に台形形状に突設された長手方向に延びる突条である。例えば、導光板１の表面では、その一表面１ａには、符号Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを各頂点とする断面が台形状の凸条２と符号Ａ’、Ｂ’、Ｃ’およびＤ’を各頂点とする断面が台形状の凸条２’とが離間して配設されている。

なお、本発明に係る台形形状とは、図面に示すように、厳密な意味での台形に限定されない。後述する説明により明らかなように、Ｘ−Ｙ平面に平行な高さの異なる平面である上底と下底とを山形に連結する斜面を挟んで連続していれば、例えば、上底又は下底と斜面の連結部が曲面状であってもよい。このような曲面状の連結部を有する台形形状は比較的成形が容易なため生産上有利なだけでなく、連結部の破損が起こり難いので好ましい。また上底、下底の少なくとも一部がＸ−Ｙ平面に対して傾きを有していても良く、例えば上底および又は下底がＸ軸方向を長手方向とする緩やかな波状であることや、微細な凹凸を有することで出光の均一性を高めることができる。該傾きの平均はＸ−Ｙ平面に対して角度を有さないことが好ましい。また傾きが１０度以下の部分が全体の５０％以上を占めることが望ましい。
また複数の上底、下底はそれぞれ互いに同じＸ−Ｙ平面内にあることで、効率良く光を導くことが出来るだけでなく、導光板の重心が安定する、押し出し成形などでの工業的に有利な連続生産が容易になる、などの効果がある。

次に、このような台形形状の機能について、図２を用いて説明する。「上底」、「下底」の用語を用いるが、これは上下方向を意味するのではなく、説明のためである。台形の平行な対辺のうち、短い辺を「上底」、長い辺を「下底」として説明している。まず、この図２において、直線ＡＤの長さ（凸条２の下底の幅）をＷ１、直線ＢＣの長さ（凸条２の上底２ａの幅）をＷ２、直線ＡＤ’の長さ（凹条３の上底３ａの幅）をＷ３、凸条２の高さ（又は凹条３の深さ）をＨ、直線ＡＤと直線ＡＢ（傾斜面２ｂ）との成す角度をａ１、直線ＡＤと直線ＤＣ（傾斜面２ｃ）との成す角度をａ２、および直線ＤＤ’の長さをピッチＰとする。ピッチＰは、凸条２の下底の幅（直線ＡＤの長さ）Ｗ１と凹条３の上底３ａの幅Ｗ３との和に等しく、また、凸条２の上底２ａの幅（直線ＢＣの長さ）Ｗ２と凹条３の下底の幅（直線ＢＣ’の長さ）との和に等しい。

本発明の面光源素子が備える導光板の出射面においては、凸条２の断面形状を台形にして凸条２に適宜の幅Ｗ２を設けることにより、入射端面から入射して導光される光を導光板の中央へと導く役目を担いつつ、出射面から出射される輝度分布の中で出射面に直交する鉛直方向（法線方向）の輝度を高めている。

また、本発明の面光源素子が備える導光板の出射面において、凹条３の断面形状を台形にして凹条３に所望の幅Ｗ３を設けることにより、前述のＷ２と同様に入射端面から入射した光を、導光板内部をＹ軸方向に沿って導く役目を担いつつ、出射面から出射される輝度分布の中で出射面に直交する鉛直方向（法線方向）の輝度を高めている。

この幅Ｗ２が狭すぎて傾斜面２ｂ、２ｃの寄与が大きくなりすぎると、鉛直方向の輝度を高める効果を十分に発揮することが困難となる。
また、この幅Ｗ３が狭すぎて傾斜面２ｂ、２ｃの寄与が大きくなりすぎても、鉛直方向の輝度を高める効果を十分に発揮することが困難となる。
また、これに対して、幅Ｗ２および又は幅Ｗ３を傾斜面２ｂ、２ｃに対して相対的に広く設定しすぎると、傾斜面２ｂ、２ｃの寄与が相対的に少なくなり、鉛直方向の輝度の向上は図れるが視野角は狭くなり、出射面に凸条の周期的なパターンを設けて、指向性シートを極力省略し、かつ、鉛直方向の輝度を低減させずに視野角を確保できるという課題を十分に満たせなくなる。

本発明の面光源素子が備える導光板の出射面において凸条２又は凹条３の形状および大きさ並びにピッチＰは、導光板１の大きさ、面光源素子の表示性能および仕様等との関係を考慮して決定される。これにより、導光板の出射面から出射される光の輝度を適度に保ち、かつ、適切な視野角を得ることができる。

このような凸条２（又は凹条３）の一般的な高さＨは、１μｍ〜１００μｍの範囲内から選択され、より好ましい高さＨは５μｍ〜５０μｍ、最も好ましい高さＨは１０μｍ〜３０μｍの範囲内から選択される。また、一般的な傾斜角ａ１および傾斜角ａ２は、それぞれ１５〜７０°の範囲内から選択され、より好ましい傾斜角ａ１および傾斜角ａ２はそれぞれ１５゜〜６０°の範囲内から選択される。特に視野角特性を重視する場合は１５°〜３５°、輝度特性を重視する場合は３５°〜６０°が最も好ましい範囲内として選択される。

また、一般的な下底の幅Ｗ１は１０μｍ〜５００μｍの範囲内、より好ましくは１５μｍ〜２７０μｍの範囲内、最も好ましくは１５μｍ〜１８０μｍの範囲内から選択される。また、上底の幅Ｗ２は１μｍ〜５００μｍの範囲内から選択され、より好ましい幅Ｗ２は１μｍ〜１００μｍの範囲内、最も好ましくは５μｍ〜５０μｍの範囲内から選択される。また、一般的な幅Ｗ３は０．１μｍ〜５００μｍの範囲内から選択され、より好ましい幅Ｗ３は０．１μｍ〜３００μｍの範囲内、最も好ましくは１μｍ〜１５０μｍの範囲内から選択される。

また、本発明の面光源素子が備える導光板の出射面の好ましい態様においては、導光板１の出射面が幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とがピッチＰとの関係で、特定の比率を保って形成されている台形状のパターンを有することにより特徴付けられる。
すなわち、本発明の面光源素子が備える導光板１の出射面では、これらの凸条２に形成された上底の幅Ｗ２に対する凹条３に形成された上底の幅Ｗ３の比（Ｗ３／Ｗ２）は、０．０１〜２００の範囲内が好ましく、より好ましくは０．０２〜１００の範囲内、最も好ましくは０．１〜１０の範囲内にある。また、（Ｗ２＋Ｗ３）に対する（Ｐ−Ｗ２−Ｗ３）の比は、０．０４〜４００の範囲内が好ましく、より好ましくは０．２〜２００の範囲内、最も好ましくは０．３〜１５０の範囲内である。

本発明の面光源素子が備える導光板の出射面においては、Ｗ２に対するＷ３の比をこれらの範囲内に保つことにより、導光板１の出射面から出射される光の輝度を適度に保ち、かつ、適切な視野角を得るための条件設定が容易となる。ここで、Ｗ２に対するＷ３の比が０．１〜１０の範囲であると、鉛直方向の輝度の向上が図れるため指向性シートを省略することができる。また、（Ｗ２＋Ｗ３）に対する（Ｐ−Ｗ２−Ｗ３）の比が、０．３〜１５０の範囲であると、鉛直方向の輝度の低下を抑制しつつ視野角特性を確保することができるので、指向性シートを省略することが可能となる。

このような台形状のパターンは、表面が鏡面であってもよいが、適宜粗面化されて拡散面としてもよい。粗面化させることにより、液晶表示装置における表面のギラツキを抑えることができる。また、場合によっては、矩形状の導光板のコーナー部を斜めから視認した時に生じる暗線状のラインの発生を防止することができる。これにより得られる液晶表示装置は、表面品位が優れたものとなる。
このような粗面化は、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づく算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１μｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましく、更に好ましくは、０．１５μｍ〜５μｍの範囲内であり、特に好ましくは０．２μｍ〜２μｍの範囲内である。また、このような粗面化は、図５（ｂ）に示すように、凸条２の上底（天頂面）２ａだけでもよいが、図５（ｄ）に示すように、傾斜面２ｂと天頂面２ａとの双方にあってもよい（全面拡散面）。また、図５（ｃ）に示すように、側面部（傾斜面２ｂ）のみにあってもよい。さらに、この粗面化は、凹条３の上底（天頂面）３ａにあってもよい。表面を粗面化することにより拡散面が形成され、これにより出射される光は、いずれの場合にも表面品位の向上が期待される。

一方、本発明の面光源素子が備える導光板１の底面には、断面が台形状の凸条２と凸条２’がＷ３を０として互いに接して入射端面８に平行に配列している。この台形状の凸条２の大きさを漸次調整することにより、出射面から出射される光の光量分布を調整できる。
この導光板１の底面に形成されている台形状の凸条２の断面形状は、好ましくは傾斜角ａ１および傾斜角ａ２が３２．５゜〜４５°の範囲内で設定され、より好ましくは３５゜〜４５°の範囲内、最も好ましくは３７．５゜〜４２．５°の範囲内で設定される。高さは好ましくは１μｍ〜１００μｍの範囲内で設定され、より好ましくは５μｍ〜５０μｍの範囲内、最も好ましくは１０μｍ〜２０μｍの範囲内で設定される。上底部の長さは好ましくは３μｍ〜１６００μｍの範囲内で設定され、より好ましくは１０μｍ〜８００μｍの範囲内、最も好ましくは１５μｍ〜３５０μｍの範囲内で設定され、下底部の長さは好ましくは６μｍ〜１８００μｍの範囲内で設定され、より好ましくは１５μｍ〜１０００μｍの範囲内、最も好ましくは２５μｍ〜４００μｍの範囲内で設定される。

次に、光制御機能を有する局所パターンについて説明する。
局所パターンは、光制御機能を有する光制御パターンからなっており、前記出射面および前記底面のそれぞれ所定のピッチで形成された凸条および／又は凹条のパターンと重なってもよいが、光の取り出し効率の点で鏡面を含んだ面に加工することが好ましい。

局所パターンを構成する光制御パターンは、拡散性の微細凹凸構造からなっていてもよいし、拡散性のドット印刷からなっていてもよい。
局所パターンを構成する光制御パターンは、導光性能を保持させるため、ある程度の間隔を持って配置されている必要があり最も密な場所でもパターン中に５０％〜９５％、より好ましくは、６０％〜９０％の鏡面を保っていることが望ましい。
また、局所パターンにおける光制御パターンの配置密度は不連続に変化していても良いが、視認した時の変化が目立たないようグラデーションをつけるのが望ましい。

局所パターンは底面側であっても出射面側であってもどちらでも配置して良いが、底面に配置したほうが、面光源装置として組み込んだとき局所パターンを備える領域の境界が見えにくくより好ましい。
局所パターンを構成する光制御パターンは、パターンの構成要素が規則的に配置されていても、ランダムに配置されていても良いが、プリズムシートや液晶パネルとの関係で生じる可能性のあるモアレを防ぐためにもランダムな配置が適している。

局所パターン配置エリアの中心位置が以下の式を満たした略円形の形状であれば、モニターの輝度均一性評価で一般的な、図７に示す９ヶ所の測定ポイントにおける輝度均一性を効果的に改善可能である。
導光板と線光源の未発光部が重なる長さ＜Ｌｘ／１５において
Ｌｘ／１５≦Ｃｘ≦Ｌｘ／８
Ｌｙ／１５≦Ｃｙ≦Ｌｙ／８
Ｃｘ：導光板コーナーから局所パターンを備える領域の中心までのＸ軸に沿った距離
Ｃｙ：導光板コーナーから局所パターンを備える領域の中心までのＹ軸に沿った距離

局所パターンの形成方法としては、ブラスト加工などを用いて直接成形体に加工してもよく、金型をブラスト加工、フォトリソ加工、吹き付け加工等で加工後、成形体を作ってもよい。
また、局所パターンの光取り出し効率が高すぎる場合、線光源から遠い位置での輝度低下が大きくなり、結果として線光源から遠い位置での輝度が、局所パターンを付与した位置の輝度より低下してしまい、図７に示すポイントで評価する輝度均一性が低下してしまうため、局所パターンは、他の輝度均一性評価点の輝度と同等になるように設定することが望ましい。

次に、このような導光板１を用いた面光源素子の一例について、図３および図４を参照しつつ説明する。
これらの面光源素子１０は、アクリル樹脂などの透明樹脂などから形成される平板状（パネル状）の透明構造体である導光板１、この導光板１の一側面に配置された一次光源４および導光板１の下面に配設された反射シート５とから大略構成されている。この導光板１の上面には、光を出射する出射面６が形成され、この出射面６に対向して底面７が形成されている。

図３は、本発明の面光源素子を示す一例の斜視図である。ここで、図３で示される面光源素子１０では、導光板１の一側面に、線状光源４ａが配設され、この側面は入射端面８とされている。また、この入射端面８に交差する両側面は反射端面８ｂとされ、入射端面８に対向する面は反射端面８ａとされている。

また、図４で示される面光源素子は、導光板の対向する二つの側面に２本ずつの光源を配設した本発明の面光源素子の例で大型の液晶画像表示装置を表示させるためのものである。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれＸ−Ｚ平面と平行な側からＹ軸方向に向かって観察したときの側面図と、Ｙ−Ｚ平面と平行な側からＸ軸方向に向かって観察したときの側面図である。
出射面６と底面７との両側面に、リフレクタ４ｂ内にそれぞれ一対の線状光源４ａが配設された一次光源４が配設されている。線状光源４ａから導光板１内へ入射させる光量を十分に確保するために厚みの厚い導光板１が用いられる。これにより、これらの一次光源４が配設された両側面は入射端面８とされ、この入射端面８に交差する両側面は反射端面８ｂとされている。

また、図４の面光源素子では、出射面６の上方に拡散シート５ａと光制御シート１１が配設されている。導光板と光制御シートとの間に拡散シートを配設することで、面光源素子の出射光を適度に均一化し品位を高めることが出来る。また適当な拡散シートを選択することで正面輝度も一層高めることができる。

上記図３および図４のいずれの面光源素子においても、出射面６には、断面が台形状の凸条２とこの凸条２の台形とは上下が逆転した台形状の凹条３とが交互に配列されている。これらの凸条２および凹条３は、上述の図３により説明した表面１ａと実質的に同一であるので詳細な説明は省略する。これにより、この出射面６には、入射端面８と直交する断面が台形形状の凸条および凹条が複数配置される。

一方、底面７には、断面が台形状の凸条９が互いに接して入射端面８に平行に配列している。この台形状の凸条９の大きさを漸次調整することにより、出射面から出射される光の光量分布を調整できる。そして、底面７にはコーナー部の若干内側の領域に局所パターン１１が設けられている。

つぎに、このように構成された面光源素子１０について説明する。
線状光源４ａの光は導光板１の入射端面８から導光板１内に入射し、出射面６および底面７間を、全反射を繰り返しつつ縦方向に伝播していく。
そして、この光の一部は底面７に形成された台形状の凸条９および反射シート５により出射面６に向けて導かれ、出射面６に形成された断面が台形形状のプリズム（凸条２および凹条３）により集光され、所望する視野角内に出射される。
このように、出射面６に断面が台形形状のプリズムを形成することにより、出射面６にＶ溝のプリズムを形成する場合に比べて鉛直方向の輝度低下が抑えられると共に視野角が拡大する。

以上の台形形状のプリズムは、図５（ａ）に示すように、天頂面（上底）２ａおよび傾斜面２ｂともに鏡面である例であったが、これらの表面は粗面化されていてもよい。
例えば、図５（ｃ）に示すように、台形プリズム（凸条２）の傾斜面２ｂを粗面化すると、図５（ａ）に示す全面が鏡面である場合に比べて、視野角がより拡大すると共に、面光源素子１０として表面のギラツキ感や、導光板のコーナー部を斜めから視認したときに生じる暗線状のラインが緩和されるなど表面品位の向上が図れる。

また、図５（ｄ）に示すように、台形プリズム（凸条２）の天頂面２ａおよび傾斜面２ｂの全面を粗面化すると、図５（ｃ）に示す傾斜面２ｂのみを粗面化させた場合に比べて表面輝度が多少低下するが、面光源素子として表面のギラツキ感や、暗線状のラインが緩和されるなど表面品位の一層の向上が図れ、視野角と表面品位を重要視する面光源素子に適している。

以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。

＜実施例１＞
清浄なガラスに東京応化工業株式会社製ネガ型フォトレジスト（ＣＡ３０００）を塗布し、１１０℃のホットプレートにて２分間暖めた後に室温まで冷却した。そのガラス基板と所定の間隔でスリットを設けたフォトマスクを密着させて−３５°から＋３５°までの回転を１２０秒の速度で動作させ、その間にＵＶ光を１４００ｍＪ照射した。フォトマスクを剥離後、その基板を現像した。得られた原盤を常法に従って、表面にニッケル導電化膜を成膜し、このニッケル導電化膜に電鋳用金属としてニッケルを電鋳してニッケル電鋳層を形成した。さらに、ニッケル導電化膜から原盤を剥離して、高さ０．０１ｍｍで頂上部分に幅約１０μｍの平坦部を持つ、傾斜角が５５°の台形形状パターンを賦型した出射面側のスタンパＩを作製した。

一方、直接金型入れ子にダイヤモンドバイトで頂角１００°、高さ０．０１ｍｍのＶ字状の溝条を切削加工で作製し、この切削入れ子から直接電鋳を行い、ニッケル電鋳層を形成した。原盤を剥離して、高さ０．０１ｍｍで頂角が１００°のプリズムパターンを所定の間隔で配列させて賦型した底面側のスタンパIIを作製した。

これらのスタンパＩおよびスタンパIIを転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて１７インチディスプレイ用の微細構造を持つ導光板１（板厚６ｍｍ）を得た。

得られた導光板１は、断面形状が台形形状である凸条が離間して配設された出射面と断面形状が台形形状である凸条が連結して配設された底面とを備えている。この出射面の台形凸状形状は、高さＨが１０μｍ、天頂部幅Ｗ２が１０μｍ、底面幅Ｗ１が２４μｍであり、底面の台形凸状形状の高さは１０μｍ、底角ａ１およびａ２は４０°であり、また、下底は、冷陰極管側から中央部まで１８０μｍから６０μｍに漸次調整変更した。

この導光板は、面光源素子に組み込むためＬｘ＝３４０、Ｌｙ＝２７２の寸法にカットした。
また、光制御パターンは導光板１に対してブラスト工法を採用した。平均粒子径７０μｍ、の不定形の炭化珪素の砥粒を用いてノズルから加工面までの距離を１５０ｍｍとし、噴射圧力０.１８ＭＰａに設定し、ノズルと導光板１の間にＬｘ／１０＝３４．０ｍｍ、Ｌｙ／１０＝２７．２ｍｍの位置に中心が来るよう直径２０ｍｍの穴をあけた遮板を製品から１００ｍｍのギャップを設けてセットした後にブラストを行い、グラデーションを持った局所パターンを４個所に形成した（図８（ａ）参照）。

得られた長さＬｘ＝３４０ｍｍの導光板１における両端の入射端面をＸ軸に平行に配置させ、この入射端面に沿ってＬ２＝３３４ｍｍの管面輝度３９，０００ｃｄ／ｍ²（一定）のＣＣＦＬ光源を図４に示すように、左右に各一対ずつ配設し、光源の背方にリフレクタを配設した。また、導光板１の出射面上には株式会社ツジデン製の拡散シート（商品名：Ｄ１２４）５ａを２枚配設し、底面７および反射端面８ｂには反射シート５（東レ株式会社製Ｅ６ＳＬ）を配設して図９に示すバックライト装置を形成した。このようにして形成したバックライト装置の輝度性能を測定した。この輝度測定は、株式会社トプコン製の輝度計（ＴＯＰＣＯＮ ＢＭ−７）を用い、サンプル面から５０ｃｍ離して図７中〇で示す位置の９点の輝度を測定し、次の式で定義する輝度均一性を測定した。
輝度均一性＝最小輝度／最大輝度

画面品位は目視にて行った。
この面光源素子は輝度均一性がやや低いものの、画面品位上問題が無く、総合的に判断して良いものが得られた。

＜実施例２＞
この実施例２は、実施例１で用いた導光板１の局所パターンの深さが深い物に対応する。この実施例は、ブラストの際の噴射圧力を０．２３ＭＰａにセットした以外は実施例１と同様の条件で行った。
この実施例の面光源素子は輝度均一性がよく、画面品位上問題も無く、総合的に判断してもかなり良いものが得られた。

＜実施例３＞
この実施例３は、実施例１で用いた導光板１の局所パターンの深さが深い物に対応する。この実施例は、ブラストの際の噴射圧力を０．２８ＭＰａにセットした以外は実施例１と同様の条件で行った。
この実施例の面光源素子は輝度均一性がよく、画面品位上の点でかすかに斜視時に局所パターン配置領域が分かるものの、総合的に判断して良い物が得られた。

＜実施例４＞
この実施例４は、実施例２で用いた導光板１の局所パターン導光板の局所パターに滑らかなグラデーションが無い例に対応する。この実施例は、遮板を製品と密着させた状態でブラストする以外は実施例２と同様の条件で行った。
この面光源素子は輝度均一性がよく、画面品位上の点でかすかに斜視時に局所パターン配置領域が分かるものの、総合的に判断して良い物が得られた。

＜比較例１＞
この比較例１は、実施例１で用いた導光板の局所パターンがない例に対応する。導光板に局所パターンを付与しない以外は実施例１と同様の条件で行った。この場合、輝度均一性が低すぎるため、総合的にも大きな問題となった。

＜比較例２＞
この比較例は、導光板の各コーナーを頂点とする一辺３０ｍｍの正方形の範囲に相当する部分が開放された遮蔽板を、製品と密着させた状態で、４ヶ所のコーナー部において３０ｍｍ×３０ｍｍの範囲をブラスト加工した以外は実施例２と同様の条件で行った。
この場合、ＣＣＦＬの発光部と加工部分が重なったランプ近傍の輝度が高くなり過ぎたため、画面品位上大きな欠点となった。また、輝度均一性に関しても図７において、短辺より中央の位置の輝度が低くなり輝度均一性の悪化につながったため、総合的に見ても大きな問題が生じた。

[局所パターンの割合]
局所パターンの割合は、溝に沿った平坦部の顕微鏡写真から実寸で１ｍｍの長さに渡って４本測定し、その平均値を採用した。（図１０参照）

[部分パターンの平均深さ]
光制御パターンをランダムに１００個測定し、その平均値を採用した。

上記の結果を下記表１にまとめる。

本発明の面光源素子を用いる事で、線光源が相対する導光板の辺より短い場合でも、輝度均一性の高い面光源素子を提供することが可能になる。また、本発明の面光源素子は、エッジライト式であるので、液晶バックライト装置を装着したモニター装置に限定されずに、ノートパソコン、照明公告、交通標識などの薄型の各種画像表示装置への応用が期待される。

従来の面光源素子の輝度分布を示す模式図である。 本発明の面光源素子が備える導光板の出射面および底面にパターンとして形成された台形形状を説明する模式図である。 本発明の面光源素子の一例を示す模式図である。 本発明の面光源素子の一例を示す模式図であって、それぞれ（ａ）Ｘ−Ｚ平面と平行な側からＹ軸方向に向かって観察したときの側面図（ｂ）Ｙ−Ｚ平面と平行な側からＸ軸方向に向かって観察したときの側面図である。 本発明の面光源素子が備える導光板の出射面に突設された台形形状の凸条の表面特性を説明する図である。 白色ドット印刷を施した導光板の出射面平坦部上に拡散シート、プリズムシート、拡散シートの順に載せた面光源素子の上下方向の出射光の角度輝度分布図である。 輝度均一性評価のための９点の測定位置を示す図である。 （ａ）実施例１〜３における局所パターンの配置場所を示す図および（ｂ）比較例２における局所パターンの配置場所を示す図である。 本発明の面光源素子を示す構成図である。 実施例２で観察した局所パターン面の顕微鏡観察写真である。

符号の説明

１：導光板
２：凸条
３：凹条
４：一次光源
４ａ：線状光源
４ｂ：リフレクタ
５：反射シート
５a：拡散シート
６：出射面
７：底面
８：入射端面（側面）
８ａ：反射端面（側面）
８ｂ：反射端面（側面）
９：台形凸条
１０：面光源素子
１１：局所パターン

Claims (4)

1. 導光板の少なくとも１つの側面に線状光源を少なくとも１個配置したエッジライト方式の面光源素子において、
   当該導光板は出射面、該出射面に対向する底面、および前記線状光源から出射された光を入射させる入射端面を有し、
   Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸とで構成されるＸ−Ｙ平面において、
   前記線状光源はＸ軸に平行に配置しており、これに隣接する前記導光板の入射端面のＸ軸に沿った長さをＬｘ、Ｙ軸に平行な側端面のＹ軸に平行な辺の長さをＬｙとし、
   前記出射面および前記底面にはそれぞれ所定のピッチで形成された凸条および／または凹条のパターンを備え、
   前記出射面に形成されたパターンはＹ軸に平行であり、
   前記底面に形成されたパターンはＸ軸に平行であり、
   前記出射面および前記底面の少なくとも一方の面では、前記台形形状の凸条と前記台形形状の凹条とが交互に配列されており、
   当該導光板の入射端面の長さＬｘが線光源の発光長Ｌ２に比べ長く、
   当該導光板の出射面もしくは底面の少なくとも一方の面にコーナーから、少なくとも（Ｌｘ−Ｌ２）／２以上の距離だけ離れた位置に中心を持つ略円形の領域に光制御機能を有する局所パターンを備えることを特徴とする面光源素子。
2. 前記局所パターンを備える領域の中心部において、鏡面の平坦部が５０％〜９５％の割合で存在していることを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
3. 前記局所パターンを備える領域の中心が以下の式を満たす範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
   導光板と線光源の未発光部が重なる長さ＜Ｌｘ／１５ （１）
   Ｌｘ／１５≦Ｃｘ≦Ｌｘ／８ （２）
   Ｌｙ／１５≦Ｃｙ≦Ｌｙ／８ （３）
   ただし、
   Ｃｘ：導光板コーナーから局所パターンを備える領域の中心までのＸ軸に沿った距離
   Ｃｙ：導光板コーナーから局所パターンを備える領域の中心までのＹ軸に沿った距離
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の面光源素子を使用したバックライトの上に透過型表示素子を備えることを特徴とする画像表示装置。