JP2010204374A

JP2010204374A - 光偏向素子及び光源装置

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Publication number: JP2010204374A
Application number: JP2009049617A
Authority: JP
Inventors: Masae Ono; 雅江小野
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: JP5495585B2

Abstract

【課題】出射光の分布が非常に狭くコントロールされ、一次光源の光量の利用効率の向上が可能となり（即ち、一次光源から発せられる光を所要の観察方向へ集中して出射させる効率が高くなり）、しかも光学的欠陥が起き難い光偏向素子および光源装置を提供する
【解決手段】光を入射する入光面とその反対側に位置し入射した光を出射する出光面とを有しており、入光面には２つのプリズム面から構成されるプリズム列が互いに略並列に複数配列され、プリズム面のうち光源側に近い第１のプリズム面が、入光面に対する傾斜角が異なる２つの平面から構成され、プリズム面のうち光源側から遠い第２のプリズム面が、入光面に対する傾斜角が異なる２つ以上の面から構成される。また、出光面には、各プリズム列に対応して微細形状が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノートパソコン、液晶テレビ、携帯電話、携帯情報端末等において表示部として使用される液晶表示装置等を構成するエッジライト方式の光源装置およびそれに使用される光偏向素子に関するものである。

近年、カラー液晶表示装置は、携帯用ノートパソコンや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、携帯電話、携帯情報端末等の表示部として、種々の分野で広く使用されている。また、情報処理量の増大化、ニーズの多様化、マルチメディア対応等に伴って、液晶表示装置の大画面化、高精細化が盛んに進められている。

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、液晶表示素子部の直下に光源を配置した直下方式のものや導光体の側端面に対向するように光源を配置したエッジライト方式のものがあり、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が多用されている。

近年、消費電力の低減の観点から、エッジライト方式のバックライト部として、一次光源から発せられる光量を有効に利用するために、画面から出射する光束の広がり角度をできるだけ小さくして所要の角度範囲に集中して光を出射させるものが利用されている。

このように観察方向範囲が限定される表示装置であって、一次光源の光量の利用効率を高め消費電力を低減するために比較的狭い範囲に集中して光出射を行う光源装置として特開平１０−２５４３７１号（特許文献１）では、プリズム列を構成する面のうち光の入射側の面の法線方向に対する傾斜角αを１０度未満、他方の面の傾斜角βを３０〜４０度とすることで法線方向の輝度向上を図っている。しかし、αが非常に小さく出光面に対し垂直に近くなっているため、プリズム先端部が変形を受けやすくこれが視認され光学的欠陥となってしまう恐れがあった。特許３６３２２０８号（特許文献２）においては、光の入射側の面の傾斜角αが２０度、他方の面の傾斜角βが３０度である光軸変換手段が開示されている。しかしこのプリズム形状では、プリズム頂角が５０度と小さく、プリズム先端部の変形を防ぐことができない。
また、特開２００７−４１０１５号（特許文献３）ではプリズム列を構成する面のうち光の入射側の面を２つの平面−光入射面部となる傾斜面部と傾斜面部から他の隣接するプリズムの基部へ向かう連設面部−で構成している。モアレ防止のために設けられた連設面部は略垂直となっているが、垂直に近い面を設けることは金型の切削時にバリなどの不具合が発生しやすく、成形時には離型不良などの問題を引き起こしやすくする。また、連設面部の長さが一定ではなく、輝度ムラが発生したり、十分に輝度が向上しないおそれがあった。

特開平１０−２５４３７１号公報特許３６３２２０８号公報特開２００７−４１０１５号

そこで、本発明の目的は、出射光の分布が非常に狭くコントロールされ、一次光源の光量の利用効率の向上が可能となり（即ち、一次光源から発せられる光を所要の観察方向へ集中して出射させる効率が高くなり）、しかも光学的欠陥が起き難い光偏向素子および光源装置を提供することにある。

すなわち、本発明の光偏向素子は、光を入射する入光面とその反対側に位置し入射した光を出射する出光面とを有しており、前記入光面には２つのプリズム面から構成されるプリズム列が互いに略並列に複数配列され、前記プリズム面のうち光源側に近い第１のプリズム面が、前記入光面に対する傾斜角が異なる２つの平面から構成され、前記プリズム面のうち光源側から遠い第２のプリズム面が、前記入光面に対する傾斜角が異なる２つ以上の面から構成されることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記プリズム列の頂角が６０〜９０°であることを特徴とするとするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記第１のプリズム面において前記出光面に近い側に位置する前記面の傾斜角が前記出光面から遠い側に位置する前記面の傾斜角より大きく、前記傾斜角の差が１５〜４０°であることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記第１のプリズム面の前記出光面から遠い側に位置する面の、前記入光面の垂線に沿った方向における前記プリズム列頂部からの高さをｈとし、前記プリズム面の高さをＨとしたとき、ｈ／Ｈが０．２〜０．５であることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記第２のプリズム面を構成する２つ以上の面が平面から構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記第２のプリズム面を構成する２つ以上の面が平面と凸曲面から構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記第２のプリズム面は前記出光面に近い側に位置する前記面ほどその傾斜角が大きく、前記出光面に最も近い前記面の傾斜角と前記出光面から最も遠い前記面の傾斜角との差が１５°以下であることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記凸曲面の曲率半径（ｒ）とプリズム列のピッチ（Ｐ）との比が（ｒ／Ｐ）が４〜２０であることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記第２のプリズム面の稜線と谷線を含む平面と前記第２のプリズム面との最大距離（ｄ）と、前記プリズム列のピッチ（Ｐ）との比（ｄ／Ｐ）が０．００１〜０．１であることを特徴とするものである。

また、本発明の光偏向素子は、前記出光面に、該出光面のどの部分においてもその部分から出射された光のピーク角度が略法線方向となるように、微細形状が施されたことを特徴とするものである。前記微細形状の断面形状はレンズ形状でもよく、台形形状でもよい。

本発明によれば、光偏向素子の入光面に配列される複数のプリズム列を構成する２つのプリズム面のうち、光源側に近い第１のプリズム面を２つ傾斜角の異なる平面から構成し、光源側から遠い第２のプリズム面を２つ以上の傾斜角の異なる面から構成することにより、光学的欠陥が起き難く、かつ一次光源から発せられる光を所要の観察方向へ集中して出射させる効率のよい光源装置を提供することができる。

本発明による光源装置を示す模式的斜視図である。本発明の光偏向素子の入光面のプリズム列の形状の説明図である。プリズム面の傾斜角の違いによる光の屈折およびプリスム断面の長さの違いを示す説明図である。光偏向素子出光面の分割図（ａ）と各部分からの出射輝度分布を示すグラフ（ｂ）である。本発明の光偏向素子の出光面のレンズ列の形状の説明図（ａ）と各部分からの出射輝度分布を示すグラフ（ｂ）である。略点状光源を導光体のコーナー部に配置した斜視図である。

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る。図１に示されているように、本発明の面光源装置は、少なくとも一つの側端面を光入射面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の光入射面３１に対向して配置され光源リフレクタ２で覆われた一次光源１と、導光体３の光出射面上に配置された光偏向素子４および光拡散素子６と、導光体３の光出射面３３の裏面３４に対向して配置された光反射素子５とから構成される。

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、少なくとも一つの側端面を光入射面３１とする。光入射面３１は光源１と対向して配置されており、光源１から発せられた光は光入射面３１から導光体３内へと入射する。

導光体３の光入射面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能部や、プリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等の多数のレンズ列を光入射面３１と略平行に並列形成したレンズ面からなる指向性光出射機能部を付与することによって、光入射面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から光入射面３１および光出射面３３に直交する面（ＸＺ面）内の出射光分布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分布のピークの方向が光出射面３３となす角度をａとすると、この角度ａは１０〜４０度とすることが好ましく、出射光分布の半値全幅は１０〜４０度とすることが好ましい。

導光体３の表面に形成する粗面やレンズ列は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜１５度の範囲のものとすることが、光出射面３３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。

導光体３に形成される粗面の平均傾斜角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。ここで、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θａの正接である。

Δａ＝（１／Ｌ）∫₀ ^L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ・・・（１）
θａ＝ｔａｎ^-1（Δａ）・・・（２）
さらに、導光体３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３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１近傍で多量の光が出射して、光出射面３３内でのＸ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面３３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３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光の出射光分布におけるピーク光の角度（ピーク角度）が光出射面の法線に対し５０〜９０度の範囲にあり、光入射面と光出射面との双方に垂直なＸＺ面における出射光分布の半値全幅が１０〜４０度であるような指向性の高い出射特性の光を導光体３から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子４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素子を提供することができる。

本発明において、導光体３からの光出射率は次のように定義される。光出射面３３の光入射面３１側の端縁での出射光の光強度（Ｉ₀ ）と光入射面３１側の端縁から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体３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。

Ｉ＝Ｉ_０・Ａ（１−Ａ）^Ｌ／ｔ・・・（３）
ここで、定数Ａが光出射率であり、光出射面３３における光入射面３１と直交するＸ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３から光が出射する割合（％）である。この光出射率Ａは、縦軸に光出射面２３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。

また、指向性光出射機能部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方向の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に形成されるレンズ列としてプリズム列を形成する場合には、その頂角を７０〜１５０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からの出射光を十分集光さることができ、面光源素子としての輝度の十分な向上を図ることができるためである。すなわち、プリズム頂角をこの範囲内とすることによって、出射光分布におけるピーク光を含みＸＺ面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が３５〜６５度である集光された出射光を出射させることができ、面光源素子としての輝度を向上させることができる。なお、プリズム列を光出射面３３に形成する場合には、頂角は８０〜１００度の範囲とすることが好ましく、プリズム列を裏面３４に形成する場合には、頂角は７０〜８０度または１００〜１５０度の範囲とすることが好ましい。

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に光出射機能部を形成する代わりにあるいはこれと併用して、導光体内部に光拡散性微粒子を混入分散することで指向性光出射機能を付与したものでもよい。また、導光体３としては、図１に示したような断面形状に限定されるものではなく、くさび状、船型状等の種々の断面形状を持つものが使用できる。

図２は、光偏向素子４におけるプリズム列の形状の説明図であり、光偏向素子４は主表面の一方を入光面４１とし他方の面を出光面４２とする。入光面４１には多数のプリズム列が並列に配列され、各プリズム列は光源側に位置する第１のプリズム面４４と光源から遠い側に位置する第２のプリズム面４５の２つのプリズム面から構成されている。図２に示した実施形態においては、第１のプリズム面４４が２つの傾斜角の異なる平面４６，４７で構成され、第２のプリズム面４５が１つの平面４８と１つの曲面４９から構成されている。

図２に示した本発明の実施形態においては、光偏向素子４は、第１のプリズム面４４が２つの傾斜角の異なる平面４６と平面４７から構成され、平面４７の傾斜角が平面４６の傾斜角より大きくその差を１５〜４０度とすることにより、光の利用効率を高めるとともにプリズム先端の損傷を防ぐことができる。なお、本発明において、平面の傾斜角とはプリズム列形成平面４３に対する各平面の傾斜角度であって、９０°以下の値のことを指す。

また、第２のプリズム面４５を２つ以上の傾斜角の異なる面から構成し、出光面に近い側に位置する面ほど傾斜角が大きくなるようにすることで、各面で全反射して出光面４２から出射する光のピーク角度をすべての面で一致させ高い輝度を得ることができる。このとき、最も出光面に近い面と最も出光面から遠い面との傾斜角の差は１度〜１５度の範囲であり、好ましくは５〜１２度の範囲であり、より好ましくは７〜１０度の範囲である。

次に図３を用いて光源側に近い第１のプリズム面が、２つの面で構成される理由について説明する。図３（ａ）は、プリズム頂角の振り分け角がα＝β＝３２．７度のプリズム列を持つ光偏向素子である。この場合、導光体からの出射光Ａは、全反射面である光源から遠い側の第２のプリズム面に当たることはなく、従って法線方向に立ち上がらない。図３（ｂ）は、プリズム頂角の振り分け角がα＝５度、β＝３８度のプリズム列を持つ光偏向素子である。この場合、導光体からの出射光Ａは、光源から遠い側の第２のプリズム面で全反射し略法線方向に立ち上がる。導光体から出射した光線Ａが全反射面に当たらない図３（ａ）はプリズムのピッチを１とするとプリズム高さは０．７９であり、一方光線Ａが全反射面に当たる図３（ｂ）はプリズムのピッチを１とするとプリズム高さは１．１５である。このことより、導光体から出射した光の利用効率を高めるためにはプリズム高さが高いほうが良いことがわかる。また光源から遠い側の振り分け角βは、全反射した光が略法線方向に上がるように調整されるため、プリズムのピッチが同じなら振り分け角αが小さいほどプリズム高さは高くなる。導光体から出射した光の利用効率を高め、法線方向において十分な輝度を得るためには、プリズムピッチを１とした場合のプリズムの高さは０．９以上、好ましくは０．９５以上である。

しかし、図３（ｂ）のようにαが垂直に近い場合やプリズム頂角が６０度より小さい場合は、プリズムの先端部が変形しやすくなる。そしてこの変形した部分が輝点や黒点などの光学的欠陥として視認される。

そこで、プリズムの高さを確保しつつ、先端部の変形を防ぐために、図２のように光源側に位置する第１のプリズム面４４を２つの傾斜角の異なる平面４６，４７で構成する。平面４６の傾斜角を十分大きくすることで先端部の変形を防ぐことができる。一方平面４７は、プリズムの高さを確保するために平面４６に比べより大きな傾斜角を持ち、その傾斜角は６５〜８５度が好ましい。傾斜角が６５度より小さいと輝度向上に必要なプリズムの高さが十分得られず、一方傾斜角が８５度より大きいと賦型が困難になる。

平面４６の高さｈは低すぎるとプリズム先端部が変形しやすくなり変形した部分が輝点や黒点などの光学的欠陥として視認される。また、プリズム先端部は導光板から入射する光の量が最も多い領域であるため、この部分が変形することによりプリズム面で全反射した光が法線方向にあがらなくなり輝度の低下を招いてしまう。一方ｈが高すぎると輝度向上に必要なプリズム高さが得らないため、プリズム全体の高さＨに対して０．２〜０．５の高さが好ましい。

図２の例では第２のプリズム面４５を平面４８と曲面４９で構成しているが、平面と平面、あるいは平面と曲面を組み合わせた３つ以上の面より構成しても良い。

次に出光面を幾つかの部分に分け各部分からの出射光について検討を行った。図２の出光面４２を図４（ａ）に示したように、（１）〜（５）の５つの部分に分割し、各部分での出射光の分布を光学解析ソフトＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（米国ＯｐｔｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ製）を用いて調べた。シミュレーション結果を図４（ｂ）に示す。輝度はプリズム全体のピーク輝度の値で割って無次元化してある。このグラフより部分（３）以外は法線からずれた方向に輝度のピークがきていることがわかった。そこで図５（ａ）のような微細形状を出光面につけることで図５（ｂ）のように各部分のピーク輝度をすべて略法線方向に向けることができ、大幅な輝度アップを図ることができる。微細形状の断面形状はレンズ形状であっても台形形状であっても良い。レンズ形状の場合は、プリズム列のピッチを１としたときに曲率半径は１．１〜６が好ましい。より好ましくは１．２〜３である。曲率半径が１．１未満あるいは６を越えると出射光を法線方向へ向けることが難しくなり、輝度向上が図れない。一方、台形形状の場合は、プリズム列のピッチを１としたときに上底の長さは０．３〜０．７が好ましく、０．３２〜０．５がより好ましい。０．３より短いと（２）や（３）の部分で法線方向に上がっていた光を法線方向から遠ざけてしまい、０．７より大きいと（４）や（１）の部分の光を法線方向に向けることができない。また、（１）や（４）および（５）の光を法線方向に向けるためには台形の高さはプリズム列のピッチを１とした場合０．０４〜０．０８が好ましい。より好ましくは０．０５〜０．０７である。

このように、導光体３の光出射面３３上に上記のような光偏向素子４を、そのプリズム列形成面が入光面側となるように載置することによって、光源装置としての高輝度化を図りつつ、高い品位を維持することができる。

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。なお、本発明においては、一次光源１は線状光源に限定されるものではなく、ＬＥＤ光源、ハロゲンランプ、メタハロランプ等のような点光源を使用することもできる。また、一次光源１は、図１に示したように、導光体３の一方の側端面に設置する場合だけでなく、必要に応じて対向する他方の側端面にもさらに設置することもできる。

例えば、図６に示すように一次光源１としてＬＥＤ光源等の略点状光源を導光体３のコーナー等に配置して使用する場合には、導光体３に入射した光は光出射面３３と同一の平面内において一次光源１を略中心とした放射状に導光体３中を伝搬し、光出射面３３から出射する出射光も同様に一次光源１を中心とした放射状に出射する。このような放射状に出射する出射光を、その出射方向に関わらず効率よく所望の方向に偏向させるためには、光偏向素子４に形成するプリズム列を一次光源１を取り囲むように略弧状に並列して配置することが好ましい。このように、プリズム列を一次光源１を取り囲むように略弧状に並列して配置することにより、光出射面３３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子４のプリズム列に対して略垂直に入射するため、導光体３の光出射面３３の全領域で出射光を効率良く特定の方向に向けることができ、輝度の均一性を向上させることができる。光偏向素子４に形成する略弧状のプリズム列は、導光体３中を伝搬する光の分布に応じてその弧状の程度を選定し、光出射面３３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子４のプリズム列に対して略垂直に入射するようにすることが好ましい。具体的には、ＬＥＤ等の点状光源を略中心とした略同心円状に略円弧の半径が少しずつ大きくなるように並列して配置されたものが挙げられ、プリズム列の半径の範囲は、面光源システムにおける点状光源の位置と、液晶表示エリアに相当する面光源の有効エリアとの位置関係や大きさによって決定される。

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。材質としては、例えば表面に金属蒸着反射層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られている。他方、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の側端面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とす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。

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および光反射素子５からなる面光源装置の発光面（光偏向素子４の出光面４２）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。

さらに、本発明においては、このように光偏向素子４によって狭視野化され高輝度化された光源装置において、輝度の低下をできる限り招くことなく、視野範囲を目的に応じて適度に制御するために、光偏向素子４の出光面上に光拡散素子６を隣接配置する。また、本発明においては、このように光拡散素子６を配置することによって、品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑等を抑止し品位向上を図ることもできる。

光拡散素子６は、光偏向素子４の出光面側に光偏向素子４と一体化させてもよいし、光拡散素子６を個別に光偏向素子４の出光面側に載置してもよい。個別に光拡散素子６を載置する場合には、光拡散素子６の光偏向素子４に隣接する側の面には、光偏向素子４とのスティッキングを防止するため、凹凸構造を付与することが好ましい。同様に、光拡散素子６の出射面においても、その上に配置される液晶表示素子との間でのスティッキングを考慮する必要があり、光拡散素子６の出射面にも凹凸構造を付与することが好ましい。この凹凸構造は、スティッキング防止の目的のみに付与する場合には、平均傾斜角が０．７度以上となるような構造とすることが好ましく、さらに好ましくは１度以上であり、より好ましくは１．５度以上である。

本発明においては、光偏向素子４を用いて導光体３からの出射光を法線方向等の特定な方向に出射させ、この出射光を異方拡散性を有する光拡散素子６を用いて所望の方向に出射させることもできる。この場合、光拡散素子６に異方拡散作用と光偏向角作用の両方の機能を付与することもできる。例えば、凹凸構造としてレンチキュラーレンズ列やシリンドリカルレンズ形状体を用いたものでは、その断面形状を非対称形状にすることで、異方拡散作用と光偏向作用の両機能を付与することができる。

また、本発明においては、光源装置としての視野角を調整し、品位を向上させる目的で、光偏向素子４や光拡散素子６に光拡散材を含有させることもできる。このような光拡散材としては、光偏向素子４や光拡散素子６を構成する材料と屈折率が異なる透明な微粒子を使用することができ、例えば、シリコンビーズ、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレ−ト、フッ素化メタクリレ−ト等の単独重合体あるいは共重合体等が挙げられる。光拡散材としては、光偏向素子４による狭視野効果や光拡散素子６による適度な拡散効果を損なわないように、含有量、粒径、屈折率等を適宜選定する必要がある。例えば、含有量が少ない場合は、光偏向素子４や光拡散素子６を構成する材料との屈折率の差がある程度ないと、欠陥が視認されやすくなる。一方屈折率差が小さいほうが輝度の低下は少なくなるため、含有量がある程度ある場合には光偏向素子４や光拡散素子６を構成する材料との屈折率差は小さいほうが好ましい。光拡散材の屈折率は、大きすぎると過剰な散乱屈折作用が生じ輝度の低下を招くため、屈折率差は０．１以下とすることが好ましく、さらに好ましくは０．０１以下である。また、拡散材の粒径は、粒径が大きすぎると散乱が強くなりぎらつきや輝度の低下を引き起こし、小さすぎると着色が発生するため、平均粒径が０．５〜２０μｍの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜１５μｍ、より好ましくは２〜１０μｍの範囲である。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

なお、以下の実施例における各物性の測定は下記のようにして行った。
また、各座標点の単位はμmである。

（面光源装置の法線輝度、光度半値全幅の測定）
光源として冷陰極管を用い、インバータ（ハリソン社製ＨＩＵ−７４２Ａ）にＤＣ１２Ｖを印加して高周波点灯させた。導光体の光度半値全幅は、導光体の表面に４ｍｍφのピンホールを有する黒色の紙をピンホールが表面の中央に位置するように固定し、輝度計の測定円が８〜９ｍｍとなるように距離を調整し、冷陰極管の長手方向軸と垂直方向および平行方向でピンホールを中心にゴニオ回転軸が回転するように調節した。それぞれの方向で回転軸を＋８０°〜−８０°まで１°間隔で回転させながら、輝度計で出射光の光度分布を測定し、ピーク角度、光度分布の半値全幅（ピーク値の１／２の分布の広がり角）を求めた。また、面光源装置の輝度半値全幅は、輝度計の視野角度を０．１度にし、面光源装置の中央の面に位置するよう調整し、ゴニオ回転軸が回転するように調節した。それぞれの方向で回転軸を＋８０°〜−８０°まで１°間隔で回転させながら、輝度計で出射光の輝度分布を測定し、ピーク輝度、ピーク角度、輝度分布の半値全幅（ピーク値の１／２の分布の広がり角）を求めた。ピーク角度は光源装置に対し法線方向を０°とし、光源側を負、光の進行方向側を正とした。

（実施例１）
メタクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を用い射出成形することによって一方の面がマットである導光体を作製した。該導光体は、２１６ｍｍ×２９０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ−０．７ｍｍのクサビ板状をなしていた。この導光体の鏡面側に、導光体の長さ２３０ｍｍの辺（短辺）と平行になるように、アクリル系紫外線硬化樹脂によってプリズム列のプリズム頂角１３０°、ピッチ５０μｍのプリズム列が並列に連設配列されたプリズム層を形成した。導光体の長さ２９０ｍｍの辺（長辺）に対応する一方の側端面（厚さ２．０ｍｍの側の端面）に沿って冷陰極管を光源リフレクタ（麗光社製銀反射フィルム）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、プリズム列配列（裏面）に反射シートを配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。この導光体は、光入射面および光出射面の双方に垂直な面内での出射光光度分布の最大ピーク角度は光出射面法線方向に対して６９度、半値全幅は２３．２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、プリズム列の断面を点１（−１８．１１１，５２．９９３）、点２（−１２．０００，１８．３３８）、点３（０．０００，０．０００）、点４（１２．０００，１７．８５８）の４点を繋いだ３つの平面と、点４から点５（２４．０００，３７．３８５）までを点Ａ（−３１９．０９２，２３４．７７８）を中心とする半径３９５．８２４μｍの円、点５から点６（３１．８８９，５２．９９３）までを点Ｂ（−２７４．１３９，１９７．８７３）を中心とする半径３３８．５９１μｍの円で繋いだ２つの凸曲面で構成したピッチ５０μｍのプリズム列が並列に連設されたプリズム列形成面を、あらかじめ一方の面に中心線平均粗さＲａ＝０．４の微細凹凸が形成された厚さ１２５μｍのポリエステルフィルムの微細凹凸が形成されていない面に形成しプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

得られたプリズムシートを、上記導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向き、導光体の光入射面にプリズム稜線が平行であり第１のプリズム面が光源側となるように載置し、面光源装置を得た。この面光源装置の光入射面および光出射面の双方に垂直な面内での出射光輝度分布を求め、比較例１を基準とした場合のピーク輝度比率、ピーク角度、ピーク輝度の１／２の輝度を有する角度（半値全幅）を測定し、その結果を表２に示した。

（実施例２）
プリズム列の断面を点１（−１７．３８７，５０．４５５）、点２（−７．２１６８８，１２．５００）、点３（０．０００，０．０００）、点４（１３．０００，１９．２７３）の４点を繋いだ３つの平面と、点４から点５（３２．６１３，５０．４５５）までを点Ａ（−４６５．０１８，３４１．７０１）を中心とする半径５７６．５９４μｍの円で繋いだ凸曲面で構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

得られたプリズムシートを、実施例１の導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向き、導光体の光入射面にプリズム稜線が平行であり第１のプリズム面が光源側となるように載置し、面光源装置を得た。この面光源装置の光入射面および光出射面の双方に垂直な面内での出射光輝度分布を求め、比較例１を基準とした場合のピーク輝度比率、ピーク角度、ピーク輝度の１／２の輝度を有する角度（半値全幅）を測定し、その結果を表２に示した。

（実施例３）
プリズム列の断面を点１（−２０．１４３，４９．３５３）、点２（−１６．８０５，２４．０００）、点３（０．０００，０．０００）、点４（１３．０００，１９．８６６）の４点を繋いだ３つの平面と、点４から点５（２９．８５７，４９．３５３）までを点Ａ（−３８２．３１２，２６５．４２１）を中心とする半径４６５．３７０μｍの円で繋いだ凸曲面で構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

（実施例４）
プリズム列の断面を点１（−１８．１１１，５２．９９３）、点２（−１２．０００，１８．３３８）、点３（０．０００，０．０００）、点４（１２．０００，１７．８５８）の４点を繋いだ３つの平面と、点４から点５（２４．０００，３７．３８５）までを点Ａ（−３１９．０９２，２３４．７７８）を中心とする半径３９５．８２４μｍの円、点５から点６（３１．８８９，５２．９９３）までを点Ｂ（−２７４．１３９，１９７．８７３）を中心とする半径３３８．５９１μｍの円で繋いだ２つの凸曲面で構成したピッチ５０μｍのプリズム列が並列に連設されたプリズム列形成面を、あらかじめ一方の面に半径８１．８７０μｍの弧状のレンズが５０μピッチで形成された厚さ１２５μｍのポリエステルフィルムのレンズが形成されていない面に形成しプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

（実施例５）
プリズム列の断面を点１（−１８．１１１，５２．９９３）、点２（−１２．０００，１８．３３８）、点３（０．０００，０．０００）、点４（１２．０００，１７．８５８）の４点を繋いだ３つの平面と、点４から点５（２４．０００，３７．３８５）までを点Ａ（−３１９．０９２，２３４．７７８）を中心とする半径３９５．８２４μｍの円、点５から点６（３１．８８９，５２．９９３）までを点Ｂ（−２７４．１３９，１９７．８７３）を中心とする半径３３８．５９１μｍの円で繋いだ２つの凸曲面で構成したピッチ５０μｍのプリズム列が並列に連設されたプリズム列形成面を、あらかじめ一方の面に点７（０．０００，０．０００）、点８（２０．０００，３．１７０）、点９（４０．０００，３．１７０）、点１０（５０．０００，０．０００）の４点を結んでできる断面台形形状が５０μピッチで形成された厚さ１２５μｍのポリエステルフィルムの微細形状が形成されていない面に形成しプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

（比較例１）
プリズムシートのプリズム列を、２つのプリズム面がともに平面であり、プリズム頂角が６５．４度である断面二等辺三角形（α＝β＝３２．７度）とした以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

得られたプリズムシートを、実施例１の導光体の光出射面側にプリズム列形成面が向き、導光体の光入射面にプリズム稜線が平行であり第１のプリズム面が光源側となるように載置し、面光源装置を得た。この面光源装置の光入射面および光出射面の双方に垂直な面内での出射光輝度分布を求め、ピーク輝度をピーク輝度比率１．０００とし、ピーク角度、ピーク輝度の１／２の輝度を有する角度（半値全幅）を測定し、その結果を表２に示した。

（比較例２）
プリズム列の断面を点１（−１９．２６０，４７．８８０）、点２（−１９．２６０，３０．０００）、点３（０．０００，０．０００）、点４（３０．７４０，４７．８８０）の４点を繋いだ３つの平面で構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

（比較例３）
プリズム列の断面を点１（−２４．３８５，３９．０２４）、点２（０．０００，０．０００）、点３（９．２０４，１２．８０８）の３点を繋いだ２つの平面と、点３から点４（２５．７６８，３８．７７９）までを点Ａ（−２７４．９８５，２１２．３４２）を中心とする半径３４７．２４２μｍの円で繋いだ凸曲面で構成した以外は、実施例１と同様にしてプリズムシートを作製した。得られたプリズムシートのプリズム列の形状を表１に示した。

また、実施例及び比較例のパラメータを表２に示す。

１一次光源
２光源リフレクタ
３導光体
４光偏向素子
５光反射素子
６光拡散素子
３１光入射端面
３２端面
３３光出射面
３４裏面
４１入光面
４２出光面
５１垂線

Claims

光を入射する入光面とその反対側に位置し入射した光を出射する出光面とを有しており、前記入光面には２つのプリズム面から構成されるプリズム列が互いに略並列に複数配列され、
前記プリズム面のうち光源側に近い第１のプリズム面が、前記入光面に対する傾斜角が異なる２つの平面から構成され、
前記プリズム面のうち光源側から遠い第２のプリズム面が、前記入光面に対する傾斜角が異なる２つ以上の面から構成されることを特徴とする光偏向素子。
前記プリズム列の頂角が６０〜９０°であることを特徴とする請求項１に記載の光偏向素子。
前記第１のプリズム面は、前記２つの平面のうち、前記出光面に近い側に位置する面の傾斜角が、前記出光面から遠い側に位置する面の前記傾斜角より大きく、前記２つの平面の前記傾斜角の差が１５〜４０°であることを特徴とする請求項２に記載の光偏向素子。
前記第１のプリズム面の前記出光面から遠い側に位置する面の、前記入光面の垂線に沿った方向における前記プリズム列頂部からの高さをｈとし、前記プリズム面の前記垂線に沿った方向の高さをＨとしたとき、ｈ／Ｈが０．２〜０．５であることを特徴とする請求項３に記載の光偏向素子。
前記第２のプリズム面を構成する前記２つ以上の面は平面から構成されている請求項４に記載の光偏向素子。
前記第２のプリズム面を構成する前記２つ以上の面が平面と凸曲面から構成されている請求項４に記載の光偏向素子。
前記第２のプリズム面を構成する前記２つ以上の面のうち、前記出光面に近い側に位置する面ほどその傾斜角が大きく、前記出光面に最も近い面の傾斜角と、前記出光面から最も遠い面の傾斜角との差が１５°以下であることを特徴とする請求項５および６に記載の光偏向素子。
前記凸曲面の曲率半径（ｒ）とプリズム列のピッチ（Ｐ）との比（ｒ／Ｐ）が４〜２０であることを特徴とする請求項６に記載の光偏向素子。
前記第２のプリズム面の稜線と谷線を含む平面と前記第２のプリズム面との最大距離（ｄ）と、前記プリズム列のピッチ（Ｐ）との比（ｄ／Ｐ）が０．００１〜０．１であることを特徴とする請求項５および６に記載の光偏光素子。
前記出光面に、該出光面のどの部分においてもその部分から出射された光のピーク角度が略法線方向となるように微細形状が施されたことを特徴とする請求項１〜９に記載の光偏向素子。
前記微細形状の断面形状は、前記プリズム列のピッチ（Ｐ）を１としたとき、曲率半径（ｒ’）が１．１〜６の円弧形状であり、前記レンズ形状が各プリズム列に対応して設けられることを特徴とする、請求項１０に記載の光偏向素子。
前記微細形状の断面形状が台形形状であり、前記プリズム列のピッチ（Ｐ）を１としたとき、前記台形形状の下底（ａ）の長さは１であり、前記台形形状の上底（ｂ）の長さは０．３〜０．７であり、前記台形形状の高さは（ｈ’）は０．０４〜０．０８であり、
前記台形形状は、各プリズム列に対応して設けられる請求項１０に記載の光偏向素子。
一次光源と、該一次光源から発せられる光を入射する光入射面および入射した光を導光して出射する光出射面を有する導光体と、該導光体の光出射面側に隣接配置した請求項１〜１２のいずれかに記載の光偏向素子からなることを特徴とする光源装置。