JP3959024B2 - 面光源装置及びそれに用いるプリズムシート - Google Patents

Description

【技術分野】
本発明は、照明の技術分野に属するものであり、特に面光源装置及びそれに用いるプリズムシートに関する。
【背景技術】
従来、ノート型パソコン（パーソナルコンピュータ）の表示画面を構成するのに使用されている液晶表示装置（液晶ディスプレイ）においては、表示を明るく見やすくするために、背面照明が利用されている。この背面照明のために使用される光源としては、表示画面全体にわたってできるだけ均一に照明光を照射し、しかも照明光源を含む表示装置の全体的構成をできるだけ薄型化するために、板状導光体の端面に沿って線状光源を配置し該導光体の一主面（表面）から照明光を出射させるようにした、いわゆるエッジライト型の面光源装置が利用されている。このようなエッジライト型の面光源装置は、例えば実開平３−６９１８４号公報や特公平７−２７１３６号公報や特公平７−２７１３７号公報等に記載されている。
以上のような面光源装置において、線状光源から発せられ導光体内へと入射した光は、表面及び該表面とほぼ平行に或は傾斜して形成された裏面による繰り返し反射を受けて、導光体内を入射端面と対向する端面の方へと伝達される。この伝達の途中で、導光体に形成された光出射機構により、一部の光が導光体の光出射面から出射する。この出射光は観察方向と異なる方向に指向性を有する。このため、必要な方向へと指向性を変更させて光を出射させるために、プリズムシートなどが使用される。このプリズムシートは、実開平３−６９１８４号公報に開示されているように、プリズム面を導光体と反対の側に向けて配置されることが多く、また、プリズムシートは、プリズム稜線の方向が互いに直交するような配置で重ね合わせて使用することができる。更には、特公平７−２７１３６号公報や特公平７−２７１３７号公報に開示されているように、プリズム面を導光体側に向けて配置されたものも提案されている。
ところで、近年、ノート型パソコンの表示画面の大型化が求められており、この要求を満たすために、面光源装置としても大面積のものが要求されている。このように大面積化した場合でも、全面にわたってできるだけ均一で高い強度の照明光を発生させることが要求される。特に、ノート型パソコンや液晶モニターでは、約３０〜４０ｃｍ程度の近距離から観察されるものであるため、画面の中央部と周辺部とで、観察者の目へと向かう光が画面法線となす角度はかなり異なることになり、これに起因する視認性の不均一が生ずる。
特開平７−３１８７２９号公報には、導光体の光出射面上に、プリズム列と直交する断面において、各プリズム列の長辺のシート面に対する角度が視点直下位置から離れるに従って大きくなるようなリニアフレネルレンズシートを、レンズ面が出射面となるように配置し、出射光を視点方向に集光させるようにした面光源装置が記載されている。
このような面光源装置では、視点方向に出射光を集光させることができるものの、レンズ面が出射面となるようにレンズシートが配置され、プリズム長辺の屈折作用により出射光を集光させるため、光の利用効率が低く十分に輝度の高い面光源装置が得られないものである。また、プリズム長辺の屈折作用により出射光を集光させるため、導光体からの出射光を拡散シート等を用いてシート面法線から０〜３０度程度の方向に偏向させる必要がある。このように、指向性の高い導光体からの出射光を直接視点方向に集光させることができないため、さらに輝度の低下を招く。さらに、プリズム長辺のみの屈折作用により出射光を集光させるものであるため、導光体の一方端に線状光源を備えた場合に他方端面で反射して戻ってくる光は所定方向に集光することができず、また導光体の両端に線状光源を備えた場合にプリズム長辺の側の光源から到来する光は所定方向に集光することができず、このため光の利用効率が低下するものでもある。
【発明の開示】
そこで、本発明は、比較的近距離で観察する画面の照明のためのエッジライト型面光源装置において、視認性の不均一を生ずることなく容易に大面積化することが可能な面光源装置を提供することを目的とするものである。
即ち、本発明によれば、
一方の主面を光出射面とし且つ少なくとも１つの端面を光入射面とする板状の導光体と、該導光体の前記光入射面に沿って延在するように配置された光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光進行方向転換プリズムシートとを備えている面光源装置であって、
前記プリズムシートの入射面は前記導光体の光出射面と対向するように配置されており、前記プリズムシートの入射面には前記導光体の光入射面と略平行に延在する複数のプリズム列が互いに平行に配列されており、
前記導光体は前記光源から前記光入射面を経て入射する光を前記光出射面から出射させる光出射機構を有しており、
前記導光体及び前記光進行方向転換プリズムシートを経た光が該プリズムシートから集束状態で出射せしめられるように前記光に対して作用する光集束手段を有することを特徴とする面光源装置、
が提供される。
また、本発明によれば、
以上のような面光源装置に使用され、一方の面に複数のプリズム列が互いに平行に配列されているプリズムシートであって、前記プリズム列の頂角αと、各プリズム列の延在方向と直交するプリズム列配列方向における該プリズム列のシート法線方向に対する傾き角βの変化率γとが、
５５度≦ａ≦７５度
０．２度／ｃｍ≦γ≦１．５度／ｃｍ
を満たすことを特徴とするプリズムシート、
が提供される。
更に、本発明によれば、
一方の主面を光出射面とし且つ少なくとも１つの端面を光入射面とする板状の導光体と、該導光体の前記光入射面に沿って延在するように配置された光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光進行方向転換プリズムシートを備えている面光源装置であって、
前記プリズムシートの入射面は前記導光体の光出射面と対向するように配置されており、前記プリズムシートの入射面と反対側の出射面には前記導光体の光入射面と略平行に延在する複数のプリズム列が互いに平行に配列されており、前記プリズムシートの入射面または出射面が前記導光体の光入射面と直交する方向において凸状または凹状に湾曲しており、
前記導光体は前記光源から前記光入射面を経て入射する光を前記光出射面から出射させる光出射機構を有していることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
図１において、符号１２は矩形状の板状導光体を示し、符号１４，１４’は板状導光体１２の端面に沿って延在するように配置された光源を示す。光源１４，１４’は、特に限定されるものではないが、例えば線状の光源であり、以下の説明では線状光源として説明する。符号１６，１６’はそれぞれ線状光源１４，１４’に付されたリフレクタを示す。符号１８は光反射部材を示す。符号２０は光進行方向転換プリズムシートを示す。
導光体１２では、Ｙ方向に延びている一端面１２−１を第１光入射面とし、該第１光入射面１２−１と対向する端面１２−２を第２光入射面としている。これら２つの端面１２−１，１２−２と略直交するＸ−Ｙ面内の第１主面たる表面（上面）１２−３を光出射面としている。この導光体１２は、表面１２−３と反対側にＸ−Ｙ面内の第２主面たる裏面（下面）１２−４を有している。裏面１２−４には、光反射部材１８が付設されている。また、２つの光入射面以外の端面にも、裏面と同様に光反射部材を付設してもよい。
尚、本実施形態では図１に示すように導光体１２の対向する２つの端面を光入射面としているが、本発明においてはこれら２つの端面のうちのいずれか一方のみを光入射面とすることも可能である。この場合、光入射面と対向する端面には光反射部材が付設されていることが好ましい。
線状光源１４は、導光体端面１２−１に隣接して該端面１２−１に沿ってＹ方向に延びた状態で配置されている。線状光源１４から発せられた光は、その一部が直接且つ他の一部がリフレクタ１６により反射された後に光入射端面１２−１から導光体１２内へと入射せしめられる。線状光源１４’は、導光体端面１２−２に隣接して該端面１２−２に沿ってＹ方向に延びた状態で配置されている。線状光源１４’から発せられた光は、その一部が直接且つ他の一部がリフレクタ１６’により反射された後に光入射端面１２−２から導光体１２内へと入射せしめられる。導光体１２内への光入射の向きは、線状光源１４と線状光源１４’とで逆である。
導光体１２内に入射した光は、光反射部材１８が付設された裏面１２−４と光出射面１２−３とにより全反射等の反射を繰り返し受け、入射した端面と対向する端面の方へと伝達される。この光伝達の途中で、裏面１２−４から出射する一部の光は、光反射部材１８により反射せしめられ裏面１２−４から導光体１２へと再入射せしめられる。また、この光伝達の途中で、光出射面１２−３から一部の光が出射する。この光出射面１２−３からの光出射は、主として導光体１２に形成されている以下のような光出射機構の作用に基づきなされる。
本発明においては、導光体の光出射面から出射される出射光は、高い輝度を得るという観点から指向性の高い光であることが好ましい。すなわち、出射光の光度分布の最大ピークの方向が導光体の光出射面の法線に対して５０°〜８５°、好ましくは６０°〜８０°であり、その分布の半値幅が１０°〜３５°、好ましくは１５°〜３０°であるような高い指向性を有する出射光であることが好ましい。これは、最大ピークの方向を５０°以上とし半値幅を３５°以下とすることによって輝度を十分に高めることができ、最大ピークを８５°以下とし半値幅を１０°以上とすることによってプリズムシートによって出射光の方向を所望の方向に容易に変更させることができるためである。
このような指向性の高い出射光を出射させる導光体の指向性光出射機構としては、導光体の光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面に微細な凹凸を形成したり、白色拡散性塗料等を塗布または印刷したり、導光体中に光拡散材を分散させたりしたものが挙げられる。中でも、微細な凹凸の形成および光拡散材の分散が、高い指向性が得られる点から好ましい。この微細な凹凸としては、例えば、均一な粗面化により得られたものやレンズ単位を形成したものが挙げられ、輝度の向上と導光体の光出射面内における輝度の均斉度とのバランスから、これらの平均傾斜角が２°〜１０°程度のものが特に好ましい。この平均傾斜角（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は測定長さである。この平均傾斜角（θａ）は、２°以上とすることによって導光体からの出射光の出射率が大きくなり（即ち小さくなり過ぎず）輝度を高くでき、８°以下とすることによって導光体からの出射光の出射率が小さくなり（即ち大きくなり過ぎず）光出射面内での輝度の均斉度を高くすることができる。
Δａ＝（１／Ｌ）∫_０ ^Ｌ｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ （１）
θａ＝ｔａｎ^−１（Δａ） （２）
このような微細な凹凸は、略等方性のものであっても方向性をもっているものでもよい。略等方性の微細な凹凸を形成する加工方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、フッ酸等を用いた化学エッチングによって粗面を形成した金型、ガラスビーズ等の微粒子を吹き付けて粗面化した金型等を用いて、加熱プレス等によって粗面を転写する方法、印刷法等によって透明な凹凸物質を塗布あるいは付着する方法、導光体をブラスト法やエッチング法等によって直接粗面に加工する方法等が挙げられる。
方向性を有する微細な凹凸としては、プリズム列やレンチキュラーレンズ列等の光入射面に対して略平行に延びる多数の微細な凹凸条溝あるいは突起が挙げられ、そのピッチが１μｍ〜２ｍｍ程度のものが好ましい。多数の微細な凹凸条溝あるいは突起としては、断面三角形状の複数のプリズム列を並列形成することが好ましい。このようなプリズム列を形成することによって、観察角度範囲に応じて適度な出射光分布の広がりを付与することができるともに、光出射面内での出射光の輝度の均斉度を向上させることができる。
導光体中に分散させる光拡散材としては、樹脂ビーズ等の有機微粒子やガラスビーズ等の無機微粒子が挙げられ、導光体を構成する材料の屈折率と異なる屈折率を有する粒径２〜１００μｍ程度、好ましくは４〜５０μｍ程度の微小な透光性粒子を使用することができる。このような光拡散材は、導光体の全体に均一に分散させてもよいし、一定の濃度分布を持って分散させてもよいし、光出射面あるいはその裏面近傍に層状に偏在させてもよい。このような光拡散材は、前述の微細凹凸構造と併用することができる。
導光体は、図１に示したように一定の厚さをもつものでもよいし、光入射面の位置から該光入射面と対向する側端面の位置の方へと徐々に厚さが減少する所謂くさび形、両端部から中央の方へと徐々に厚さが減少する形状のものでもよい。
図２Ａ〜図２Ｃに、以上のような光出射機構の具体例を示す。図２Ａでは、光出射機構は導光体１２の光出射面１２−３に形成された略等方的な微小凹凸である。図２Ｂ及び図２Ｃは、光出射機構として導光体１２の光出射面１２−３にて互いに平行に延在する複数の微小レンズ列を形成した例を示す。微小レンズ列として、図２Ｂではレンチキュラーレンズ列を形成しており、図２Ｃではプリズム列を形成している。
以上、微小構造からなる光出射機構が光出射面１２−３に形成されている例を示したが、これらと同様な微小構造を裏面１２−４に或は光出射面１２−３と裏面１２−４との双方に形成することで光出射機構とすることも可能である。
図２Ａに示されているように、線状光源１４，１４’から導光体１２に入射した光は、光出射機構により或る程度斜め上向き（例えば導光体の面法線Ｎに対して５０度〜８５度：線状光源１４から発せられた光［実線で示されている］と線状光源１４’から発せられた光［破線で示されている］とでは導光体の面法線Ｎに関して略対称の方向）に揃った指向性をもって出射せしめられる。但し、実際には、光出射面１２−３から出射する光は、Ｘ−Ｚ面内の進行方向に分布を持つ。
さらに、本発明の導光体には、上記のような光出射機構と併用して、光入射面と略垂直の方向に延びるプリズム列を導光体の光出射面あるいは裏面に形成し、プリズム列の延びる方向と垂直の方向での出射光分布を狭くしてもよい。このプリズム列は、その頂角が１２０〜１５０°であるものが好ましい。これは、プリズム列の頂角を１２０°以上とすることによって面光源素子としての輝度を向上させることができ、１５０°以下とすることによって観察角度範囲に応じて適度な出射光分布の広がりを付与することができるためである。プリズム列の頂角は、より好ましくは１２０°〜１４５°の範囲であり、さらに好ましくは１２５°〜１４０°の範囲である。
導光体１２の裏面１２−４に付設される光反射部材１８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。この光反射部材１８は、正反射機能を有するものや拡散反射機能を有するものを用いることができる。あるいは、上記導光体の光出射面１２−３からの光出射を全面にわたって均一化するために、光反射部材１８として、部分的に反射率の異なるものや部分的に反射面積割合の異なるパターン反射機能を有するものを用いることができる。尚、以上のような反射シートを省略して、導光体の裏面１２−４に金属蒸着などにより反射層を付与することで光反射部材１８となすことも可能である。
以上のようにして、導光体１２の光出射面１２−３から指向性をもって出射した光は、大略斜め上方へと進行し、光出射面１２−３に隣接して配置された光進行方向転換プリズムシート２０に入射する。このプリズムシート２０は、シート法線方向（導光体１２の面法線Ｎの方向）に対して大略斜めに入射する光の進行方向を所望の方向へと変化させる（進行方向を転換させる）作用を有する。この所望方向としては、例えばシート法線方向を採用することができる。
図３にプリズムシート２０の一例を示す。このプリズムシート２０は、下面がプリズム面とされ上面が平面とされた下側のプリズム部２０ａと上側のシート状基材部２０ｂとからなる。プリズム部２０ａは例えば活性エネルギー線硬化型樹脂材料を用いて構成することができ、基材部２０ｂは例えば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の材料を用いて構成することができる。基材部２０ｂとしては、必要に応じて、偏光シートまたは偏光変換シートや、光拡散シートを用いることができる。プリズムシート２０は、プリズム部２０ａと基材部２０ｂとに区別することなく、同一材料を用いて一体的に形成することも可能である。
このプリズムシート２０の材料としては、特にプリズム部２０ａにおいて、必要に応じて複屈折率０．０２以下の透光性樹脂材料を使用することができる。また、プリズムシート２０には、特にプリズム部２０ａにおいて、透光性樹脂中に平均粒径が１〜５０μｍで屈折率が前記透光性樹脂の屈折率と０．００２以上異なる透光性粒子を含有せる材料を用いることができる。これによれば、光拡散性を付与することができる。
図３に示されているように、プリズムシート２０の入射面２０−１は複数のＹ方向柱状プリズムが平行配列されたプリズム面とされている。導光体１２から出射されプリズムシート２０に入射した光はプリズム面により内面反射を受け、シート面法線Ｎの方向へと進行し、出射面２０−２から出射する。図示されているように、線状光源１４から発せられた光［実線で示されている］と線状光源１４’から発せられた光［破線で示されている］とで、各プリズムの互いに反対側の面で内面反射を受ける。
図４にプリズムシート２０の他の例を示す。このプリズムシート２０は、下面（入射面）及び上面（出射面）の双方がプリズム面とされている。下面（入射面）は上記図３のプリズム面と同様なプリズム面とされており、上面（出射面）は例えば８０度〜１４０度の頂角のプリズム列を互いに平行に配列したものからなる。但し、入射面２０−１の各プリズムはＹ方向に延在しており、出射面２０−２の各プリズムはＹ方向と直交するＸ方向にほぼ沿って延在している。入射面２０−１のプリズムはＸ−Ｚ面内で主としてプリズムの内面反射作用で光を偏向させるものであり、出射面２０−２のプリズムはＹ−Ｚ面内で主としてプリズムの屈折作用で光を偏向させるものである。
図５〜図８は本発明における光集束手段の具体例を示す模式図である。
図５に示される光集束手段は、プリズムシート２０の複数のプリズム列の形状を特別なものとすることで形成されている。図５には、本発明のプリズムシートの複数のプリズム列の形状を示した。プリズムシート２０は導光体１２の光出射面１２−３と対向するように配置された面（入射面２０−１）にＹ方向に延在する複数の柱状プリズムが互いに平行に配列されているものであり、各プリズムの頂角αと、各プリズムの延在方向（Ｙ方向）と直交するプリズム配列方向（Ｘ方向）に関するプリズムのシート法線Ｎに対する傾き角βの変化率γとが、
５５度≦α≦７５度
０．２度／ｃｍ≦γ≦１．５度／ｃｍ
を満たすよう設定されている。ここで、プリズムのシート法線Ｎに対する傾きβは各プリズムの２つの面の対称面がシート法線Ｎとなす角をいうものとし、図示される向きを正とし逆向きを負として符号が定められている。また、プリズム配列方向に関するβの変化率γは、Ｘに関し正の向き（図８中で右向き）に単位距離（１ｃｍ）進む際のβの変化を示す。
プリズムシート２０において、プリズム配列方向に関する中央（プリズムシート２０のＸ−Ｚ面内での中心線ＣＬ）で、βは０度である。従って、プリズム面（入射面２０−１）の形状は、中心線ＣＬに関して左右対称である。
プリズム面をこのような形状となすことで、各プリズムで内面反射（図３参照）された光は、全体としてＸ−Ｚ面内で集束され（ＣＬからの距離に応じて、遠いほど偏向される角度が大きい）、シート通過後にＣＬ上の約３０〜４０ｃｍ離れた観察者の位置の近傍に集束する。
プリズム配列のピッチは、特に限定されるものではないが、１０〜１０００μｍとすることが好ましく、さらに好ましくは１５〜１００μｍである。
以下に、プリズムシート２０のα，β，γについて更に説明する。
頂角α
プリズムシートのプリズム列配列面を導光体の光出射面に対向して載置した場合には、導光体の光出射面の法線方向に対して斜めにプリズムシートに入射した光は、各プリズム列のプリズム面で全反射作用によって内面反射され、光出射面の法線方向に変角される。このように、入射光はプリズム列の全反射作用によって進行方向を変向されるので、光の利用効率が高く、導光体からの出射光の強度分布にほぼ対応した面光源素子の出射光強度分布が得られる。従って、導光体によって適正化された分布の光を効率よく目的の方向へ変向できる。この場合、プリズムシートのプリズム列のプリズム頂角は５５〜７５°であり、各プリズム列の頂角は一定である。この角度範囲内であれば目的の方向に効率よく全反射で変向することができる。プリズム頂角は、好ましくは６０°〜７０°の範囲である。
変化率γ
プリズムシートのプリズム列は、傾き角βが最も０度に近いプリズム列を中心として、この中心となるプリズム列から遠くなるに従って傾き角βが徐々に大きくなるように、配置されている。このプリズム列の傾き角βの変化は、連続的（即ち、プリズム列配列の連続する１つごとに傾き角βが変化する）であってもよいし、段階的（即ち、プリズム列配列の連続するいくつかのプリズム列ごとのプリズム群を形成し、同一のプリスム群内では傾き角βが同一であり、隣接するプリスム群１つごとにプリズム列の傾き角βが変化する）であってもよいが、１ｃｍ当たりの変化率γが０．２°〜１．５°の範囲とする。これは、変化率が０．２°／ｃｍ未満であると、出射光の集束位置が面光源装置の表面から遠くなり、本発明の効果を十分に奏さない傾向にあるとともに、小さな変化率のプリズムパターンの製造が極めて難しくなるためである。また、変化率が１．５°／ｃｍを超えると出射光の集束位置が面光源装置の表面近くになり、本発明の効果を十分に奏さない傾向にあるとともに、特に変化率が段階的に変化する場合には傾き角βの変化点が視認されることによる均一性低下が生ずる傾向にあるためである。変化率γは０．４°〜１．２°／ｃｍの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５°〜１°／ｃｍの範囲である。
本発明においては、中心となるプリズム列の傾き角βを０度とすることにより、この位置での出射光の方向を法線方向とすることができ、正面輝度が高い面光源装置が得られるため好ましい。なお、本発明においては、中心となるプリズム列の位置の直上が略観察位置（視点位置）に相当する。このため、好ましくはプリズム列配列方向におけるプリズムシートの中央位置に中心となる傾き角βが０度あるいは０度に最も近いプリズム列が配置される。
また、本発明においては、プリズムシートの各プリズム列の頂角を一定として、その傾き角βを変化させることにより、導光体の両端に線状光源を配置した場合でも両方の線状光源からの光を同じ位置に集束させることができるため、液晶モニターや広告、看板等に使用される大型の面光源装置において特に適している。なお、導光体の一つの端面にのみ線状光源を配置する場合においても、対向する他方の端面で反射して戻ってくる光を同じ位置に集光させることができるため、光の利用効率に優れるものである。これは、本発明のプリズムシートにおいては、プリズム列の配列方向に一方の向きから入射する光は各プリズム列の光入射側と逆の側のプリズム面において全反射されて出射されるため、左右両方から入射する光をそれぞれ対応する別々のプリズム面で全反射させて出射させることができるためである。
傾き角β
プリズムシートのプリズム列の傾き角βは、出射光の集束位置、面光源装置の大きさに応じて設定されるが、−２０°〜＋２０°の範囲とすることが、プリズムシートから数十ｃｍ程度の通常の観察位置に出射光を集束させることができるとともに、プリズムパターンの製造の容易性等の点で好ましく、特に好ましくは−１５°〜＋１５°の範囲である。
図６〜図８に示される光集束手段は、導光体の形状を特別なものとすることで形成されている。即ち、図６〜図８は、本発明の導光体に光集束機能を付与した場合の具体例を示す模式図である。
図６に示される導光体では、線状光源の方向と直交するＸ方向に関し導光体１２の光出射面１２−３を凹状に湾曲させることで形成されている。即ち、このようにすることで、光出射面１２−３から出射される光は全体としてＸ−Ｚ面内で発散され（導光体１２のＸ−Ｚ面内でのＺ方向中心線ＣＬからの距離に応じて、遠いほど偏向される角度が大きい）、これに従い、図３または図４に示されるプリズムシート２０を通過することで入射面２０−１でプリズム内面反射を受けた光がＸ−Ｚ面内で集束状態とされる。湾曲の程度（曲率）は、観察者の位置に応じて、プリズムシート通過後に観察者の位置の近傍に集束するように、設定する。
図７に示される導光体では、線状光源の方向と直交するＸ方向に関し導光体１２の裏面１２−４を凹状に湾曲させる（即ち、光反射部材１８の上面［導光体１２との接合面］を凸状に湾曲させる）ことで形成されている。即ち、このようにすることで、裏面１２−４を経て光出射面１２−３から出射される光は全体としてＸ−Ｚ面内で発散され、これに従い、図３または図４に示されるプリズムシート２０を通過することで入射面２０−１でプリズム内面反射を受けた光がＸ−Ｚ面内で集束状態とされる。湾曲の程度（曲率）は、観察者の位置に応じて、プリズムシート通過後に観察者の位置の近傍に集束するように、設定する。
図８に示される導光体では、線状光源の方向と直交するＸ方向に関しプリズムシート２０の上面（出射面）２０−２を凸状に湾曲させることで形成されている。即ち、このようにすることで、入射面２０−１でプリズム内面反射を受け上面２０−２を介してプリズムシートから出射する光は全体としてＸ−Ｚ面内で集束状態とされる。湾曲の程度（曲率）は、観察者の位置に応じて、観察者の位置の近傍に集束するように、設定する。
次に、導光体及びプリズムシートの材料及び製法について説明する。
以上の導光体およびプリズムシートは、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、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、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。
導光体およびプリズムシートのプリズム列やレンチキュラーレンズ列等のレンズ列を配列した表面構造や粗面からなる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、押出成形や射出成形等によって導光体やプリズムシートを製造する際に、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、導光体やプリズムシートを製造する際に、同時に形成してもよい。この場合、導光体やプリズムシートの内部と粗面構造またはレンチキュラーレンズ列やプリズム列などのレンズ列配列構造を有する表面部とで、屈折率を異ならせたものを製造することもできる。さらに、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はレンチキュラーレンズ列やプリズム列などのレンズ列配列構造を有する部分を形成してもよいし、このような粗面構造またはレンズ列配列構造を有するシートを接着、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。
以上の図５〜８の光集束手段は、Ｘ−Ｚ面内での集束状態を実現するものであるが、図４のように出射面にプリズム屈折作用を用いたＹ−Ｚ面内での光の偏向のためのプリズム配列を有するものの場合には、Ｙ−Ｚ面内での集束状態を実現することもできる。そのようなＹ−Ｚ面内での光集束手段の例の模式図を図９に示す。
図９に示される光集束手段は、線状光源の方向（Ｙ方向）に関しプリズムシート２０の下面（入射面）２０−１を凸状に湾曲させることで形成されている。即ち、このようにすることで、上面２０−２で屈折されてプリズムシートから出射する光は全体としてＹ−Ｚ面内で集束状態とされる（ＣＬからの距離に応じて、遠いほど偏向される角度が大きい）。湾曲の程度（曲率）は、観察者の位置に応じて、観察者の位置の近傍に集束するように、設定する。
尚、図４のように出射面にプリズム屈折作用を用いたＹ−Ｚ面内での光の偏向のためのプリズム配列を有するものの場合にＹ−Ｚ面内での集束状態を実現するために、Ｙ−Ｚ面内における導光体１２の光出射面１２−３または裏面１２−４を凸状に湾曲させることができる。
このようなＹ−Ｚ面内における光集束はＸ−Ｚ面内での光集束とは独立して行なわれる。また、以上のようなＸ−Ｚ面内の光集束手段を複数組み合わせて使用することも可能であり、以上のようなＹ−Ｚ面内の光集束手段を複数組み合わせて使用することも可能である。その場合、各部の湾曲の曲率半径などは所望位置への集束状態を実現すべく適宜設定される。
以上の説明では、観察者がＣＬ上で観察し、このＣＬはプリズムシート２０のＸ方向に関する中心位置を通るものとしているが、観察者の位置は必ずしもプリズムシート２０の中心位置を通るＺ方向の線上に存在する必要はない。例えば、導光体１２、反射部材１８及びプリズムシート２０を、図８のＣＬの右側の部分のみから構成し、観察者がＣＬ上で観察するようにすることも可能である（この場合、ＣＬはプリズムシート２０の中心線ではない）。
以下に本発明の実施例及び比較例を示す。なお、以下の実施例及び比較例における各特性の測定は下記のようにして行った。
平均傾斜角（θａ）の測定
ＩＳＯ４２８７／１−１９８７に従って求めた。触針として０１０−２５２８（１μｍＲ、５５°円錐、ダイヤモンド）を用いた触針式表面粗さ計（東京精器（株）製サーフコム５７０Ａ）にて、粗面の表面粗さを駆動速度０．０３ｍｍ／秒で測定した。この測定により得られたチャートより、その平均線を差し引いて傾斜を補正し、前記式（１）式および（２）式によって計算して求めた。
光度半値幅の測定
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ＤＣ１４Ｖを印加して高周波点灯させた。光度分布は、導光体の中央で４ｍｍφのピンホールを有する黒色の紙をピンホールが導光体の中央に位置するように導光体上に固定し、測定円が８〜９ｍｍとなるように輝度計（ミノルタ社製ｎｔ−１°）までの距離を調整し、冷陰極管の延在方向と平行な方向であってピンホールを通る回転中心の周りでゴニオ回転軸が回転するように調節した。冷陰極管のエイジング時間として３０分以上経過した後に、回転軸を＋８０°〜−８０°まで５°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た。光度分布の最大ピーク角度および半値幅（ピーク値の１／２の分布の広がり角）を求めた。
面内輝度比の測定
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ＤＣ１４Ｖを印加して高周波点灯させ、面光源装置の表面から３０ｃｍの距離を維持するように配置した輝度計（ミノルタ社製ｎｔ−１°）で、該輝度計の位置を変化させて、面光源装置の中心位置、該中心位置から冷陰極管と垂直な方向に左右８ｃｍ離れた位置の合計３点の輝度を測定し、それらの中の最大輝度値に対する最小輝度値の比を面内輝度比とした。
［実施例１］
一方の面が鏡面で、他方の表面が粒径１２５〜１４９μｍのガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−１２０）を用いて１０ｃｍの距離から、吹付け圧力４Ｋｇ／ｃｍ^２でブラスト処理を行って粗面とした金型を用いてアクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を射出成形することによって、一方の主面が鏡面で他方の主面が平均傾斜角２．９°の粗面である１９５ｍｍ×２５３ｍｍ、最大厚さ３ｍｍ、最小厚さ１ｍｍのクサビ板状の導光体を得た。この導光体の長さ２５３ｍｍの辺（長辺）に対応する一方の側端面（厚さ３ｍｍの部分）に対向するようにして、該長辺に沿って冷陰極管を配置した。そして、その他の側端面に光拡散反射フィルム（東レ（株）製Ｅ６０）を貼付し、粗面の反対面（裏面）に対向して反射シートを配置し、光源リフレクタ（（株）麗光製特注銀反射フィルム）を配置した。以上の構成を枠体に組み込んだ。この導光体にプリズムシートを載置する前の出射光光度分布の最大ピークは法線方向から７０°でその半値幅は２７°であった。
一方、表面が粗面化された厚さ１８８μｍのポリエステルフィルムにアクリル系紫外線硬化性樹脂を用いて頂角６５．４°でピッチ５０μｍのプリズム列を、プリズム列配列方向において中央に傾き角が０°であるプリズム列が配置され、この傾き角の変化率が０．７１６１°／ｃｍとなるように多数のプリズム列が平行に配列されるように形成して、１９５ｍｍ×２５３ｍｍのプリズムシートを得た。各プリズム列の傾き角は−７°〜＋７°の範囲内であった。
このプリズムシートを、プリズム列配列面が導光体の光出射面側に向き、プリズム稜線が導光体の光入射面と平行になるように載置した。以上のようにして得られた面光源装置の正面輝度を求めたところ２４２５ｃｄ／ｃｍ^２であった。
また、図１０に示すように、Ｘ方向に関する面光源装置上の中心位置Ｔ_０及びこの中心位置からＸ方向に左右８ｃｍの位置Ｔ_１，Ｔ_２の輝度を、面光源装置から距離ｄ＝３０ｃｍ離れた位置であってＴ_０，Ｔ_１，Ｔ_２の直上の位置Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２に配置した輝度計により測定した。これに基づき面内輝度比を算出した。その結果を図１１のグラフに示す。
［比較例１］
プリズムシートとして全てのプリズム列の傾き角が０°であるものを用いた以外は実施例１と同様にして面光源装置を組み立てた。得られた面光源装置の正面輝度を求めたところ２４３０ｃｄ／ｃｍ^２であった。
また、実施例１と同様にして輝度を測定し、面内輝度比を算出した。その結果を図１１のグラフに示す。
以上の実施例１及び比較例１の結果から、本発明によれば、広い視点位置範囲において高い面内輝度比が得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明によれば、観察位置へと集束させるように照明光を発することで近距離で観察する画面の視認性の不均一を生ずることなく容易に大面積化することが可能なエッジライト型面光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明による面光源装置の光出射機構の具体例を示す模式図である。
図３は、本発明による面光源装置のプリズムシートの一例を示す模式図である。
図４は、本発明による面光源装置のプリズムシートの他の例を示す模式図である。
図５は、本発明による面光源装置のプリズムシートの構造を示す模式図である。
図６は、本発明による面光源装置の導光体の一例を示す模式図である。
図７は、本発明による面光源装置の導光体の一例を示す模式図である。
図８は、本発明による面光源装置の導光体の一例を示す模式図である。
図９は、本発明による面光源装置の光集束手段の具体例を示す模式図である。
図１０は、面内輝度比の測定を示す模式図である。
図１１は、視点位置と面内輝度比との関係を示すグラフである。

Claims (5)

1. 一方の主面を光出射面とし且つ少なくとも１つの端面を光入射面とする板状の導光体と、該導光体の前記光入射面に沿って延在するように配置された光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光進行方向転換プリズムシートとを備えている面光源装置であって、
   前記プリズムシートの入射面は前記導光体の光出射面と対向するように配置されており、前記プリズムシートの入射面には前記導光体の光入射面と略平行に延在する複数のプリズム列が互いに平行に配列されており、
   前記導光体は前記光源から前記光入射面を経て入射する光を前記光出射面から出射させる光出射機構を有しており、
   前記導光体及び前記光進行方向転換プリズムシートを経た光が該プリズムシートから集束状態で出射せしめられるように前記光に対して作用する光集束手段を有しており、
   前記導光体の光入射面と平行または直交する方向において、前記導光体の光出射面および／または他方の主面が凸状または凹状に湾曲していることを特徴とする面光源装置。
2. 一方の主面を光出射面とし且つ少なくとも１つの端面を光入射面とする板状の導光体と、該導光体の前記光入射面に沿って延在するように配置された光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光進行方向転換プリズムシートとを備えている面光源装置であって、
   前記プリズムシートの入射面は前記導光体の光出射面と対向するように配置されており、前記プリズムシートの入射面には前記導光体の光入射面と略平行に延在する複数のプリズム列が互いに平行に配列されており、
   前記導光体は前記光源から前記光入射面を経て入射する光を前記光出射面から出射させる光出射機構を有しており、
   前記導光体及び前記光進行方向転換プリズムシートを経た光が該プリズムシートから集束状態で出射せしめられるように前記光に対して作用する光集束手段を有しており、
   前記プリズムシートは、透光性シート状基材と、その表面上に配置され且つ複数のプリズム列配列を備えたプリズム部とからなり、
   前記プリズム部の複屈折率が０．０２以下であることを特徴とする面光源装置。
3. 一方の主面を光出射面とし且つ少なくとも１つの端面を光入射面とする板状の導光体と、該導光体の前記光入射面に沿って延在するように配置された光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光進行方向転換プリズムシートとを備えている面光源装置であって、
   前記プリズムシートの入射面は前記導光体の光出射面と対向するように配置されており、前記プリズムシートの入射面には前記導光体の光入射面と略平行に延在する複数のプリズム列が互いに平行に配列されており、
   前記導光体は前記光源から前記光入射面を経て入射する光を前記光出射面から出射させる光出射機構を有しており、
   前記導光体及び前記光進行方向転換プリズムシートを経た光が該プリズムシートから集束状態で出射せしめられるように前記光に対して作用する光集束手段を有しており、
   前記プリズムシートの入射面または出射面が前記導光体の光入射面と直交する方向において凸状または凹状に湾曲していることを特徴とする面光源装置。
4. 一方の面に複数のプリズム列が互いに平行に配列されているプリズムシートであって、前記プリズム列の頂角αと、各プリズム列の延在方向と直交する方向における該プリズム列のシート法線方向に対する傾き角βの変化率γとが、
   ５５度≦α≦７５度
   ０．２度／ｃｍ≦γ≦１．５度／ｃｍ
   を満たし、
   前記プリズムシートは、透光性シート状基材と、その表面上に配置され且つ複数のプリズム列配列を備えたプリズム部とからなり、
   前記プリズム部の複屈折率が０．０２以下であることを特徴とするプリズムシート。
5. 一方の主面を光出射面とし且つ少なくとも１つの端面を光入射面とする板状の導光体と、該導光体の前記光入射面に沿って延在するように配置された光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光進行方向転換プリズムシートを備えている面光源装置であって、
   前記プリズムシートの入射面は前記導光体の光出射面と対向するように配置されており、前記プリズムシートの入射面と反対側の出射面には前記導光体の光入射面と略平行に延在する複数のプリズム列が互いに平行に配列されており、前記プリズムシートの入射面または出射面が前記導光体の光入射面と直交する方向において凸状または凹状に湾曲しており、
   前記導光体は前記光源から前記光入射面を経て入射する光を前記光出射面から出射させる光出射機構を有していることを特徴とする面光源装置。

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