JP4011287B2 - 光制御シート、面光源装置及び液晶ディスプレイ - Google Patents

光制御シート、面光源装置及び液晶ディスプレイ Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、斜め方向から入力された角度拡がりのある光の進行方向を制御して所望の出力光を得ることのできる光制御シート、同光制御シートを利用した面光源装置、並びに、液晶ディスプレイに関する。本発明は、角度拡がりのある光の方向制御一般、並びに、例えばパーソナルコンピュータやカーナビゲーションシステムに付設される表示装置等、面状の照明光が必要とされる諸装置に広く適用され得る。
【０００２】
【従来の技術】
透明導光体あるいは光散乱導光体からなる導光板とプリズムシートを利用した面光源装置が提案され、液晶ディスプレイのバックライト等の用途に広く用いられている。プリズムシートは、斜め方向から入力される光の進行方向を制御して所望の出力光を得るために最も一般的に用いれらている光制御シートである。プリズムシートは、多数のプリズム状の突起列を備えたプリズム面を有する透光性の光学材料からなる。
【０００３】
図１は、従来の一般的なプリズムシートを採用したサイドライト型の面光源装置をバックライティングとして用いた液晶ディスプレイの概略構成を部分破断して示した見取図である。なお、図示の都合上、プリズムシート４やその他の要素の厚さ、プリズム要素の形成ピッチ、深さなどは誇張されている。
【０００４】
同図を参照すると、符号１は導光板で、透明導光体あるいは光散乱導光体からなる楔形断面を有する光学部材で構成されている。光散乱導光体は、導光機能と内部散乱機能を兼備した周知の光学材料で、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるマトリックスと該マトリックス中に「異屈折率物質」を一様に混入分散させたものからなる。「異屈折率物質」とは、マトリックスの屈折率と実質的に異なる屈折率を有する物質を意味する。
【０００５】
導光板１の肉厚側の端面は入射端面２を提供し、その近傍に反射体Ｒを背面からかぶせた一次光源素子（蛍光ランプ）Ｌが配置されている。導光板１のメジャー面の内、一方（前面）が出射面５を提供し、他方（裏面）が背面６を提供する。背面６に沿って反射体３が配置されている。反射体３は、正反射性の銀箔シートあるいは拡散反射性の白色シートからなる。
【０００６】
周知のように、出射面５からは斜め前方に進行する指向性を持つ出射光束が出射される。プリズムシート４は、プリズム面（光入力面）を内側に向けて前面５の外側に配置される。
【０００７】
説明のために破断描示された部分を参照すると、プリズムシート４の光出力面（外側面）４ｃが平坦面として示されている。光出力面４ｃの外側には、偏光分離シートＬＳを介して液晶パネルＬＰが配置されている。液晶パネルＬＰは、偏光軸が直交するように配置した２枚の偏光板間に液晶セル、透明電極等を挟んだ周知の構成を有している。
【０００８】
偏光分離シートＬＳは、昨今使用される傾向にある光学素子で、液晶パネル内側の偏光板とプリズムシート４の間に配置される。この偏光分離シートＬＳは内側の偏光板の偏光軸と同じ方向の偏光成分に対する透過率が高く、同偏光軸と直交する方向の偏光成分に対する反射率が高い性質を有している。
【０００９】
なお、図示は省略したが、液晶パネルＬＰと偏光分離シートＬＳ、あるいは液晶パネルＬＰとプリズムシート４の間（偏光分離シート不使用の場合）には、それら要素間の張り付きを防止するためのスペース（空気層）が必要に応じて確保される。
【００１０】
プリズムシート４の光入力面を構成するプリズム面は多数のプリズム要素列を有する。これら多数のプリズム要素列の配向方向は、導光板１の入射端面２とほぼ平行である。部分拡大断面図に示したように、各プリズム要素列はＶ字状の溝を形成する１対の斜面４ａ，４ｂを有している。
【００１１】
ここで、入射端面２側を向く第１斜面４ａの傾斜角をφa 、それとは反対側を向く第２斜面４ｂの傾斜角をφb とする。傾斜角φa ，φb は正面方向（符号Ｎ参照）を基準に測るものとする。実質的にφa ＝φb （０度≦φa ＜９０度）であるプリズムシートは対称プリズムシートと呼ばれ、実質的にφa ≠φb であるプリズムシートは非対称プリズムシートと呼ばれる。非対称プリズムシートは、例えば国際公開特許公報ＷＯ９８／４０６６４号に記載されている。
【００１２】
光源素子Ｌから導光板１内に導入された光は、出射面５と背面６で繰り返し反射しながら肉薄側の端面７に向けて導光される。この過程で、照明光が徐々に出射面（前面）５から出射される。出射促進のために、出射面５が梨地面とされたり、内部散乱（光散乱導光体の場合）が利用されたりする。
【００１３】
周知の通り、出射面５から出射される出射光は、全体として斜め前方に明瞭な指向性を示す（導光板１の指向出射性）。なお、導光板１の出射面５あるいは背面６に光拡散性を与えた場合、指向出射性はある程度減殺されることがある。
【００１４】
図２は、典型的な導光板（出射面を梨地とした透明導光板）について出射面５からの出射光強度の角度特性を表わしたグラフである。同グラフにおいて、横軸は入射端面２に垂直な面内での方向を表わしている。角度は、正面方向を０度、入射端面２側を負、末端側（前方）を正とした。縦軸はピーク値を１．０とした単位（ａ．ｕ．）で輝度を表わしている。
【００１５】
このグラフから判るように、出射光束はかなり明瞭な指向性を持っており、輝度ピーク（主光線の出射角）は、約７０度をやや上回っている。一般的には、導光板のサイズや材料（透明体、光散乱導光体）、出射面、背面の特性（光散乱性の強さ）、背面側の反射シートの特性などで、輝度ピークの角度位置は、数度〜１０数度程度の範囲で変動する。しかし、グラフの全体形状は互いに類似したものになる。
【００１６】
図３は、このような導光板１の指向出射性を前提に、従来一般的に使用されているプリズムシート４の基本的な作用を説明する図である。
【００１７】
図３を参照すると、プリズムシート４は、導光板１の出射面５に沿ってそのプリズム面を内側に向けて配置されている。各プリズム要素の頂角は例えば、φa ＋φb ＝約６６度である。
【００１８】
今、上記の例の導光板を使用して矢印Ｌ１の方向から光供給を行なった場合、出射面５からの出射光束を代表する光線の進行方向は、上記したことからθ2 ＝約７３度となる。導光板の屈折率が１．５前後であることを考慮すれば、θ2 ＝７３度前後を与える出射面５への入射角は、θ1 ＝３８度前後となる。以下、このような優先的な進行方向に対応した光線の束を本明細書では主光束と呼ぶ。また、そのような主光束の進行方向を代表する光線を主光線と呼ぶ。ここでは主光線は符号Ｓ１で指示されている。
【００１９】
出射面５から出射した主光線Ｓ１は、空気層ＡＲ（屈折率ｎ0 ＝約１．０）を直進した後、プリズムシート４の一方の斜面４ａにかなり小さな入射角で入射する。主光線が他方の斜面４ｂに入射する確率は事実上殆どない。
【００２０】
次いで、主光線Ｓ１は斜面４ｂまで内部を直進して正反射される。正反射された光線は、プリズムシート４の光出力面４ｃに対して垂直方向に近い角度で入射し、プリズムシート４から出射される。この過程を通して、主光線Ｓ１の進行方向がプリズムシート４のほぼ正面方向に修正される。角度φa、φb を正確な値については、出射強度のピーク角度、プリズムシート４の屈折率を考慮して屈折に関するスネルの法則を使って設計的に定めることができる。
【００２１】
このように主光線については、斜面４ａ、４ｂの傾斜角度φa、φb を適当に設定することで、プリズムシート４の出力光Ｓ１を所望の方向（通常はほぼ正面方向）に出力することができる。
【００２２】
しかし、図２のグラフからも判るように、出射面５から出射されるのは主光線で代表される主光束ばかりではなく、その両側に角度広がりをもって分布している。本明細書では、便宜上、図２のグラフで輝度ピークの左側近傍の光線群を第１の副光束、右側近傍の光線群を第２の副光束と呼ぶ。また、輝度ピークの近傍で各副光束を代表する方向の光線をそれぞれ第１の副光線、第２の副光線と呼ぶことにする。
【００２３】
上述したように、主光束を代表する主光線に的を絞ってプリズムシートの設計を行なった場合、当然、第１及び第２の副光線は主光線Ｓ１の出力方向（ここではほぼ正面）からずれた方向に出射され、一部は照明に実質的に寄与出来なくなる。即ち、副光束の方向制御性に問題が生じる。
【００２４】
この内、第２の副光束については、上記国際公開特許公報ＷＯ９８／４０６６４号に記載された非対称プリズムシートを用いれば、第２の副光束の多くに主光線に類似した出力方向を与えることができる。
【００２５】
しかし、第１の副光束、即ち、主光線よりも正面方向寄りに出射面５から出射される光束については上記問題が未解決であり、出力方向が適正に制御されていなかった。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決することにある。即ち、本発明の１つの目的は、主光線より正面方向よりの方向に沿って入力される光について、出力方向を適性に制御できる光制御シートを提供することにある。
【００２７】
また、本発明のもう１つの目的は、そのように改良された光制御シートを用いて、出力光の指向特性がより良く制御された面光源装置を提供することにある。そして、本発明の更にもう１つの目的は、そのように改良された面光源装置を用いて、所定方向に明るい表示が得られる液晶ディスプレイを提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、面光源装置などで光の進行方向制御に用いられる光制御シートの入力光は、一般に、同光制御シートの正面方向に対して傾斜した方向に進行する主光線と、角度的にその周辺に分布する副光束とに分けて考えることができることに着目し、主光束のみならず副光束の進行方向制御にも適切に対応できるように光制御シートを改良し、また、それを面光源装置及び液晶ディスプレイで用いることによって上記課題を解決したものである。
【００２９】
具体的に言えば、本発明は先ず、一方の面が提供する光入力面と、他方の面が提供する光出力面とを備え、前記光入力面に互いに平行に延在する多数の突起列が繰り返し形成されている光制御シートに適用される。
【００３０】
本発明に従った改良によれば、前記突起列はそれぞれ第１の面と第２の面とを備え、前記第２の面は、前記突起列の先端から離れるに従って前記正面方向に対する傾斜角が小さくなる傾向を持ち、且つ、同傾斜角が前記突起列の根元において２３度〜３２度の範囲に収まるように形成されている。また、前記第１の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜した方向に進行する主光束と前記主光束よりも前記正面方向寄りの方向に進行する第１の副光束とを含む斜め入力光を取り入れて前記第２の面に内部入射させるように形成されている。
【００３１】
ここで、典型的な形態に従えば、前記第２の面は、前記正面方向に対して第１の傾斜角をもって傾斜した第１の領域と、前記正面方向に対して第２の傾斜角をもって傾斜した第２の領域とを含み、前記第２の領域は、前記第１の領域よりも前記突起の先端から離れており、前記第２の傾斜角は、前記第１の傾斜角よりも小さい。
【００３２】
また、前記斜め入力光は、更に、前記主光束よりも前記正面方向から外れた方向に進行する第２の副光束とを含んでいる場合、前記第２の副光束は、前記第１の面から前記第２の面に向い、前記第２の面で内部反射されてから前記第１の面に向い、前記第１の面で内部反射されてから前記光出力面へ向かうように構成されていることが好ましい。
【００３３】
次に、本発明は導光板と、前記導光板の端部から光供給を行なう一次光源と、前記導光板のメジャー面が提供する出射面に沿って配置された光制御シートとを備えた面光源装置に適用される。前記の改良された光制御シートが、前記光入力面が前記導光板側を向き、且つ、前記多数の突起列が前記入射端面にほぼ平行に延在するように配置される。
【００３４】
前記導光板の前記出射面からは、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜した方向に進行する主光束と前記主光束よりも前記正面方向寄りの方向に進行する第１の副光束とを含む斜め入力光が供給され、前記第１の面から取り入れて前記第２の面に内部入射される。
【００３５】
ここで、前記出射面からは、前記主光束より前記正面方向から外れた方向に進行する第２の副光束も出射されるが、この第２の副光束については前記第１の面から前記第２の面に向い、前記第２の面で内部反射されてから前記第１の面に向い、前記第１の面で内部反射されてから前記光出力面へ向かうように構成されていることが好ましい。
【００３６】
このような諸形態で改良された面光源装置は、液晶パネルを照明する液晶ディスプレイのための面光源装置として採用され得る。この場合、面光源装置の特性は、液晶ディスプレイに反映される。従って、本発明に従った液晶ディスプレイは、所定の方向から明るく観察される表示画面を提供する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。実施形態の要部構成を説明する諸図において、図示の都合上、光制御シートその他の要素の厚さ、突起列のピッチ、深さなどは誇張されている。また、図１に示した構成と共通する諸要素については、同じ参照符号が使用される。
【００３８】
図４は、本発明の第１実施形態の要部構成を表わした部分破断見取図である。本実施形態は、図１に示した従来の液晶ディスプレイと同様の構成を有しているが、導光板１の出射面（前面）５に沿って、プリズムシート４に代えて、本発明の特徴を備えた光制御シート４１が配置されている点で異なっている。
【００３９】
光制御シート４１は、部分拡大断面図に示したように、各突起列は第１の面４１ａと第２の面４１ｂを有している。そして、第２の面４１ｂは、突起列の先端側の第１の斜面領域４１ｂａと、これに隣接する第２の斜面領域４１ｂｂに分かれている。前者は後者に比して、突起列の先端に近い部分に形成されている。
【００４０】
入射端面２側を向く第１斜面４１ａの傾斜角φa は数度〜１０度程度と小さいことが好ましく、本例では３度である。一方、第１の斜面領域４１ｂａの傾斜角φba及び第２の斜面領域４１ｂｂの傾斜角φbbについては、いずれも傾斜角φa よりもかなり大きな角度レンジ内にある。
【００４１】
ここで重要なことは、φba＞φbbの関係があることである。即ち、第２の面４１ｂは、正面方向Ｎを基準にして、その傾斜が突起列の先端側よりも麓側で急になる傾向をもって形成されている。本実施形態では、その一例として、２段階で傾斜が変化している。
【００４２】
なお、本実施形態では、１つのオプショナルな特徴として、光制御シート４１の光出力面４１ｃが、軽微にノングレア処理された面（梨地面）となっている。これは、突起列の周期的な繰り返しが光出力面４１ｃ側から透けて見える現象を防止する。また、突起列の周期的な繰り返しが液晶表示パネルＬＰの微細な周期的構造と重なり合ってモアレ縞が現れる現象を抑える。
【００４３】
これらの相違点を除けば、各要素の構成、配置等は図１の従来の一般的な配置を有するサイドライト型の面光源装置と同様である。
【００４４】
即ち、符号１は導光板で、透明導光体あるいは光散乱導光体からなる楔形断面を有する光学部材で構成されている。導光板１の肉厚側の端面は入射端面２とされ、その近傍に背面から反射体Ｒをかぶせた一次光源素子として蛍光ランプ（冷陰極管）Ｌが配置される。
【００４５】
なお、一次光源素子として他種のもの、例えばＬＥＤアレイを用いても良いことは言うまでもない。導光板１の背面６に沿って、正反射性の銀箔シートあるいは拡散反射性の白色シートからなる反射体３が配置される。
【００４６】
導光板１の一方のメジャー面が提供する出射面５に沿って配置された光制御シート４１の外側には、偏光分離シートＬＳが載置され、更にその外側に液晶パネルＬＰが配置される。光制御シート４１の光入力面に形成されている多数の突起列の配向方向は、導光板１の入射端面２とほぼ平行である。上記した通り、各突起列は変形したＶ字状の溝を形成する第１の面４１ａと、２段傾斜型の第２の面４１ｂを有している。
【００４７】
光源素子Ｌから導光板１内に導入された光は、図１を参照して説明した周知のプロセスを通して、徐々に出射面５から出射される。この出射光は、図２のグラフに示したような出射強度角度特性を有している。
【００４８】
導光板１の出射面５から出射された光束は、光制御シート４１の作用を受けた後、偏光分離シートＬＳで偏光分離され、液晶パネルＬＰを背後から照明する。なお、偏光分離シートＬＳは省略されることもある。
【００４９】
以下、光制御シート４１の作用並びに傾斜角φa 、φba、φbbの具体例等につき、図５を参照図に加えて説明する。
【００５０】
図５は、一例として７３．５度の方向に進む主光線Ｓ１が得られる導光板に適応した突起列の形状の実例と、主副光線の光路を示したものである。
【００５１】
副光線については、第１の副光束（図２のグラフで輝度ピークの左側近傍）を代表する第１の副光線として４８度の方向に進む光線Ｔ１を採用し、第２の副光束（図２のグラフで輝度ピークの右側近傍）を代表する第２の副光線として８２．５度の方向に進む光線Ｔ２を採用した。光制御シートはＰＭＭＡ樹脂製で、屈折率は約１．４９である。
【００５２】
この条件の下で、３本の光線Ｓ１、Ｔ１、Ｔ２がすべて光制御シートの正面方向（符号ＳＳ１、ＴＴ１、ＴＴ２参照）に出力されるように、選ばれた傾斜角の一例を図５中に併記した。
【００５３】
即ち、各突起列について、φa ＝３度、φba＝３９度、φbb＝３１度の傾斜角とした。また、各斜面領域のサイズ比は次のようになった。
【００５４】
第２の斜面全体を光入力面を代表する一般面（突起を除去したと仮定した時に残される面）に射影した長さ（突起繰り返し方向にとる。以下同様。）を１とした時、第１の斜面領域の同一般面への射影の長さは０．４２１、第２の斜面領域の同一般面への射影の長さは０．５７９となった。更に、第１面の同一般面への射影の長さは０．０７８であり、同一般面から測った突起の高さは、１．４８３である。
【００５５】
各光線の主たる経路は概略次の通りである（矢印で示す）。
【００５６】
（１）主光線Ｓ１；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第１の斜面領域４１ｂａで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
（２）第１の副光線Ｔ１；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第２の斜面領域４１ｂｂで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
（３）第２の副光線Ｔ２；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第１の斜面領域４１ｂａで内部反射（正反射）→第１の面４１ａで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
ここで注意すべきことは、第１の斜面領域４１ｂａは、主として主光線Ｓ１と第２の副光線Ｔ２の方向転換に貢献し、第２の斜面領域４１ｂｂは、主として第１の副光線Ｔ１の方向転換に貢献することである。これは、副光線Ｔ１が主光線Ｓ１や副光線Ｔ２に比べて、突起間の溝の奥深く入り込み易い角度で光制御シート４１に入力されることによる。
【００５７】
上記したことから、角度的に主光線Ｓ１の近辺の光束は符号ＳＳ１の近辺の方向に出力されると容易に予測される。同様に、角度的に副光線Ｔ１の近辺の光束は符号ＴＴ１の近辺の方向に出力され、角度的に副光線Ｔ２の近辺の光束は符号ＴＴ２の近辺の方向に出力されると容易に予測される。
【００５８】
結局、本実施形態では、主光線Ｓ１の周囲の角度的に幅広い光束の多くが、ほぼ正面方向に出射される。このような作用の中で特に本発明固有のものは、第２の面を先端に比較的近い側の第１の斜面領域と第２の斜面領域に分けて傾斜に差異をつけ、後者は前者よりも急斜面（光制御シートの正面方向に対する傾斜角が小）とした点にある。
【００５９】
このことに加えて、上記の例からも判るように、突起の第１の面４１ａを切り立った斜面として第２の副光線Ｔ２について、第１の面４１ａと第２の面（第１の斜面領域４１ｂａ）の両方で内部反射を起こすような光路をとらせた設計との相性も良い。
【００６０】
上記の例から容易に理解されるように、突起列の第２の面（入射欄面２から遠い方の面）の役割を一般化すれば、入力光線の方向が正面方向に近づくに従って急な斜面での内部反射が起るようにすれば良いことが判る。即ち、突起列の第２の面にそのような傾向を持たせれば、２段傾斜以外の態様でも、同様の作用が得られることになる。
【００６１】
その一例を図６に示す。図５の例にならって条件を記す。なお、本例では３段階傾斜を採用したことに対応して、第１の副光束を代表する副光線の方向を２つ採用して、数値設計を行なった。
【００６２】
主光線Ｓ１の進行方向；７３．５度の方向
第１の副光線（その１）Ｔ１１の進行方向；５８度の方向
第１の副光線（その２）Ｔ１２の進行方向；３６．９度の方向
第２の副光線Ｔ２の進行方向；８２．５度の方向
光制御シートはＰＭＭＡ樹脂製で、屈折率は約１．４９である。
【００６３】
この条件の下で、４本の光線Ｓ１、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２がすべて光制御シートの正面方向（符号ＳＳ１、ＴＴ１１、ＴＴ１２、ＴＴ２参照）に出力されるように、選ばれた傾斜角の一例を図６中に併記した。
【００６４】
即ち、各突起列について、φa ＝３度、φba＝３９度、φbb＝３４度、φbc＝２８度の傾斜角とした。また、各斜面領域のサイズ比は次のようになった。射影はすべて、光入力面を代表する一般面上へのものとする。
【００６５】
第２の斜面全体の射影の長さを１とした時、第１の斜面領域の射影の長さは０．４２１、第２の斜面領域の射影の長さは０．３１５、第３の斜面領域の射影の長さは０．２６４となった。更に、第１面の射影の長さは０．０７８であり、同一般面から測った突起の高さは、１．４８３である。
【００６６】
各光線の主たる経路は概略次の通りである（矢印で示す）。
（１）主光線Ｓ１；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第１の斜面領域４１ｂａで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
（２）第１の副光線（その１）Ｔ１１；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第２の斜面領域４１ｂｂで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
（３）第１の副光線（その２）Ｔ１２；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第３の斜面領域４１ｂｃで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
（４）第２の副光線Ｔ２；出射面５（図４参照）から出射→第１の面４１ａを透過（小角度屈折）→第１の斜面領域４１ｂａで内部反射（正反射）→第１の面４１ａで内部反射（全反射）→光出力面４１ｃから出力
本例においては、第１の斜面領域４１ｂａは、主として主光線Ｓ１と第２の副光線Ｔ２の方向転換に貢献する。一方、第２の斜面領域４１ｂｂは第１の副光線（その１）Ｔ１１の方向転換に大きく貢献し、第３の斜面領域４１ｂｃは第１の副光線（その２）Ｔ１２の方向転換に大きく貢献する。これは、図５の例と同様、副光線Ｔ１１、Ｔ１２が主光線Ｓ１や副光線Ｔ２に比べて、突起間の溝の奥深く入り込み易い角度で光制御シート４１に入力されることによる。
【００６７】
本例でも、角度的に主光線Ｓ１の近辺の光束は符号ＳＳ１の近辺の方向に出力されると容易に予測される。同様に、角度的に副光線Ｔ１１、ＴＴ１２、Ｔ２の近辺の光束は、それぞれ符号ＴＴ１１、ＴＴ１２、ＴＴ２の近辺の方向に出力されと容易に予測される。
【００６８】
結局、本例でも、主光線Ｓ１の周囲の角度的に幅広い光束の多くが、ほぼ正面方向に出射される。
【００６９】
次に図７には、突起列の先端から遠ざかるに従って光制御シートの正面方向に対する傾斜角が連続的に小さくなる態様を採用した例を示す。これは、いわば、傾斜変化の段数を無限に増やしたことに相当する。図５、図６の例にならって条件を記す。なお、本例では便宜上、主光線Ｓ１、第１の副光線（その１）Ｔ１１、第１の副光線（その２）Ｔ１２、第２の副光線Ｔ２の進行方向として、図６の例を転用して光路を記した。光制御シートはＰＭＭＡ樹脂製で、屈折率は約１．４９である。また、加工上の制約を考慮して、第２の面４１ｂには円筒面を仮定し、上記条件の下で、４本の光線Ｓ１、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２がすべて光制御シートのほぼ正面方向（符号ＳＳ１、ＴＴ１１、ＴＴ１２、ＴＴ２参照）に出力されるように、曲率半径を計算したところ６．４２８になった。但し、この値は、第２の斜面全体の光入力面上への射影の長さを１とした時の値である。また、突起列の先端及び根元における曲面（円筒面）４１ｂの、光制御シートの正面方向に対する傾斜角φp 、φq はそれぞれ４１．９７９度、２５．９８１度である。第１面の射影の長さは０．０７８であり、同一般面から測った突起の高さは、１．４８３である。また、第１の面の傾斜角は３度とした。
【００７０】
なお、一般的に言えば、傾斜角φp 、φq は、φp ＞φq であり、その実施的な範囲は、それぞれφp ；約３８度〜４５度、φq ；約２３度〜３２度である。各光線の主たる経路については図示した如くである。基本的には、図６の例と類似しており、第２の副光線Ｔ２、主光線Ｓ１、第１の副光線（その１）Ｔ１１、第１の副光線（その２）Ｔ１２の順に突起列の先端側で内部反射を起す。但し、第２の副光線Ｔ２は第１の面でもう一度内部反射を起こしてから、出力される。
【００７１】
なお、以上の３例（図５〜図７）では、出力光の方向はほぼ正面方向としたが、本発明はこれに限定されない。第１の面、第２の面の傾斜角（複数）などを変更すれば、正面方向からある程度外れた方向に平行度の高い出力光を提供することができる。また、場合によっては、意図的に制御された態様で出力光に角度広がりを付ける設計も可能である。
【００７２】
また、上記実施形態において、一次光源から導光板への光供給は端面（マイナー面）に向けて行なわれているが、他の供給形態も採用可能である。例えば、図８に示したように、導光板１０の背面１１の縁部から光導入を行い、傾斜した端面１２による内部反射を利用して導光板１０内に光をゆきわたらせるようにしても良い。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、主光線より正面方向よりの方向に沿って入力される光について、出力方向を適性に制御できる光制御シートが提供される。また、それを面光源装置に用いて、出力角度の特性がより良く制御された面光源装置が提供される。また、そのように改良された面光源装置を用いて、所定方向に明るい表示が得られる液晶ディスプレイが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的な光制御シートを採用したサイドライト型の面光源装置を用いた液晶ディスプレイの概略構成を部分破断して示した見取図である。
【図２】導光板の出射特性を例示したグラフである。
【図３】従来一般的に使用されている光制御シートの基本的な作用を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態の要部構成を表わした部分破断見取図である。
【図５】突起列の形状の１つの実例と、主副光線の光路を示した図である。
【図６】突起列の形状の別の１つの実例と、主副光線の光路を示した図である。
【図７】突起列の形状の更に別の１つの実例と、主副光線の光路を示した図である。
【図８】導光板への光供給形態の変形例を示した図である。
【符号の説明】
１、１０ 導光板
２ 入射端面
３ 反射シート
４ プリズムシート
４ａ 第１の傾斜面
４ｂ 第２の傾斜面
５ 出射面（前面）
６、１１ 背面（裏面）
１２ 端面（内部反射面）
４１ 光制御シート
４１ａ 第１の面
４１ｂ 第２の面
４１ｂａ 第１の斜面領域
４１ｂｂ 第２の斜面領域
４１ｂｃ 第３の斜面領域
Ｌ 一次光源
ＬＰ 液晶パネル

Claims (9)

  1. 一方の面が提供する光入力面と、他方の面が提供する光出力面とを備え、互いに平行に延在する多数の突起列が前記光入力面に設けられている光制御シートであって；
    前記多数の突起列はそれぞれ第１の面と第２の面とを備え；
    前記第２の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜して形成され、その傾斜角は、前記突起列の先端から離れるに従って小さくなる傾向を有し、且つ、前記突起列の根元において２３度〜３２度の範囲にあり；
    前記第１の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜した方向に進行する主光束と前記主光束よりも前記正面方向寄りの方向に進行する第１の副光束とを含む斜め入力光を取り入れて前記第２の面に内部入射させるように形成されている、前記光制御シート。
  2. 前記第２の面は、前記正面方向に対して第１の傾斜角をもって傾斜した第１の領域と、前記正面方向に対して第２の傾斜角をもって傾斜した第２の領域とを含み；
    前記第２の領域は、前記第１の領域よりも前記突起の先端から離れており；
    前記第２の傾斜角は、前記第１の傾斜角よりも小さい、請求項１に記載された光制御シート。
  3. 前記斜め入力光は、更に、前記主光束よりも前記正面方向から外れた方向に進行する第２の副光束とを含み；
    前記第２の副光束は、前記第１の面から前記第２の面に向い、前記第２の面で内部反射されてから前記第１の面に向い、前記第１の面で内部反射されてから前記光出力面へ向かう、請求項１または請求項２に記載された光制御シート。
  4. 導光板と、前記導光板に対して前記導光板の端部から光供給を行なう一次光源と、前記導光板のメジャー面が提供する出射面に沿って配置された光制御シートとを備えた面光源装置であって；
    前記光制御シートは、一方の面が提供する光入力面と、他方の面が提供する光出力面とを備え、互いに平行に延在する多数の突起列が前記光入力面に設けられており；
    前記多数の突起列はそれぞれ第１の面と第２の面とを備え；
    前記第２の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜して形成され、その傾斜角は、前記突起列の先端から離れるに従って小さくなる傾向を有し、且つ、前記突起列の根元において２３度〜３２度の範囲にあり；
    前記第１の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜した方向に進行する主光束と前記主光束よりも前記正面方向寄りの方向に進行する第１の副光束とを含む斜め入力光を取り入れて前記第２の面に内部入射させるように形成されており；
    前記入力光は、前記導光板の前記出射面からの出射光によって提供される、前記面光源装置。
  5. 前記第２の面は、前記正面方向に対して第１の傾斜角をもって傾斜した第１の領域と、前記正面方向に対して第２の傾斜角をもって傾斜した第２の領域とを含み；
    前記第２の領域は、前記第１の領域よりも前記突起の先端から離れており；
    前記第２の傾斜角は、前記第１の傾斜角よりも小さい、請求項４に記載された面光源装置。
  6. 前記斜め入力光は、更に、前記主光束よりも前記正面方向から外れた方向に進行する第２の副光束とを含み；
    前記第２の副光束は、前記第１の面から前記第２の面に向い、前記第２の面で内部反射されてから前記第１の面に向い、前記第１の面で内部反射されてから前記光出力面へ向かう、請求項４または請求項５に記載された面光源装置。
  7. 液晶パネルと、前記液晶パネルを照明する面光源装置を備えた液晶ディスプレイであって；
    前記面光源装置は、導光板と、前記導光板に対して前記導光板の端部から光供給を行なう一次光源と、前記導光板のメジャー面が提供する出射面に沿って配置された光制御シートとを備え；
    前記光制御シートは、一方の面が提供する光入力面と、他方の面が提供する光出力面とを備え、互いに平行に延在する多数の突起列が前記光入力面に設けられており；
    前記多数の突起列はそれぞれ第１の面と第２の面とを備え；
    前記第２の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜して形成され、その傾斜角は、前記突起列の先端から離れるに従って小さくなる傾向を有し、且つ、前記突起列の根元において２３度〜３２度の範囲にあり；
    前記第１の面は、前記光制御シートの正面方向に対して傾斜した方向に進行する主光束と前記主光束よりも前記正面方向寄りの方向に進行する第１の副光束とを含む斜め入力光を取り入れて前記第２の面に内部入射させるように形成されており；
    前記入力光は、前記導光板の前記出射面からの出射光によって提供される、前記液晶ディスプレイ。
  8. 前記第２の面は、前記正面方向に対して第１の傾斜角をもって傾斜した第１の領域と、前記正面方向に対して第２の傾斜角をもって傾斜した第２の領域とを含み；
    前記第２の領域は、前記第１の領域よりも前記突起の先端から離れており；
    前記第２の傾斜角は、前記第１の傾斜角よりも小さい、請求項７に記載された液晶ディスプレイ。
  9. 前記斜め入力光は、更に、前記主光束よりも前記正面方向から外れた方向に進行する第２の副光束とを含み；
    前記第２の副光束は、前記第１の面から前記第２の面に向い、前記第２の面で内部反射されてから前記第１の面に向い、前記第１の面で内部反射されてから前記光出力面へ向かう、請求項７または請求項８に記載された液晶ディスプレイ。
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