JP2014067524A - 面光源装置及び透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個人用途に好適な適度に狭い視野角を比較的単純な形状の柱状単位プリズムで得られる面光源装置及び透過型表示装置とする。
【解決手段】面光源装置１００は、導光体１０と、導光体の対向する側端面である光入射面１０ａに配置される２つの光源部２０と、プリズム面３１ｐを導光体側にしたプリズムシート３０とを備え、プリズムシートの柱状単位プリズム３１が長手方向を導光体の導光方向Ｄｇに直交させて、配列方向を導光方向に平行な方向に互いに隣接して複数配列され、断面形状が対称の五角形形状で、底辺側の急斜面３１ａと、緩斜面３１ｂとを有し、導光方向における配光分布特性に、２つのピークを有する、透過型表示装置２００は、この面光源装置を背面光源とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、面光源装置と、これを背面光源として備えた透過型表示装置に関する。

表示パネルに液晶表示パネルなどを用いた透過型表示装置では、背面光源として面光源装置を備えている。この面光源装置の代表的な構成として、導光体の対向する側端面である光入射面に光源を配置し、この導光体の光出射面上に、プリズムシートを配置したサイドエッジ型の面光源装置が知られている。

このような面光源装置は、複数の人が同時に画面を観察することを想定したテレビ用途など一般的には、広い視野角が要求される。一方、個人で使用する用途に対しては、それほど視野角は広い必要はなく、光束を狭い角度に絞って、視野角は適度に狭いことが要求される。こうした要求に対して、種々の面光源装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１では、導光体の光出射面上に配置される光偏向素子として、拡散率が５〜１０％である光拡散シートの導光体側の面を、断面略三角形状の柱状単位プリズムが連設されたプリズム面とした、面光源装置を開示している。
特許文献２では、プリズムシートのブリズム面を、非対称な２つのプリズム面から構成される第１の柱状単位プリズムと、非対称な２つのプリズム面から構成される第２の柱状単位プリズムとを、第１の柱状単位プリズムの２つのプリズム面と、第２の柱状単位プリズムの２つのプリズム面とが対称となるように隣接配置して１対のプリズム列単位とし、このプリズム列単位を複数隣接配列した、面光源装置を開示している。

特許第４１２５４６７号公報 特開２０１２−１３７５６号公報

しかしながら、前記特許文献１では、導光体から出射した光は、プリズムを通過した後、光拡散シートで拡散されるために、光の損失が生じ、その分輝度が低下するという問題がある。
また、前記特許文献２のプリズムシートは、柱状単位プリズムに互いに形状が異なるが特定の形状関係が必要となり、複雑であるという問題がある。

すなわち、本発明の課題は、個人用途に好適な適度に狭い視野角を、比較的単純な形状の柱状単位プリズムで得られる面光源装置を提供することである。
また、本発明の課題は、こうした面光源装置を備えた透過型表示装置を提供することである。

そこで、本発明では、次の様な構成の面光源装置及び透過型表示装置とした。
（１）導光体と、この導光体に光を出射する２つの光源部と、前記導光体からの出射光を入射して進行方向を偏向して出射するプリズムシートとを備え、
前記導光体は、互いに対向する側端面である２つの光入射面、光出射面、及び、前記光出射面に対向する背面を有し、
前記光源部は、前記導光体の前記２つの光入射面にそれぞれ対向して配置され、
前記プリズムシートは、前記導光体の前記光出射面に対向して、プリズム面を前記導光体に向けて配置され、前記プリズム面を構成する柱状単位プリズムが、その長手方向を前記導光体の導光方向に直交させて、前記導光方向に平行な方向を配列方向として互いに隣接して複数配列され、
前記柱状単位プリズムは、その断面形状においてプリズム面が対称となる五角形形状であり、前記プリズム面は、底辺側の急斜面と、この急斜面よりも傾斜が緩い頂点側の緩斜面とを有し、
前記プリズムシートの光出射面から出射される光について、前記導光体の前記導光方向における配光分布特性に、２つのピークを有する、
面光源装置。
（２）前記２つのピークにおける最大輝度値に対する、前記２つのピーク間の最小輝度値の比が、０．７５以上である、前記（１）の面光源装置。
（３）前記２つのピーク間の角度が１０〜2０度である、前記（２）の面光源装置。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかの面光源装置を、背面光源として備える、透過型表示装置。

本発明によれば、個人用途に好適な適度に狭い視野角を、比較的単純な形状の柱状単位プリズムで得ることができる。

本発明による面光源装置の一実施形態を説明する断面図。 図１に例示の形態の変形例を説明する断面図。 本発明におけるプリズムシートが有する柱状単位プリズムの形状を説明する断面図。 プリズム面の急斜面の頂角を説明する断面図。 本発明におけるプリズムシートの層構成を例示する断面図。 本発明におけるプリズムシートが有する柱状単位プリズムの光の偏向作用を説明する断面図。 面光源装置の出射光の配光分布特性の測定方法を説明する図。 本発明による面光源装置の配光分布特性を例示するグラフ。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、説明上の都合に応じて適宜、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。

《１》用語の定義
以下に、本発明において用いる主要な用語について、その定義をここで説明しておく。

「シート面」とは、シート状のプリズムシート３０を全体的かつ大局的に見た場合において、このプリズムシート３０の平面の広がり方向と一致する面のことを意味する。「シート面」は、通常は、プリズムシート３０の光入射面３０ａ、又は光出射面３０ｂと平行な面となる。「シート面」は、図１に於いては、ＸＹ平面と平行な面となる。
上記「光入射面３０ａ」は、柱状単位プリズム３１のプリズム面３１ａであるため、凹凸面となっているが、本発明においては、このように対象とする面が凹凸面であるときは、この凹凸面に対する包絡面のことを意味する。したがって、導光体１０において、その光出射面１０ｂが単位ブリズムなどで凹凸面になっているときは、その光出射面１０ｂの法線ｎとは、その光出射面１０ｂの包絡面に立てた法線ｎを意味する。

「板面」とは、導光体１０の形状が平板状である場合に、導光体１０を全体的かつ大局的に見た場合において、この導光体１０の平面の広がり方向と一致する面のことを意味する。したがって、導光体１０の光出射面１０ｂは、「板面」と平行である。また、導光体１０の光出射面１０ｂと、プリズムシート３０の光入射面３０ａ及び光出射面３０ｂは，互いに平行である。

「断面」とは、特に断りのない限り、導光体１０においては、「光出射面１０ｂ」に、プリズムシート３０においては「シート面」に、立てた法線ｎに平行な断面のことを意味する。
「断面形状」とは、上記「断面」における形状のことを意味する。
柱状単位プリズム３１、及び光出射面側単位光学要素１３のそれぞれの光学要素において、その「断面形状」とは、特に断りのない限り「主切断面形状」を意味する。「主切断面形状」とは、これらの光学要素の長手方向に対して、垂直な面における形状である。
「五角形形状」、「三角形形状」など多角形形状とは、厳密な意味での、各辺が直線からなる多角形形状のみではなく、成形技術など製造技術における誤差や限界などを含む多角形形状、或いは、これら多角形形状と概ね同一の光学的機能を発揮し得る多角形形状も含む。例えば、五角形形状において、その頂点が、面取りされ例えば半径３μｍの円弧となった五角形形状も含む。

「導光方向Ｄｇ」とは、導光体１０の光出射面１０ｂに平行な面内において、光入射面１０ａから入射した光源光のうち最大強度の光の進行方向である。２つの光入射面１０ａが互いに平行な平面であるとき、前記進行方向は、光入射面１０ａに垂直な方向であり、このとき、「導光方向Ｄｇ」は光出射面１０ｂに平行で且つ光入射面１０ａに垂直な方向である。
「正面方向」とは、導光体１０の光出射面１０ｂ、プリズムシート３０の光出射面３０ｂ、及び面光源装置１００の光出射面１００ｂに垂直な法線ｎの方向であって、これらの面から光が出射する側の方向である。
「直交」とは、厳密な意味での「直交」と共に、「直交」関係によって得られる光学的な主要な機能を本質的に損なわない程度に「直交」からずれた角度であるとする「略直交」の意味も含む。
「平行」とは、厳密な意味での「平行」と共に、「平行」関係によって得られる光学的な主要な機能を本質的に損なわない程度に「平行」からずれた角度であるとする「略平行」の意味も含む。

「フィルム」、「シート」、「板」の用語は、一般的にこの順に厚みが厚くなる傾向を持つ用語であるが、その厚み境界が一義的ではないため、本発明においては、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別しない。したがって、例えば、「シート」はフィルムや板とも呼ばれ得るような部材も含む。

《２》面光源装置１００

図１は、本発明による面光源装置１００と、これを備えた透過型表示装置２００の一実施形態を説明する断面図である。

図１は、ＸＹＺ直交座標系にて、導光体１０の導光方向ＤｇをＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交し導光体１０の光出射面１０ｂに平行な方向をＹ軸方向、導光体１０の光出射面１０ｂの法線ｎの方向をＺ軸方向とする。図１（ａ）はＸＺ面に平行な面での断面図、図１（ｂ）はＹＺ面に平行な面での断面図を示す。図１では、導光体１０の光出射面１０ｂ、プリズムシート３０の光出射面３０ｂ、並びに、面光源装置１００の光出射面１００ａは、ＸＹ平面に平行な面であり、紙面に垂直な面として描かれている。
図面上方が、面光源装置１００の観察者Ｖ側である。

面光源装置１００は、少なくとも、導光体１０と、導光体１０に光を出射する２つの光源部２０と、導光体１０からの出射光を入射して進行方向を偏向して出射するプリズムシート３０とを備える。前記偏向は、導光方向Ｄｇ及び法線ｎに平行な面内において、つまり図１ではＸＺ面内において行なわれる。
この結果、面光源装置１００は、プリズムシート３０の光出射面３０ｂから出射される光について、導光体１０の導光方向Ｄｇにおける配光分布特性に、２つのピークを有する。

以下、構成部材ごとに説明する。

〔導光体１０〕
導光体１０は、互いに対向する側端面である２つの光入射面１０ａ、光出射面１０ｂ、及び、前記光出射面１０ｂに対向する背面１０ｃを有する。本実施形態においては、導光体１０は、矩形形状で平板状をしている。この平板状の導光体１０は、４つの側端面を有し、このうち、図１に示す本実施形態においては、共にＹＺ面に平行となり、且つ、互いに対向する２つの側端面を、光源部２０からの光を入射する光入射面１０ａとしている。
光入射面１０ａから入射した光源部２０の光は、導光方向ＤｇであるＸ軸方向に導光体１０内部を導光され、光出射面１０ｂから出射する。
光出射面１０ｂはＸＹ平面と平行な面であり、非光拡散性の面となっている。
背面１０ｃは、光出射面１０ｂに対向する面である。

導光体１０の光出射面１０ｂからの出射光の配光分布特性は、導光方向Ｄｇにおいて、輝度が最大となるピークを正面方向に有さずに、対向する２つの光入射面１０ａに応じて、正面方向から傾いたピークを２つ有する。例えば、正面方向からマイナス方向に６０度のピーク角度を有するピークと、プラス方向に６０度のピーク角度を有するピークとを有する。前記マイナス方向及びプラス方向とは、後述する図７でも説明するが、本発明においては、マイナス方向とは図面で左方向、プラス方向とは図面で右方向としている。この２つのピークを、プリズムシート３０によって、それぞれのピーク角度が共に正面方向に近くなるように偏向する。ただし、この２つのピークが重なりあって正面方向に１つのピークとなるようにはしない。

本発明において、導光体１０としては、互いに対向する２つの側端面を、光源部２０からの光の光入射面１０ａとして有し、光出射面１０ｂが非光拡散性の面であり、この光出射面１０ｂに対向する背面１０ｃを有するものであれば、特に制限なく、従来公知のものを適宜採用することができる。

［光出射面１０ｂにおける非光拡散性］
本発明において、「非光拡散性」とは、具体例で説明すれば、導光体１０の光出射面１０ｂを粗面としている場合、或いは、導光体１０の光出射面１０ｂを形成する部分を光拡散性粒子を含有させる等して光拡散性層としている場合など、積極的に光出射面１０ａからの出射光に光拡散性を付与していないことを意味する。
導光体１０の光出射面１０ｂを非光拡散性とするのは、光出射面１０ｂを、光拡散性とすると、光拡散によって光損失が生じることがあり、光の利用効率が低下することがあるからである。
導光体１０の光出射面１０ｂは、非光拡散性とするが、非光偏向性とする必要はない。例えば、本実施形態においては、次に説明するように、光出射面側単位光学要素１３によるプリズム面として、導光方向Ｄｇ以外の光の変更機能を付与してある。

［光出射面側単位光学要素１３］
図１に例示する本実施形態においては、光出射面１０ｂは非光拡散性の面であるが、粗面でもなく、平坦面でもなく、プリズム面による凹凸面となっている。具体的には、柱状単位プリズムが光出射面側単位光学要素１３として複数配列されている。この光出射面側単位光学要素１３は、その長手方向を導光方向Ｄｇと平行な方向であるＸ軸方向として、導光方向Ｄｇに直交するＹ軸方向に、互いに隣接して複数配列されている。光出射面側単位光学要素１３の配列ピッチは、本実施形態においては、一定である。

光出射面側単位光学要素１３の寸法の具体例を示せば、本実施形態においては、断面形状が二等辺三角形状でその頂角が凸部を形成する柱状単位プリズムで、前記二等辺三角形の頂角は９０度、底角は４５度、底辺５０μｍとすることができる。この柱状単位プリズムの配列ピッチは、隣接して配列するとき、底辺の寸法と同じ５０μｍとなる。

本発明においては、光出射面側単位光学要素１３を設ける場合、光出射面側単位光学要素１３の断面形状としては、二等辺三角形以外の形状でもよい。例えば、不等辺三角形、五角形などの多角形、或いは、円、楕円、放物線の一部などである。断面形状に応じて、光出射面側単位光学要素１３の配列方向における配光分布特性を調整することができる。

本実施形態においては、導光体１０の光出射面側単位光学要素１３によって、導光方向Ｄｇとは直交するＹ軸方向、言い換えると、プリズムシート３０によって光を偏向し配光分布特性を調整する方向とは直交する方向における、面光源装置１００としての出射光の配光分布特性を調整することができるようになっている。

本発明においては、導光体１０の導光方向Ｄｇと直交する方向において、配光分布特性を導光体１０によって調整する必要がないときは、導光体１０の光出射面１０ｂは、光出射面側単位光学要素１３を有さなくてもよい。この場合、図１（ｂ）の断面図は、図２のように光出射面１０ｂが平坦面の断面図となる。

［背面１０ｃ］
導光体１０の背面１０ｃは、図示はしないが、公知の光反射要素を設けることができる。光反射要素によって、光源部２０から放出された光が、光入射面１０ａから導光体１０内部に入射し導光方向Ｄｇに進んだ光の一部が、光反射要素で反射され、光出射面１０ｂから出射することになる。
光反射要素としては、光拡散性ドット、光反射性プリズム要素などである。

なお、背面１０ｃにおける光反射機能に加えて、導光体１０の背面１０ｃに隣接して或いは離間して、光反射シートを配置してもよい。例えば、公知の光拡散性の光反射シートである。光反射シートを配置することによって、背面１０ｃ側からの光反射を増すことができる。

［寸法］
ここで、導光体１０の寸法の具体例を示せば、全体形状が略直方体の板状で、Ｚ軸方向である法線方向の寸法、換言すると厚みが０．３〜１．０ｍｍ、Ｘ軸方向である導光方向Ｄｇの寸法が１５０〜２５０ｍｍ、Ｙ軸方向の寸法がＸ軸方向の寸法より小さい、１００〜２００ｍｍである。

［構成材料及び製造方法］
導光体１０は、従来公知の材料及び製造方法で製造することができる。導光体１０を構成する材料は、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、アクリル系などの紫外線や電子線で光硬化可能な光硬化性樹脂などの有機系材料、或いは、ガラス、セラミックスなどの無機系材料を用いることができる。
熱可塑性樹脂の場合は、押し出し成形法、射出成形法、熱エンボス法などの成形法によって製造することができ、光硬化性樹脂の場合は成形型を用いる２Ｐ法（フォトポリマー法）によって、製造することができる。

〔光源部２０〕
光源部２０は、導光体１０の２つの光入射面１０ａのそれぞれに対向して配置される。
光源部２０としては、公知の光源を適宜採用することができる。例えば、線状発光体である冷陰極管（ＣＣＦＬ）、或いは点状発光体である発光ダイオード（ＬＥＤ）を導光体１０の光入射面１０ａに沿って線状に複数配列して擬似的に線状発光体としたもの、などである。光源部２０が線状に伸びる方向は、図１では、Ｙ軸方向である。
光源部２０は、発光体からの光が無駄なく導光体１０の光入射面１０ａに入射するように、公知のリフレクターなどの反射部材を備えることができる。

〔プリズムシート３０〕
プリズムシート３０は、導光体１０の光出射面１０ｂに対向して、プリズム面３１ｐを導光体１０に向けて配置され、前記プリズム面３１ｐを構成する柱状単位プリズム３１が、その長手方向を導光体１０の導光方向Ｄｇに直交させて、導光体１０の導光方向Ｄｇに平行な方向を配列方向として互いに隣接して複数配列されている。

［柱状単位プリズム３１］
図３は、柱状単位プリズム３１の断面形状を説明する図である。柱状単位プリズム３１は、当該１つの柱状単位プリズム３１内の断面形状において、プリズム面３１ｐが対称となる五角形形状である。つまり、柱状単位プリズム３１の断面形状は、頂点３１ｔを通る法線ｎを対称軸とした対称形状となっている。
さらに、前記プリズム面３１ｐは、底辺側の急斜面３１ａと、この急斜面３１ａよりもシート面に対する傾斜が緩い頂点３１ｔ側の緩斜面３１ｂとを有する。

柱状単位プリズム３１の各部の寸法は、急斜面３１ａの高さＨａ、緩斜面３１ｂの高さＨｂに対して、柱状単位プリズム３１の高さＨは、Ｈ＝Ｈａ＋Ｈｂの関係である。柱状単位プリズム３１の断面形状における幅Ｗは、柱状単位プリズム３１の配列ピッチＰに等しい。柱状単位プリズム３１の配列向における、両プリズム面それぞれの、急斜面３１ａの幅Ｗａ、緩斜面３１ｂの幅Ｗｂに対して、柱状単位プリズム３１の幅Ｗは、Ｗ＝２×（Ｗａ＋Ｗｂ）である。

急斜面３１ａの頂角αと、緩斜面３１ｂの頂角βとは、頂角α＜頂角βの関係を満たす。図４は、急斜面３１ａの頂角αの意味を説明する断面図である。急斜面３１ａの頂角αは、頂点３１ｔの両側のそれぞれの急斜面３１ａを、頂点３１ｔの方に仮想的に延ばしたときに交わる交点における角度（具体的には小さい方の角度である劣角の角度）を意味する。

ここで、柱状単位プリズム３１の寸法の具体例を示せば、配列ピッチＰに等しい寸法である幅Ｗは、２０〜６０μｍ、急斜面３１ａの幅Ｗａ及び緩斜面３１ｂの幅Ｗｂは、急斜面３１ａの幅Ｗａと緩斜面３１ｂの幅Ｗｂとの合計に対する急斜面３１ａの幅Ｗａの比Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）で捉えて、Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）＝０．２５〜０．５５、急斜面３１ａの頂角αは５５〜６５度、緩斜面３１ｂの頂角βは頂角α＜頂角βなる条件下で５６〜８０度とすることができる。高さＨは、１０〜２００μｍとすることができる。

［プリズムシート３０の構造］
プリズムシート３０は、その機械的強度及び形状保持性を向上させるために、図５の断面図に示すように、柱状単位プリズム３１が複数隣接配列した部分の光出射面３０ｂ側となる部分と、本体部３２とが積層一体化された構造とすることができる。複数の柱状単位プリズム３１は、本体部３２と一体構造となっている。換言すると、複数の柱状単位プリズム３１は本体部３２に固着されている。
柱状単位プリズム３１と本体部３２とは、同一材料で一体的に成形することで、プリズムシート３０を製造することができる。
或いは、柱状単位プリズム３１は本体部３２とは、異なる材料で本体部３２の面に成形することで、プリズムシート３０を製造することができる。本実施形態におけるプリズムシート３０は、こうした本体部３２を有する。本体部３２は、樹脂シートを用いる場合、例えば、２５〜５００μｍとすることができる。

［材料及び製造方法］
プリズムシート３０は、従来公知の材料及び製造法で製造することができる。
プリズムシート３０を構成する材料は、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、アクリル系などの紫外線や電子線で光硬化可能な光硬化性樹脂などの有機系材料、或いは、ガラス、セラミックスなどの無機系材料を用いることができる。
熱可塑性樹脂の場合は、押し出し成形法、射出成形法、熱エンボス法などの成形法によって製造することができ、光硬化性樹脂の場合は成形型を用いる２Ｐ法（フォトポリマー法）によって、製造することができる。
本体部３２を有する場合、本体部３２には、ポリエステル系樹脂なども用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂シートを用いることができる。
本体部３２として樹脂シートを用いる場合の製造法は、例えば、帯状の樹脂シートに塗布された光硬化性樹脂の樹脂液を成形型に押し付けた状態で、樹脂液に紫外線照射して硬化させる２Ｐ法で連続的に製造できる。

［光の偏向作用］
図６は、プリズムシート３０における柱状単位プリズム３１の光の偏向作用を説明する断面図である。図面で左右方向が柱状単位プリズム３１の配列方向であり、またＸ軸方向であり導光方向Ｄｇである。ここでは、プリズムシート３０が本体部３２を有する場合で説明する。また、片方の光入射面１０ａに配置された光源部２０からの光について説明する。他方の光入射面１０ａに配置された光源部２０からの光については、これから説明する図面で、左右逆になる以外は同じである。

導光体１０の光出射面１０ｂ（不図示）から出射して、法線ｎに対して角度Ｓ１で柱状単位プリズム３１の緩斜面３１ｂに入射した光Ｌ１は、柱状単位プリズム３１内を進行して、反対側の緩斜面３１ｂで全反射した後、本体部３２を通過して、光出射面３０ｂから、正面方向に対して角度Ｓ２で図面で左側方向に傾いて出射する。

なお、同図に示すように、本発明においては、正面方向に対して図面左方向に傾いて出射するとき、正面方向（法線ｎの方向）に対する角度をマイナス（−）とし、正面方向に対して図面右方向に傾いて出射するとき、正面方向に対する角度をプラス（＋）とする。

また、導光体１０の光出射面１０ｂから出射して、法線ｎに対して角度Ｓ１で柱状単位プリズム３１の緩斜面３１ｂに入射した光Ｌ２は、柱状単位プリズム３１内を進行して、反対側の急斜面３１ａで全反射した後、本体部３２を通過して、光出射面３０ｂから、正面方向に対して角度Ｓ３で図面で右側方向に傾いて出射する。

こうして、導光体１０の光出射面１０ｂから出射した光を、本プリズムシート３０によって、導光方向Ｄｇにおいて適度に狭い方向に偏向することができる。このとき、急斜面３１ａの幅Ｗａと、緩斜面３１ｂの幅Ｗｂなどの柱状単位プリズム３１の各部寸法を調整することで、面光源装置１００としての視野角を、あまり広くならず個人用途に好適な適度に狭い角度に調整することが可能となる。

〔面光源装置１００としての配光分布特性〕
本発明による面光源装置１００によって得られる配光分布特性について説明する。

［配光分布特性の測定方法］
図７は、面光源装置１００の出射光の配光分布特性を測定する方法を説明する図である。
同図に示すように、面光源装置１００としての配光分布特性は、面光源装置１００の光出射面１００ａでもあるプリズムシート３０の光出射面３０ｂの、Ｘ軸方向及びＹ軸方向での中央３０ｍにおける正面方向に輝度計Ｍを配置し、正面方向、つまり観察角度０度のときの輝度を測定する。さらに、輝度計ＭをＸＺ平面内で、前記中央部３０ｍを回転軸として回転して観察角度を変化させて、そのときの輝度を測定する。こうして、導光方向Ｄｇにおける配光分布特性を測定することができる。

［配光分布特性］
２つのピークにおける最大輝度値Ｙに対する、前記２つのピーク間の最小輝度値Ｙｍｉｎの比は、好ましく０．６０以上、より好ましくは０．７５以上である。比Ｙｍｉｎ／Ｙの値が前記値未満であると、観察角度をずらしたときに、観察角度による輝度変化が目立ち易くなり、不自然になることがあるからである。
２つのピーク間の最小輝度値Ｙｍｉｎは、２つのピークと等しい輝度値となることはない。本発明においては、本来ならば、最大輝度を与えるピークは１つが理想的ではあるが、あえて、２つのピークの存在と、その実用的な許容レベルを容認することで、単純な形状で所望の性能が得られるようになっている。

さらに、２つのピーク間の角度が１０〜2０度であることが好ましい。２つのピーク間の角度が前記範囲未満であると、視野角が狭くなり過ぎて、個人用途といえども、画面が見づらくなることがあるからである。また、２つのピーク間の角度が上記範囲を超えると、視野角が広くなり過ぎて、その分、個人用途を想定したときに、無駄な方向に出射する光が増え、光の利用効率が低下することがあるからである。

ここで、配光分布特性において、２つのピークを有する本発明においては、視野角、換言すると半値角とは、２つのピークのうち、大きい方の輝度値を最大輝度値Ｙとして、この最大輝度値Ｙの半分の１／２の輝度値を与えるプラス側の観察角度と、マイナス側の観察角度（マイナス値）の絶対値の合計の意味である。換言すると、プラス側の観察角度と、マイナス側の観察角度のなす角度である。
２つのピークは、導光方向Ｄｇにおいて、導光体１０、プリズムシート３０などのすべての光学部材が完全に光学的に対称形状であるときは、同じ輝度値を示す。ただ、実際には、製造誤差などの関与により、２つのピークの輝度値が等しくならないことがある。このため、最大輝度値Ｙは、２つのピークのうち大きい方の輝度値を採用することとする。

［配光分布特性の実例］
表１に、急斜面３１ａの幅Ｗａと緩斜面３１ｂの幅Ｗｂとの比率を変えることによって、配光分布特性を調整することができることを示す。ここでは、前記比率として、Ｗａ／（Ｗａ＋Ｗｂ）を採用して説明する。柱状単位プリズム３１の屈折率は、１．５１で同一である。
また、このときの導光体１０としては各系列共に同一で、その光出射面１０ｂからの出射光の配光分布が、導光方向Ｄｇにおいて、正面方向からプラス方向６５度のピーク（半値角３０度）と、マイナス方向６５度（半値角３０度）のピークの２つのピークを有するものを用いた。

表２は、表１中の各系列における柱状単位プリズム３１の各部寸法を示す。各数値の単位は、μｍである。

表１及び表２に示すように、急斜面３１ａの幅Ｗａの比率を大きくすると、２つのピークのピーク間角度を小さくすることができ、同時に、視野角（半値幅）を小さくすることができることが判る。また、ピーク輝度Ｙに対するピーク間最小輝度Ｙｍｉｎの比Ｙｍｉｎ／Ｙは、急斜面３１ａの幅Ｗａの比率を大きくするにつれて、大きくできることが判る。また、急斜面３１ａの幅Ｗａの比率を大きくすると、ピーク輝度Ｙを大きくすることができることが判る。したがって、導光板１０の出光特性に応じて、プリズムシート３０で配光分布特性を調整できることがうかがえる。

図８は、面光源装置１００の配光分布特性を例示するグラフである。同図に示すグラフで、系列Ｂ及び系列Ｃは本発明による面光源装置１００の特性である。系列Ｄはプリズムシート３０の柱状単位プリズムに、断面形状が頂角６６度の二等辺三角形のものを用いた場合であり、ピークは正面方向に１つのみとなる。なお、いずれも導光体及び光源部２０は同じある。
図８中の各系列の配光分布特性の特性値を表３に示す。表４に、図８中のＢ系列及びＣ系列におけるプリズムシート３０の柱状単位プリズム３１の寸法を示す。

導光体は厚み０．７ｍｍの樹脂製である。導光体１０は、背面１０ｃに、断面三角形状の凸条が、その長手方向を導光方向Ｄｇに直交させて、導光方向Ｄｇに平行な方向に複数配列されている。
また、この導光体１０は、光出射面１０ｂに、柱状単位プリズムが光出射面側単位光学要素１３として、その長手方向を導光方向Ｄｇと平行な方向にして、導光方向Ｄｇに直交する方向に互いに隣接して複数配列されている。光出射面側単位光学要素１３は、断面形状が二等辺三角形状で頂角が凸部を形成し、二等辺三角形の頂角は９０度、底角は４５度、底辺は５０μｍである。光出射面側単位光学要素１３の配列ピッチは５０μｍである。

以上のように、個人用途に好適な適度に狭い視野角を、比較的単純な形状の柱状単位プリズムで得られ、また２つのピーク間の輝度低下も小さい、実用的な配光分布特性が得られることが判る。
また、導光体から出射した光は、プリズムを通過した後、光拡散シートなど光拡散層で拡散されることがないので、光拡散による光の損失が生じず、光拡散による輝度の低下を防げ、その分、光の利用効率をよくすることができる。

《変形形態》
本発明は、上記した実施形態以外のその他の形態をとり得る。以下、その一部を説明する。

〔その他の層〕
プリズムシート３０において、光出射面３０ｂには、各種機能層が適宜積層されていてもよい。こうした機能層は、例えば、反射防止層、着色層、偏光板などの光学機能層、或いは、ハードコート層、粘着剤層などの、光学シートにおいて公知の各種機能層などである。
また、プリズム面３１ｐである光入射面３０ａの面にも、プリズムの機能に支障を来たさない範囲内で、光学シートにおいて公知の各種機能層を積層することができる。こうした機能層は、例えば、帯電防止層などである。
これら各種機能層によって、その機能をプリズムシート３０に付与することができる。
本発明においては、光学機能層として光拡散シートなど光拡散層なしに所望の視野角とすることができるが、光拡散層による光の利用効率の低下を容認できるならば、光拡散層を備えたものとしてもよい。

《３》透過型表示装置２００
本発明における透過型表示装置２００は、図１に例示する実施形態のように、上述した面光源装置１００を、背面光源として備える透過型の表示装置である。透過型表示装置２００は、面光源装置１００を背面光源として、その照明光を、液晶表示パネルなどの透過型表示パネル４０の表示光に用いる。透過型表示パネル４０としては、液晶表示パネルが代表的であるが、透過光を表示光として用いるものであれば、その他の表示パネルでもよい。例えば、アクリル樹脂板に画像を印刷形成したものでもよい。
また、本実施形態においては、面光源装置１００のプリズムシート３０と、表示パネル４０との間には、光拡散シートなど光拡散層を配置していない。

このような構成の透過型表示装置２００とすることによって、個人用途に好適な適度に狭い視野角の透過型表示装置とすることができる。
しかも、導光体から出射した光は、プリズムを通過した後、光拡散シートなど光拡散層で拡散してないので、光拡散による光の損失が生じず、光拡散による輝度の低下を防げ、その分、光の利用効率をよくすることができる。

《４》用途
本発明の面光源装置１００及び透過型表示装置２００の用途は特に限定されない。ただし、本発明のこれらの物品の用途は、その適度に狭い視野角が好適な用途、例えば、個人用途の表示装置は好適な用途である。小型テレビ、携帯情報端末、電子書籍端末などである。

１０ 導光体
１０ａ 光入射面
１０ｂ 光出射面
１０ｃ 背面
１２ 本体部
１３ 光出射面側単位光学要素（柱状単位プリズム）
２０ 光源部
３０ プリズムシート
３０ａ 光入射面
３０ｂ 光出射面
３１ 柱状単位プリズム
３１ａ 急斜面
３１ｂ 緩斜面
３１ｐ プリズム面
３１ｔ 頂点
３２ 本体部
４０ 透過型表示パネル
１００ 面光源装置
２００ 透過型表示装置
Ｄｇ 導光方向
Ｈ 柱状単位プリズムの高さ
Ｈａ 急斜面部分の高さ
Ｈｂ 緩斜面部分の高さ
Ｌ１，Ｌ２ 光
Ｐ （柱状単位プリズムの）配列ピッチ
Ｍ 輝度計
Ｖ 観察者
Ｗ 柱状単位プリズムの幅
Ｗａ 急斜面部分の幅
Ｗｂ 緩斜面部分の幅
α 急斜面の頂角
β 緩斜面の頂角

Claims (4)

1. 導光体と、この導光体に光を出射する２つの光源部と、前記導光体からの出射光を入射して進行方向を偏向して出射するプリズムシートとを備え、
   前記導光体は、互いに対向する側端面である２つの光入射面、光出射面、及び、前記光出射面に対向する背面を有し、
   前記光源部は、前記導光体の前記２つの光入射面にそれぞれ対向して配置され、
   前記プリズムシートは、前記導光体の前記光出射面に対向して、プリズム面を前記導光体に向けて配置され、前記プリズム面を構成する柱状単位プリズムが、その長手方向を前記導光体の導光方向に直交させて、前記導光方向に平行な方向を配列方向として互いに隣接して複数配列され、
   前記柱状単位プリズムは、その断面形状においてプリズム面が対称となる五角形形状であり、前記プリズム面は、底辺側の急斜面と、この急斜面よりも傾斜が緩い頂点側の緩斜面とを有し、
   前記プリズムシートの光出射面から出射される光について、前記導光体の前記導光方向における配光分布特性に、２つのピークを有する、
   面光源装置。
2. 前記２つのピークにおける最大輝度値に対する、前記２つのピーク間の最小輝度値の比が、０．７５以上である、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記２つのピーク間の角度が１０〜2０度である、請求項２に記載の面光源装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の面光源装置を、背面光源として備える、透過型表示装置。

Images