JP4119633B2 - 面光源装置及びそれに用いる導光体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置に関するものであり、特に、小型化及び消費電力低減を企図した発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状光源を用いた面光源装置に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば携帯電話機などの携帯型電子機器のディスプレイパネルや各種機器のインジケータとして使用される比較的小型の液晶表示装置のバックライトに好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、液晶表示装置は、携帯用ノート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等の表示部として、更にはその他の種々の分野で広く使用されてきている。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、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のものが多用されている。従来、バックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも１つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の２つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広く利用されている。
【０００３】
ところで、近年、携帯電話機や携帯情報端末や携帯用ゲーム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気機器また電子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置について、小型化とともに消費電力の低減が要望されている。そこで、消費電力低減のために、バックライトの一次光源として、点状光源であるＬＥＤが使用されている。ＬＥＤを一次光源として用いたバックライトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報に記載されているように、線状の一次光源を用いるものと同様な機能を発揮させるために、複数のＬＥＤを導光体の光入射端面に沿って一次元に配列している。このように複数のＬＥＤの一次元配列による一次光源を用いることにより、所要の光量と画面全体にわたる輝度分布の均一性とを得ることができる。
【０００４】
しかるに、小型の液晶表示装置の場合には、更に一層の消費電力の低減が要求されており、これに応えるためには使用するＬＥＤの数を少なくすることが必要である。しかしながら、ＬＥＤの数を少なくすることは輝度の低下をもたらす。
【０００５】
輝度を極力犠牲にせずに低消費電力化を達成する面光源装置として、特開平９−１３３９１８号公報や特開平１０−２０１２１号公報では、導光体の光出射面あるいは裏面に光出射機構として粗面あるいはプリズム列等のレンズ列を入射端面に略平行に多数形成したレンズ面を形成するとともに、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、バックライトの消費電力を抑えるとともに、輝度も極力犠牲にしないために出射光の分布を狭くする方法が提案されている。
【０００６】
このような光出射機構を点状光源を用いた面光源装置に適用した場合、光出射機構として粗面を形成したものでは、導光体の光入射端面および光出射面の双方に垂直な平面（垂直方向）での出射光分布もより狭い指向性の高い光を出射させることができるものの、導光体の光入射端面と平行で光出射面と垂直な平面（平行方向）での出射光分布が非常に広く輝度の低下を十分に抑止できないものである。一方、光出射機構としてレンズ面を形成したものでは、水平方向および垂直方向の双方での出射光分布がより狭い指向性の高い光を出射させることができ、高輝度化を達成することができるものの、光出射面と平行な面内での出射光の分布範囲が数度から十数度程度の極めて狭いものとなるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明の目的は、以上のような点状一次光源を用いた面光源装置の低消費電力化と高輝度化との双方を満足でき、適度な出射光分布を有する高品位の面光源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略直交して延び且つ連続的または断続的に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部及び／又は前記レンズ列が形成された面の反対側の面の少なくとも一部に粗面が形成されていることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記レンズ列は前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の伝搬方向に略直交して延びている。本発明の一態様においては、前記粗面の平均傾斜角が０．１〜８°である。本発明の一態様においては、前記レンズ列はプリズム列またはレンチキュラーレンズ列である。本発明の一態様においては、前記レンズ列は、平均傾斜角が０．５〜２５°である。本発明の一態様においては、前記レンズ列の隣接するものどうしの間の谷部に平坦部が形成されている。本発明の一態様においては、前記レンズ列のピッチが前記一次光源から離れるに従って変化している。本発明の一態様においては、前記粗面の平均傾斜角が場所により異なる。本発明の一態様においては、前記粗面は、前記光入射端面の近傍の領域で他の領域より平均傾斜角が大きい。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記レンズ列が形成された面の反対側の面に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延びる複数の追加レンズ列が形成されている。本発明の一態様においては、前記レンズ列が形成された面の反対側の面に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の伝搬方向に略沿って延びる複数の追加レンズ列が形成されている。本発明の一態様においては、前記追加レンズ列はプリズム列またはレンチキュラーレンズ列である。本発明の一態様においては、前記追加レンズ列は、平均傾斜角が８〜６０°である。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記粗面は前記レンズ列の表面及び前記レンズ列が形成された面の反対側の面の双方に形成されており、これらの粗面の平均傾斜角は場所により異なっており、前記レンズ列の表面の粗面の平均傾斜角は前記反対側の面の表面の粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなっている。
【００１２】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
以上のような面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置されている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面に複数のレンズ列を備えていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子の複数のレンズ列は前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略直交して延びている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子の複数のレンズ列は前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の伝搬方向に略直交して延びている。本発明の一態様においては、前記一次光源はＬＥＤまたはＬＥＤの集合体である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
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分解斜視図である。図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源としてのＬＥＤ２と、該ＬＥＤから発せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４と、該導光体に隣接配置される光偏向素子６及び光反射素子８とを備えている。導光体４は上下２つの主面と該主面の外周縁どうしを連ねる４つの端縁とを有している。
【００１６】
ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対の端縁のうちの一方（図１の手前側の端縁：入射端縁）に隣接し且つそのＸ方向に関する中央に配置されている。本発明においては、一次光源であるＬＥＤ等の点状光源は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が好ましいが、導光体４の大きさ等によって複数個を近接して配置したＬＥＤ集合体とすることもできるし、複数個のＬＥＤまたはＬＥＤ集合体を一定の間隔で配置してもよい。
【００１７】
導光体４の入射端縁には、ＬＥＤ２が配置される位置に相当する光入射端面４１が形成されている。導光体４に形成される光入射端面４１は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。ＬＥＤ発光面と光入射端面とは、凹凸逆の互いに嵌り合う形状（双方が平面である場合を含む）であることが好ましい。
【００１８】
導光体４は、一方の主面（図では上面）が光出射面４３とされている。この光出射面４３および反対側の裏面４４の少なくとも一方には、導光体４内にて導光される光を当該光出射面４３に対して傾斜した方向（即ちＸＹ面に対して傾斜した方向）に光を出射させる指向性光出射機構を備えている。本発明では、指向性光出射機構として、プリズム列、レンチキュラーレンズ列またはＶ字状溝等の多数のレンズ列を、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向（Ｘ方向）に延び連続的あるいは断続的に形成したものを用いている。図１に示した実施形態では、図２に示されているように、光出射面４３には、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（光強度分布における最大強度の光Ｌ0 の方向）に略直交する方向に延び且つ互いに平行に連続して配列された多数のレンズ列としてのプリズム列４３ａを有する（図２では各プリズム列４３ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図２に示されているように、プリズム列４３ａの方向をＸ方向とすることができる。
【００１９】
なお、本発明においては、プリズム列４３ａ等のレンズ列の方向は、光出射機能を大きく損なわない範囲であれば、導光体４に入射した光の指向性の方向と直交する方向からずれていてもよい。この場合、プリズム列４３ａの方向は、導光体４に入射した光の指向性の方向と直交する方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、レンズ列は、後述する図９に示すように、導光体４の光出射面に沿った面内での一次光源２から導光体４に入射した光の伝搬方向に略直交して延び、一次光源を取り囲むように湾曲状に延びていてもよい。
【００２０】
指向性光出射機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び入射端縁と直交するＹ方向の双方を含むＹＺ面内の分布において指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピークの方向が光出射面４３となす角度は、１０〜４０°の範囲とすることが好ましく、出射光分布の半値幅は１０〜４０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０〜３０°の範囲であり、さらに好ましくは１２〜１８°の範囲である。この目的で使用されるプリズム列等のレンズ列は、レンズ列の延在する方向と直交する方向でのＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角を０．５〜２５°とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜２０°の範囲であり、さらに好ましくは１〜１０°の範囲である。これは、レンズ列の平均傾斜角をこの範囲とすることにより、ＹＺ面内での出射光分布の狭い指向性の高い光を出射させることができるためである。レンズ列の配列ピッチＰ０は、好ましくは１０〜２００μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍ、さらに好ましくは２０〜８０μｍの範囲である。尚、レンズ列としてプリズム列４３ａを使用する場合には、断面略二等辺三角形状のものが好ましいが、これに限定されるものではなく、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。
【００２１】
また、導光体４に形成するレンズ列としては、そのピッチを前記の範囲内で部分的あるいは連続して変化させることにより、光出射面全体の均斉度を高めることもできる。通常は、点状の一次光源から離れるに従って徐々にピッチを小さくすることが好ましく、場合によっては、点状の一次光源から離れるに従って徐々にピッチを小さくした後、再び徐々にピッチを大きくしてもよい。さらに、隣接するレンズ列どうしの間の谷部に平坦部を形成し、光の出射量をコントロールすることも可能である。この場合、通常は光出射面の中心部での出射光量を最大とすることが好ましく、中心部に近づくに従って形成する平坦部の面積割合が小さくなるようにすることができる。
【００２２】
本発明においては、導光体４のレンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部を粗面とすることによって、光出射機構としてレンズ面を形成した場合のＸＹ面内での出射光分布を広げることができる。この場合、粗面化はレンズ列のそれぞれの表面に代えて、レンズ列形成面の反対側の面に施してもよいし、両方の面に施すこともできる。
【００２３】
この粗面の程度は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．１〜８°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜６°の範囲であり、さらに好ましくは１〜４°の範囲である。この粗面の平均傾斜角θａが０．１°未満であると、ＸＹ面内での出射光分布の拡大の効果が十分得られなくなる傾向にある。また、粗面の平均傾斜角θａが８°を越えると、レンズ列の形状崩壊が大きくなり、レンズ列の指向性光出射特性が損なわれたり、光入射端面近傍での出射光量が増大し過ぎて輝度の均斉度が損なわれる傾向にある。
【００２４】
形成される粗面は、導光体の光出射面内での均斉度を向上させる目的で、その平均傾斜角を場所により異ならせることができる。例えば、光入射端面の近傍領域に輝暗パターンや光源イメージが発現する場合には、その領域の平均傾斜角を他の部分よりも大きくすることによって、これらの発現を抑止することができる。
【００２５】
導光体４の他方の主面（図では下面）には、前記粗面により広げたＸＹ面内の出射光分布を制御するととも、ＸＹ面内に関して導光体４の光入射端面に対して斜め方向に伝搬する光の方向を光入射端面に対して略垂直な方向に近づけて出射させる目的で、追加レンズ列を形成しレンズ列形成面４４とすることができる。該レンズ列形成面４４は、図３に示されているように、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（最大強度光Ｌ0 の方向）に略沿った方向に延び且つ互いに平行に配列された多数の追加レンズ列としてのプリズム列４４ａを有する（図３では各プリズム列４４ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図３に示されているように、プリズム列４４ａの方向をＹ方向とすることができる。なお、本発明においては、追加レンズ列４４ａの方向は、ＸＹ面内での出射光分布を制御する効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体４に入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この場合、追加レンズ列４４ａの方向は、導光体４に入射した光の指向性の方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、図５に示したように、追加レンズ列４４ａの方向を導光体４に入射した光の伝搬する方向に略沿った放射状に形成してもよい。この場合、図１１に示したように、追加レンズ列４４ａの方向を局所的に特に光入射端面側の端縁に近接する領域において、導光体４に入射した光の伝搬する方向に略沿った放射状に形成してもよい。
【００２６】
追加レンズ列４４ａの配列ピッチＰ１は、１０〜２００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍ、さらに好ましくは２０〜８０μｍの範囲である。なお、本発明においては、追加レンズ列４４ａのピッチは、上記範囲内であれば全ての追加レンズ列４４ａで同一でもよいし、部分的に異なるものでもよいし、徐々に変化していてもよい。
【００２７】
また、図４に示されている追加レンズ列４４ａは、形成される追加レンズ列の延在方向と直交する方向でのＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角を８〜６０°とすることが好ましく、より好ましくは１２〜５０°の範囲であり、さらに好ましくは１５〜３５°の範囲である。これは、平均傾斜角をこの範囲とすることによって、ＸＹ面内の出射光分布を効率よく制御するととも、ＸＹ面内に関して導光体４の光入射端面に対して斜め方向に伝搬する光の方向を光入射端面に対して略垂直な方向に近づけて効率よく出射させることができるためである。尚、追加レンズ列４４ａとしては、プリズム列に限定されるものではなく、レンチキュラーレンズ等の他のレンズ列であってもよい。追加レンズ列４４ａとしてプリズム列４４ａを形成する場合には、断面二等辺三角形状のものに限定されるものではなく、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。
【００２８】
光偏向素子６は、導光体４の光出射面４３上に配置されている。光偏向素子６の２つの主面は、それぞれ全体としてＸＹ面と平行に位置する。２つの主面のうちの一方（導光体の光出射面４３側に位置する主面）は入光面６１とされており、他方が出光面６２とされている。出光面６２は、導光体４の光出射面４３と平行な平坦面とされている。入光面６１は、多数のレンズ列としてのプリズム列６１ａが連続的あるいは断続的に配列されたプリズム列形成面とされている。
【００２９】
入光面６１のプリズム列６１ａは、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向に延び、互いに平行に形成されている。本実施形態では、プリズム列６１ａはＸ方向に延びている。なお、プリズム列６１ａは直線状に限定されず、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の伝搬方向と略直交する方向に延びるもの、例えば、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。レンズ列６１ａの配列ピッチＰ２は、２０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。
【００３０】
また、本実施形態に示したようにプリズム列６１ａを形成したプリズムシートの場合、プリズムシ−トのプリズム列形成面とプリズム列６１ａの一次光源から遠い側に位置するプリズム面とのなす角度を４０〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは４５〜７５°の範囲、さらに好ましくは５０〜７０°の範囲である。断面二等辺三角形状のプリズム列の場合、頂角は、２０〜１００°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは３０〜９０°の範囲、さらに好ましくは４０〜８０°の範囲である。これは、頂角をこの範囲とすることによって、導光体４から出射した指向性出射光を、例えば光出射面の法線方向等の所望の方向に効率よく偏向させることができるためである。
【００３１】
図６に、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。この図は、ＹＺ面内での導光体４からのピーク出射光（出射光分布のピークに対応する光）の進行方向を示すものである。導光体４の光出射面４３から斜めに出射される光は、光偏向素子６のプリズム列６１ａの第１面へ入射し第２面により全反射されてほぼ出光面６２の法線の方向に出射する。また、ＸＺ面内では、上記のような導光体４のプリズム列４４ａの作用により出光面６２の法線の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【００３２】
本発明においては、光偏向素子６は、導光体４からの出射光を目的の方向に偏向（変角）させる機能を果たすものであり、少なくとも一方の面に多数のレンズ列が並列して形成されたレンズ面を有するレンズシート等を使用することができるが、本発明のように指向性の高い光を出射する導光体４の場合には、レンズシートを使用することが特に好ましい。レンズシートに形成されるレンズ列の形状は、目的に応じて種々のものが使用され、例えば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライアイレンズ形状、波型形状等が挙げられる。中でも断面略三角形状の多数のプリズム列が配列されたプリズムシートが特に好ましい。また、プリズム列としては、断面三角形状のものに限定されず、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。特に、面光源装置から出射する出射光の指向性を高め輝度を向上させるためには、プリズム面が凸状面であるものが好ましい。
【００３３】
プリズム面４１を凸状面とする場合には、その形状は次のようにして設定されている。即ち、図１４に示したように、プリズム列配列のピッチをＰとして、先ず、断面三角形状の仮想プリズム列Ｉを設定する。この仮想プリズム列Ｉの２つのプリズム面Ｉ−１，Ｉ−２のなす角度（即ち仮想プリズム頂角）をθとする。この仮想プリズム頂角θは、導光体４の光出射面４３から到来する光のＹＺ面内の強度分布のピーク出射光（傾斜角α）が仮想プリズム列Ｉに入射して仮想プリズム面Ｉ−２により内面全反射された上で、例えば出光面６２の法線方向へと進行するように設定されている。仮想プリズム頂角θは、例えば、光偏向素子６の出光面６２から出射される光のピーク出射光を出光面６２の法線方向近傍（例えば、法線方向から±１０度の範囲内）へ向ける場合には、５０〜８０度とすることが好ましく、さらに好ましくは５５°〜７５°の範囲であり、より好ましくは６０°〜７０°の範囲である。
【００３４】
次に、以上のようにして形状が設定された仮想プリズム列Ｉの形状を基準として、その少なくとも一方のプリズム面が凸曲面形状となるように実際のプリズム列の形状を定める。具体的には、次のようにして実際のプリズム列の形状を定めることが好ましい。導光体４の光出射面４３から出射する光の出射光分布のピーク出射光（傾斜角α）が一次光源側の隣接仮想プリズム列の頂部をかすめて仮想プリズムＩに入射する仮想光を設定し、この仮想光が仮想プリズム面Ｉ−１を通過する位置をＫ１とし、仮想プリズム面Ｉ−２に到達する位置をＫ２とする。このとき、このプリズム列の形状は、仮想プリズム列Ｉにおけるプリズム面Ｉ−２の内面全反射位置Ｋ２よりも出光面６２に近い位置では、その少なくとも一部または全部にプリズム面の傾斜角が仮想プリズム列Ｉのプリズム面Ｉ−２の傾斜角よりも大きな傾斜角をもつような凸曲面形状とすることが好ましい。
【００３５】
これは、図１４に示されている寸法ｚ（プリズム列の頂点と仮想プリズム面Ｉ−２の内面反射位置Ｋ２との間のＺ方向距離）が以下の式：
ｚ＝｛（Ｐ・ｔａｎα・ｃｏｔ［θ／２］）／
（ｔａｎα＋ｃｏｔ［θ／２］）｝・〔ｃｏｔ［θ／２］
＋｛ｃｏｔθ／（ｃｏｔ［θ／２］−ｃｏｔθ）｝
で示される値以上のＺ方向位置では、実際のプリズム面が以下の式：
ｎｃｏｓ［３θ／２］＝ｓｉｎ（α−［θ／２］）
で表される仮想プリズム列Ｉのプリズム面Ｉ−２より大きな傾斜角を持つようにすることである。
【００３６】
入光面６１のプリズム列の形状をこのように設定することで、光偏向素子６から出射する光の分布角度（半値幅）を小さくすることができる。
【００３７】
光反射素子８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８として反射シートに代えて、導光体４の光出射面の反対側の裏面４４に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いることも可能である。尚、導光体４の４つの側端面（光入射端面４１，４２を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
【００３８】
本発明の導光体４及び光偏向素子６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、環状ポリオレフィン樹脂が例示できる。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４及び光偏光素子６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。
【００３９】
導光体４の光出射機構は、導光体４の光出射面４３内で出射率が不均一分布となるように設けることもできる。例えば、光出射機構としてプリズム列４３ａを使用する場合には、その表面に形成される粗面の表面粗さの光出射面４３内での分布が不均一となるように粗面化処理を施すことによって出射率の不均一分布を形成することができる。
【００４０】
本発明において、導光体４の光出射機構を構成するレンズ列や追加レンズ列やそれらの面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。なお、レンズ列や追加レンズ列の面に形成される粗面の場合は、レンズ列や追加レンズ列の延在方向と平行な方向の平均傾斜角を測定する。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。
【００４１】
Δａ＝（１／Ｌ）∫0 L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ ・・・ （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ） ・・・ （２）
さらに、導光体４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４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２近傍で多量の光が出射して、光出射面４３内でのＹ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面４３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４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ピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０〜８０°の範囲にあり、Ｙ方向を含み光出射面４３に垂直な面における出射光分布の半値幅が１０〜４０°であるような指向性の高い出射特性の光を導光体４から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子６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装置を提供することができる。
【００４２】
本発明において、導光体４からの光出射率は次のように定義される。光出射面４３の光入射端面４１側での出射光の光強度（Ｉ0 ）と該端面から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体４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。
【００４３】
Ｉ＝Ｉ0 ・α（１−α）L/t ・・・ （３）
ここで、定数αが光出射率であり、光出射面４３におけるＹ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４から光が出射する割合（％）である。この光出射率αは、縦軸に光出射面４３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。
【００４４】
以上のようなＬＥＤ２、導光体４、光偏向素子６および光反射素子８からなる面光源装置の発光面（光偏光素子６の出光面６２）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。
【００４５】
図７及び図８は、それぞれ本発明による面光源装置用導光体の他の実施形態をＬＥＤとともに示す平面図及び底面図である。これらの図において、図１〜図６におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００４６】
本実施形態では、点状の一次光源としてのＬＥＤ２が、導光体４の隅部の切欠部に形成された光入射端面４１に隣接して配置されている。ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ対角線と平行に進行する。導光体光出射面４３のプリズム列４３ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向光と直交する方向に延びている。導光体裏面４４のプリズム列４４ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向と平行な方向に延びている。プリズム列４３ａのプリズム頂角及び表面の粗面の平均傾斜角並びにプリズム列４４ａのプリズム頂角は上記の実施形態のものと同様である。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００４７】
図９は、本発明による面光源装置用導光体の他の実施形態をＬＥＤとともに示す平面図である。この図において、図１〜図８におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００４８】
本実施形態では、光出射機構を構成するレンズとしてのプリズム列は、導光体４の光出射面に沿った面内でのＬＥＤ２から導光体４に入射した光の伝搬方向に対して略直交するように、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状をなして延びている。このように、単一の点状光源たとえばＬＥＤ２を用いる場合には、レンズ列４３ａの方向を、最大強度光Ｌ0 の経路上（その近傍を含む）以外の領域では該最大強度光Ｌ0 の進行方向と直交する方向からずれた方向即ち実際の光線の伝搬方向と略直交する方向となるように変化させてもよい。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００４９】
図１０は、本発明による面光源装置用導光体の他の実施形態をＬＥＤとともに示す平面図である。本図において、図１〜図９におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００５０】
本実施形態では、導光体光出射面４３のプリズム列４３ａの表面に形成された粗面の平均傾斜角が場所により異なる。即ち、導光体４を用いて面光源装置を構成し、該面光源装置を用いて液晶表示装置を構成する場合には、導光体４の有効発光領域Ｆから出射した光のみが表示に直接寄与し、それ以外の部分から出射した光は機構部材（いわゆる額縁）により遮られる。そこで、有効発光領域Ｆを含む導光体光出射面４３の第１の領域４３１では比較的小さな平均傾斜角となし、導光体光出射面４３の第１の領域４３１以外の第２の領域４３２（光入射端面４１を含む光入射端縁の近傍の領域）では第１の領域４３１より大きな平均傾斜角となしている。これにより、第２の領域４３２では光のＸＹ面内での広がりを均一として一次光源のイメージが有効発光領域Ｆに現れるのを防止し、第１の領域４３１では粗面の粗さを制御することによって出射率を適度に維持して導光体裏面４４のプリズム列４４ａによるＸ方向と平行な面における集光された出射光の出射を確保するようにしている。このような目的のためには、第１の領域４３１の粗面の平均傾斜角は０．５〜４°が好ましく、第２の領域４３２の粗面の平均傾斜角は２〜８°が好ましい。
【００５１】
このように、本発明においては、輝度分布の均一性をさらに向上させる目的で、レンズ列の一部の領域に粗面の平均傾斜角が他の領域より大きい領域あるいは小さい領域を形成して、部分的に光の広がりを調整してもよい。この場合、平均傾斜角が異なる領域では、導光体からの出射率に与える影響が他の領域と異なるため、それを補償するように反対面の対応する領域に形成された粗面の平均傾斜角を調整し、例えば光出射機構のレンズ列の表面に形成された粗面の平均傾斜角を反対面に形成された粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなるようにして、導光体からの出射率が同程度となるようにすることが好ましい。
【００５２】
以上の実施形態では導光体の光出射面４３または裏面４４に形成した光出射機構としてのレンズ列の全面を粗面となしているが、本発明においては各プリズム列の一部の領域（例えば頂部近傍）のみを粗面となしてもよい。この場合、上記のような作用効果を十分に発揮させるためには、粗面領域の面積割合が２０％以上となるようにすることが好ましい。
【００５３】
以上の実施形態では１つのＬＥＤ２を一次光源として配置しているが、本発明においては、複数のＬＥＤなどの点状光源を用いることも可能である。この場合、複数の点状光源を近接して配置してもよいし、導光体の同一の端縁に沿って適宜の距離隔てて配置してもよいし、導光体の互いに平行な２つの端縁のそれぞれに隣接配置してもよい。また、導光体の対角位置にそれぞれ形成した切欠部に隣接配置してもよい。複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度光Ｌ0 の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定、輝度分布の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むらの測定は次のようにして行った。
【００５５】
平均傾斜角の測定
触針式表面粗さ計（東京精器社製サーフコム５７０Ａ型）にて、触針として１μｍＲ、５５゜円錐ダイヤモンド針（０１０−２５２８）を用いて、駆動速度０．０３ｍｍ／秒で測定した。抽出曲線の平均線から、傾斜の補正を行った後、前記（１）式および（２）式に従ってその曲線を微分した曲線の中心線平均値を求めた。なお、プリズム列表面の粗面の平均傾斜角の測定の際には、プリズム列の延在方向に沿って触針式表面粗さ計にて測定した。
【００５６】
輝度むらの測定
面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から４ｍｍ〜４．５ｍｍの幅０．５ｍｍの領域にてその長さ方向に沿って１ｍｍの間隔の位置ごとに輝度測定を行い、測定した輝度値の最小値と最大値との比（最小値／最大値）を求めた。
【００５７】
輝度分布の測定
面光源装置の表面に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、ＹＺ面内（あるいは光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向に延びる面内）とＸＺ面内（あるいは光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向と垂直な面内）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０．５°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た。
【００５８】
［実施例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１７２°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ３４ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した後、その表面を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、真鍮板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力０．４ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面化されたプリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００５９】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板からなる第２の金型を得た。
【００６０】
以上の第１の金型及び第２の金型を用いて透明メタクリル樹脂の射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面化表面を有するプリズム面からなり、他方の面が鏡面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。得られた導光体のプリズム面側の粗面の平均傾斜角は５．０°であった。
【００６１】
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍで、断面形状が頂角６５°の二等辺三角形のプリズム列を長さ３４ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工した金型を得た。得られた金型にアクリル系紫外線硬化性組成物を注入し、１８８μｍのポリエステルフィルム（東洋紡社製Ａ４０００，屈折率１．６００）を重ね合わせた後、高圧水銀ランプを用いてポリエステルフィルムを通して紫外線を照射しアクリル系紫外線硬化性組成物を硬化し、金型から剥離しプリズムシートを得た。得られたプリズムシートは、ポリエステルフィルムの片面に、屈折率１．５２８の紫外線硬化樹脂からなるプリズム列が並列して連設されたプリズムパターンが形成されていた。
【００６２】
導光体の厚さ１ｍｍの短辺側端面に対向するようにして、３個のＬＥＤ（日亜化学工業社製ＮＳＣＷ２１５ｂｉＲ）を９．０ｍｍの間隔で配置した。この導光体の第２のプリズム面側には光散乱反射シート（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を配置し、第１のプリズム面側にはプリズムシートを、そのプリズム形成面が導光体の光出射面に対向し、プリズム列が導光体の短辺側端面と平行になるように配置し、図１２に示したような面光源装置を作製した。即ち、導光体の第１のプリズム面を光出射機構を備えた光出射面として用いた。なお、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆは図示した通りである。
【００６３】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．７であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が光出射面の法線に対して０°であり、ＹＺ面内での半値幅が２２°、ＸＺ面内での半値幅が６０°であり、法線輝度は１３００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００６４】
［実施例２］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。これにより、プリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００６５】
実施例１で使用した第１の金型及び上記の第２の金型を用いて、実施例１と同様にして射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面化表面を有する第１のプリズム面からなり、他方の面が第２のプリズム面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。
【００６６】
得られた導光体を用いて、実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【００６７】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．７５であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、ＹＺ面内での半値幅が２４°、ＸＺ面内での半値幅が５５°であり、法線輝度は１８００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００６８】
［実施例３］
鏡面仕上げをした４８ｍｍ×３４ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ３０μｍで、断面形状が頂角１６０度の断面二等辺三角形で、４８ｍｍ×３４ｍｍの四角形状の１つのコーナー近傍を中心とした円弧状プリズム列を同心円状に形成し、隣接する円弧状プリズム列間に３０〜２００μｍの平坦部を中心部より徐々に間隔が狭くなるように形成した円弧状プリズムパターンを４０ｍｍ×３０ｍｍの有効領域に切削加工した後、その表面を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、真鍮板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力０．２ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面化されたプリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００６９】
得られた第１の金型と鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の第２の金型とを用いて、実施例１と同様にして、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが０．８ｍｍの板状であり、一方の面が粗面化表面を有する第１の弧状プリズム面からなり、他方の面が鏡面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、この板状体の円弧状プリズム列の中心に対応する１つのコーナー部を端面長さ６ｍｍとなるように切り欠いて切り欠き部を形成し、導光体とした。得られた導光体の第１のプリズム面側の粗面の平均傾斜角は０．６°であった。
【００７０】
一方、鏡面仕上げをした３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍで、断面形状が頂角６３°の二等辺三角形で、３４ｍｍ×４８ｍｍの四角形状のコーナーを中心とした円弧状プリズム列を並列して連設した円弧状プリズムパターンを切削加工した金型を得た。得られた金型を用いて、実施例１と同様にして、導光体の１つのコーナーを中心とする弧状プリズム列が並列して連設したプリズムシートを得た。
【００７１】
得られた導光体の円弧状プリズムパターンが形成された面側に光拡散反射フィルム（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を設置し、導光体の光出射面となる平滑面側に、得られたプリズムシートを円弧状プリズムパターンを形成した面が導光体側となり、形成した円弧状プリズム列の中心となるコーナー部が導光体の切り欠き部と重なるように設置した。また、導光体の切り欠き部には、導光体の光出射面と平行方向のピーク半値幅が１１５度（±５７．５度）、垂直方向のピーク半値幅１１０度（±５５度）のＬＥＤ光源を２個並列して設置したＬＥＤアレイを配置し、３０ｍＡの電流を流した。
【００７２】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向に延びる面内での半値幅が２７°、これと直交し光出射面と垂直な面内での半値幅が２２°であり、法線輝度は３２００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００７３】
［実施例４］
プリズムシートとして、各プリズム列の断面形状においてそれぞれのプリズム面を曲率半径４００μｍの凸曲面形状とした以外は実施例３と同様にして面光源装置を得た。
【００７４】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向に延びる面内での半値幅が２１°、これと直交し光出射面と垂直な面内での半値幅が２２°であり、法線輝度は４０００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００７５】
［比較例１］
プリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型に対するブラスト処理を施さないこと以外は実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【００７６】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．１であり、有効発光領域Ｆ内で図１３に示したような輝度むらが観察された。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、ＹＺ面内での半値幅が２０°、ＸＺ面内での半値幅が１０°であり、法線輝度は３２００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導光体の光出射面及びその裏面のうちの一方に、光出射面に沿った面内での一次光源の発光の指向性の方向に略直交して延びる複数のレンズ列を形成し、該レンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部及び／又は該レンズ列が形成された面の反対側の面の少なくとも一部に粗面を設けたことで、面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用に伴う輝度の低下を、出射光分布を劣化させることなしに解消して、高品位の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】本発明による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図３】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図４】本発明による導光体の部分断面図である。
【図５】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図６】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図７】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図８】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図９】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図１０】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図１１】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１２】実施例で使用した面光源装置の寸法を示す模式図である。
【図１３】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【図１４】本発明による面光源装置の特に光偏向素子を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２ ＬＥＤ
４ 導光体
４１ 光入射端面
４３ 光出射面
４３ａ レンズ列
４３１ 光出射面の第１の領域
４３２ 光出射面の第２の領域
４４ 裏面
４４ａ 追加レンズ列
６ 光偏向素子
６１ 入光面
６１ａ プリズム列
６２ 出光面
８ 光反射素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置に関するものであり、特に、小型化及び消費電力低減を企図した発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状光源を用いた面光源装置に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば携帯電話機などの携帯型電子機器のディスプレイパネルや各種機器のインジケータとして使用される比較的小型の液晶表示装置のバックライトに好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、液晶表示装置は、携帯用ノート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等の表示部として、更にはその他の種々の分野で広く使用されてきている。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、液晶表示装置のコンパクト化の観点からエッジライト方式のものが多用されている。従来、バックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも１つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の２つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広く利用されている。
【０００３】
ところで、近年、携帯電話機や携帯情報端末や携帯用ゲーム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気機器また電子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置について、小型化とともに消費電力の低減が要望されている。そこで、消費電力低減のために、バックライトの一次光源として、点状光源であるＬＥＤが使用されている。ＬＥＤを一次光源として用いたバックライトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報に記載されているように、線状の一次光源を用いるものと同様な機能を発揮させるために、複数のＬＥＤを導光体の光入射端面に沿って一次元に配列している。このように複数のＬＥＤの一次元配列による一次光源を用いることにより、所要の光量と画面全体にわたる輝度分布の均一性とを得ることができる。
【０００４】
しかるに、小型の液晶表示装置の場合には、更に一層の消費電力の低減が要求されており、これに応えるためには使用するＬＥＤの数を少なくすることが必要である。しかしながら、ＬＥＤの数を少なくすることは輝度の低下をもたらす。
【０００５】
輝度を極力犠牲にせずに低消費電力化を達成する面光源装置として、特開平９−１３３９１８号公報や特開平１０−２０１２１号公報では、導光体の光出射面あるいは裏面に光出射機構として粗面あるいはプリズム列等のレンズ列を入射端面に略平行に多数形成したレンズ面を形成するとともに、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、バックライトの消費電力を抑えるとともに、輝度も極力犠牲にしないために出射光の分布を狭くする方法が提案されている。
【０００６】
このような光出射機構を点状光源を用いた面光源装置に適用した場合、光出射機構として粗面を形成したものでは、導光体の光入射端面および光出射面の双方に垂直な平面（垂直方向）での出射光分布もより狭い指向性の高い光を出射させることができるものの、導光体の光入射端面と平行で光出射面と垂直な平面（平行方向）での出射光分布が非常に広く輝度の低下を十分に抑止できないものである。一方、光出射機構としてレンズ面を形成したものでは、水平方向および垂直方向の双方での出射光分布がより狭い指向性の高い光を出射させることができ、高輝度化を達成することができるものの、光出射面と平行な面内での出射光の分布範囲が数度から十数度程度の極めて狭いものとなるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明の目的は、以上のような点状一次光源を用いた面光源装置の低消費電力化と高輝度化との双方を満足でき、適度な出射光分布を有する高品位の面光源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略直交して延び且つ連続的または断続的に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部及び／又は前記レンズ列が形成された面の反対側の面の少なくとも一部に粗面が形成されていることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記レンズ列は前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の伝搬方向に略直交して延びている。本発明の一態様においては、前記粗面の平均傾斜角が０．１〜８°である。本発明の一態様においては、前記レンズ列はプリズム列またはレンチキュラーレンズ列である。本発明の一態様においては、前記レンズ列は、平均傾斜角が０．５〜２５°である。本発明の一態様においては、前記レンズ列の隣接するものどうしの間の谷部に平坦部が形成されている。本発明の一態様においては、前記レンズ列のピッチが前記一次光源から離れるに従って変化している。本発明の一態様においては、前記粗面の平均傾斜角が場所により異なる。本発明の一態様においては、前記粗面は、前記光入射端面の近傍の領域で他の領域より平均傾斜角が大きい。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記レンズ列が形成された面の反対側の面に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延びる複数の追加レンズ列が形成されている。本発明の一態様においては、前記レンズ列が形成された面の反対側の面に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の伝搬方向に略沿って延びる複数の追加レンズ列が形成されている。本発明の一態様においては、前記追加レンズ列はプリズム列またはレンチキュラーレンズ列である。本発明の一態様においては、前記追加レンズ列は、平均傾斜角が８〜６０°である。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記粗面は前記レンズ列の表面及び前記レンズ列が形成された面の反対側の面の双方に形成されており、これらの粗面の平均傾斜角は場所により異なっており、前記レンズ列の表面の粗面の平均傾斜角は前記反対側の面の表面の粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなっている。
【００１２】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
以上のような面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置されている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面に複数のレンズ列を備えていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子の複数のレンズ列は前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略直交して延びている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子の複数のレンズ列は前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の伝搬方向に略直交して延びている。本発明の一態様においては、前記一次光源はＬＥＤまたはＬＥＤの集合体である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
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分解斜視図である。図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源としてのＬＥＤ２と、該ＬＥＤから発せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４と、該導光体に隣接配置される光偏向素子６及び光反射素子８とを備えている。導光体４は上下２つの主面と該主面の外周縁どうしを連ねる４つの端縁とを有している。
【００１６】
ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対の端縁のうちの一方（図１の手前側の端縁：入射端縁）に隣接し且つそのＸ方向に関する中央に配置されている。本発明においては、一次光源であるＬＥＤ等の点状光源は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が好ましいが、導光体４の大きさ等によって複数個を近接して配置したＬＥＤ集合体とすることもできるし、複数個のＬＥＤまたはＬＥＤ集合体を一定の間隔で配置してもよい。
【００１７】
導光体４の入射端縁には、ＬＥＤ２が配置される位置に相当する光入射端面４１が形成されている。導光体４に形成される光入射端面４１は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。ＬＥＤ発光面と光入射端面とは、凹凸逆の互いに嵌り合う形状（双方が平面である場合を含む）であることが好ましい。
【００１８】
導光体４は、一方の主面（図では上面）が光出射面４３とされている。この光出射面４３および反対側の裏面４４の少なくとも一方には、導光体４内にて導光される光を当該光出射面４３に対して傾斜した方向（即ちＸＹ面に対して傾斜した方向）に光を出射させる指向性光出射機構を備えている。本発明では、指向性光出射機構として、プリズム列、レンチキュラーレンズ列またはＶ字状溝等の多数のレンズ列を、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向（Ｘ方向）に延び連続的あるいは断続的に形成したものを用いている。図１に示した実施形態では、図２に示されているように、光出射面４３には、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（光強度分布における最大強度の光Ｌ0 の方向）に略直交する方向に延び且つ互いに平行に連続して配列された多数のレンズ列としてのプリズム列４３ａを有する（図２では各プリズム列４３ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図２に示されているように、プリズム列４３ａの方向をＸ方向とすることができる。
【００１９】
なお、本発明においては、プリズム列４３ａ等のレンズ列の方向は、光出射機能を大きく損なわない範囲であれば、導光体４に入射した光の指向性の方向と直交する方向からずれていてもよい。この場合、プリズム列４３ａの方向は、導光体４に入射した光の指向性の方向と直交する方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、レンズ列は、後述する図９に示すように、導光体４の光出射面に沿った面内での一次光源２から導光体４に入射した光の伝搬方向に略直交して延び、一次光源を取り囲むように湾曲状に延びていてもよい。
【００２０】
指向性光出射機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び入射端縁と直交するＹ方向の双方を含むＹＺ面内の分布において指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピークの方向が光出射面４３となす角度は、１０〜４０°の範囲とすることが好ましく、出射光分布の半値幅は１０〜４０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０〜３０°の範囲であり、さらに好ましくは１２〜１８°の範囲である。この目的で使用されるプリズム列等のレンズ列は、レンズ列の延在する方向と直交する方向でのＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角を０．５〜２５°とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜２０°の範囲であり、さらに好ましくは１〜１０°の範囲である。これは、レンズ列の平均傾斜角をこの範囲とすることにより、ＹＺ面内での出射光分布の狭い指向性の高い光を出射させることができるためである。レンズ列の配列ピッチＰ０は、好ましくは１０〜２００μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍ、さらに好ましくは２０〜８０μｍの範囲である。尚、レンズ列としてプリズム列４３ａを使用する場合には、断面略二等辺三角形状のものが好ましいが、これに限定されるものではなく、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。
【００２１】
また、導光体４に形成するレンズ列としては、そのピッチを前記の範囲内で部分的あるいは連続して変化させることにより、光出射面全体の均斉度を高めることもできる。通常は、点状の一次光源から離れるに従って徐々にピッチを小さくすることが好ましく、場合によっては、点状の一次光源から離れるに従って徐々にピッチを小さくした後、再び徐々にピッチを大きくしてもよい。さらに、隣接するレンズ列どうしの間の谷部に平坦部を形成し、光の出射量をコントロールすることも可能である。この場合、通常は光出射面の中心部での出射光量を最大とすることが好ましく、中心部に近づくに従って形成する平坦部の面積割合が小さくなるようにすることができる。
【００２２】
本発明においては、導光体４のレンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部を粗面とすることによって、光出射機構としてレンズ面を形成した場合のＸＹ面内での出射光分布を広げることができる。この場合、粗面化はレンズ列のそれぞれの表面に代えて、レンズ列形成面の反対側の面に施してもよいし、両方の面に施すこともできる。
【００２３】
この粗面の程度は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．１〜８°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜６°の範囲であり、さらに好ましくは１〜４°の範囲である。この粗面の平均傾斜角θａが０．１°未満であると、ＸＹ面内での出射光分布の拡大の効果が十分得られなくなる傾向にある。また、粗面の平均傾斜角θａが８°を越えると、レンズ列の形状崩壊が大きくなり、レンズ列の指向性光出射特性が損なわれたり、光入射端面近傍での出射光量が増大し過ぎて輝度の均斉度が損なわれる傾向にある。
【００２４】
形成される粗面は、導光体の光出射面内での均斉度を向上させる目的で、その平均傾斜角を場所により異ならせることができる。例えば、光入射端面の近傍領域に輝暗パターンや光源イメージが発現する場合には、その領域の平均傾斜角を他の部分よりも大きくすることによって、これらの発現を抑止することができる。
【００２５】
導光体４の他方の主面（図では下面）には、前記粗面により広げたＸＹ面内の出射光分布を制御するととも、ＸＹ面内に関して導光体４の光入射端面に対して斜め方向に伝搬する光の方向を光入射端面に対して略垂直な方向に近づけて出射させる目的で、追加レンズ列を形成しレンズ列形成面４４とすることができる。該レンズ列形成面４４は、図３に示されているように、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（最大強度光Ｌ0 の方向）に略沿った方向に延び且つ互いに平行に配列された多数の追加レンズ列としてのプリズム列４４ａを有する（図３では各プリズム列４４ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図３に示されているように、プリズム列４４ａの方向をＹ方向とすることができる。なお、本発明においては、追加レンズ列４４ａの方向は、ＸＹ面内での出射光分布を制御する効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体４に入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この場合、追加レンズ列４４ａの方向は、導光体４に入射した光の指向性の方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、図５に示したように、追加レンズ列４４ａの方向を導光体４に入射した光の伝搬する方向に略沿った放射状に形成してもよい。この場合、図１１に示したように、追加レンズ列４４ａの方向を局所的に特に光入射端面側の端縁に近接する領域において、導光体４に入射した光の伝搬する方向に略沿った放射状に形成してもよい。
【００２６】
追加レンズ列４４ａの配列ピッチＰ１は、１０〜２００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍ、さらに好ましくは２０〜８０μｍの範囲である。なお、本発明においては、追加レンズ列４４ａのピッチは、上記範囲内であれば全ての追加レンズ列４４ａで同一でもよいし、部分的に異なるものでもよいし、徐々に変化していてもよい。
【００２７】
また、図４に示されている追加レンズ列４４ａは、形成される追加レンズ列の延在方向と直交する方向でのＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角を８〜６０°とすることが好ましく、より好ましくは１２〜５０°の範囲であり、さらに好ましくは１５〜３５°の範囲である。これは、平均傾斜角をこの範囲とすることによって、ＸＹ面内の出射光分布を効率よく制御するととも、ＸＹ面内に関して導光体４の光入射端面に対して斜め方向に伝搬する光の方向を光入射端面に対して略垂直な方向に近づけて効率よく出射させることができるためである。尚、追加レンズ列４４ａとしては、プリズム列に限定されるものではなく、レンチキュラーレンズ等の他のレンズ列であってもよい。追加レンズ列４４ａとしてプリズム列４４ａを形成する場合には、断面二等辺三角形状のものに限定されるものではなく、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。
【００２８】
光偏向素子６は、導光体４の光出射面４３上に配置されている。光偏向素子６の２つの主面は、それぞれ全体としてＸＹ面と平行に位置する。２つの主面のうちの一方（導光体の光出射面４３側に位置する主面）は入光面６１とされており、他方が出光面６２とされている。出光面６２は、導光体４の光出射面４３と平行な平坦面とされている。入光面６１は、多数のレンズ列としてのプリズム列６１ａが連続的あるいは断続的に配列されたプリズム列形成面とされている。
【００２９】
入光面６１のプリズム列６１ａは、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向に延び、互いに平行に形成されている。本実施形態では、プリズム列６１ａはＸ方向に延びている。なお、プリズム列６１ａは直線状に限定されず、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の伝搬方向と略直交する方向に延びるもの、例えば、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。レンズ列６１ａの配列ピッチＰ２は、２０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。
【００３０】
また、本実施形態に示したようにプリズム列６１ａを形成したプリズムシートの場合、プリズムシ−トのプリズム列形成面とプリズム列６１ａの一次光源から遠い側に位置するプリズム面とのなす角度を４０〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは４５〜７５°の範囲、さらに好ましくは５０〜７０°の範囲である。断面二等辺三角形状のプリズム列の場合、頂角は、２０〜１００°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは３０〜９０°の範囲、さらに好ましくは４０〜８０°の範囲である。これは、頂角をこの範囲とすることによって、導光体４から出射した指向性出射光を、例えば光出射面の法線方向等の所望の方向に効率よく偏向させることができるためである。
【００３１】
図６に、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。この図は、ＹＺ面内での導光体４からのピーク出射光（出射光分布のピークに対応する光）の進行方向を示すものである。導光体４の光出射面４３から斜めに出射される光は、光偏向素子６のプリズム列６１ａの第１面へ入射し第２面により全反射されてほぼ出光面６２の法線の方向に出射する。また、ＸＺ面内では、上記のような導光体４のプリズム列４４ａの作用により出光面６２の法線の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【００３２】
本発明においては、光偏向素子６は、導光体４からの出射光を目的の方向に偏向（変角）させる機能を果たすものであり、少なくとも一方の面に多数のレンズ列が並列して形成されたレンズ面を有するレンズシート等を使用することができるが、本発明のように指向性の高い光を出射する導光体４の場合には、レンズシートを使用することが特に好ましい。レンズシートに形成されるレンズ列の形状は、目的に応じて種々のものが使用され、例えば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライアイレンズ形状、波型形状等が挙げられる。中でも断面略三角形状の多数のプリズム列が配列されたプリズムシートが特に好ましい。また、プリズム列としては、断面三角形状のものに限定されず、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。特に、面光源装置から出射する出射光の指向性を高め輝度を向上させるためには、プリズム面が凸状面であるものが好ましい。
【００３３】
プリズム面４１を凸状面とする場合には、その形状は次のようにして設定されている。即ち、図１４に示したように、プリズム列配列のピッチをＰとして、先ず、断面三角形状の仮想プリズム列Ｉを設定する。この仮想プリズム列Ｉの２つのプリズム面Ｉ−１，Ｉ−２のなす角度（即ち仮想プリズム頂角）をθとする。この仮想プリズム頂角θは、導光体４の光出射面４３から到来する光のＹＺ面内の強度分布のピーク出射光（傾斜角α）が仮想プリズム列Ｉに入射して仮想プリズム面Ｉ−２により内面全反射された上で、例えば出光面６２の法線方向へと進行するように設定されている。仮想プリズム頂角θは、例えば、光偏向素子６の出光面６２から出射される光のピーク出射光を出光面６２の法線方向近傍（例えば、法線方向から±１０度の範囲内）へ向ける場合には、５０〜８０度とすることが好ましく、さらに好ましくは５５°〜７５°の範囲であり、より好ましくは６０°〜７０°の範囲である。
【００３４】
次に、以上のようにして形状が設定された仮想プリズム列Ｉの形状を基準として、その少なくとも一方のプリズム面が凸曲面形状となるように実際のプリズム列の形状を定める。具体的には、次のようにして実際のプリズム列の形状を定めることが好ましい。導光体４の光出射面４３から出射する光の出射光分布のピーク出射光（傾斜角α）が一次光源側の隣接仮想プリズム列の頂部をかすめて仮想プリズムＩに入射する仮想光を設定し、この仮想光が仮想プリズム面Ｉ−１を通過する位置をＫ１とし、仮想プリズム面Ｉ−２に到達する位置をＫ２とする。このとき、このプリズム列の形状は、仮想プリズム列Ｉにおけるプリズム面Ｉ−２の内面全反射位置Ｋ２よりも出光面６２に近い位置では、その少なくとも一部または全部にプリズム面の傾斜角が仮想プリズム列Ｉのプリズム面Ｉ−２の傾斜角よりも大きな傾斜角をもつような凸曲面形状とすることが好ましい。
【００３５】
これは、図１４に示されている寸法ｚ（プリズム列の頂点と仮想プリズム面Ｉ−２の内面反射位置Ｋ２との間のＺ方向距離）が以下の式：
ｚ＝｛（Ｐ・ｔａｎα・ｃｏｔ［θ／２］）／
（ｔａｎα＋ｃｏｔ［θ／２］）｝・〔ｃｏｔ［θ／２］
＋｛ｃｏｔθ／（ｃｏｔ［θ／２］−ｃｏｔθ）｝
で示される値以上のＺ方向位置では、実際のプリズム面が以下の式：
ｎｃｏｓ［３θ／２］＝ｓｉｎ（α−［θ／２］）
で表される仮想プリズム列Ｉのプリズム面Ｉ−２より大きな傾斜角を持つようにすることである。
【００３６】
入光面６１のプリズム列の形状をこのように設定することで、光偏向素子６から出射する光の分布角度（半値幅）を小さくすることができる。
【００３７】
光反射素子８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８として反射シートに代えて、導光体４の光出射面の反対側の裏面４４に金属蒸着等により形成された光反射層等を用いることも可能である。尚、導光体４の４つの側端面（光入射端面４１，４２を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
【００３８】
本発明の導光体４及び光偏向素子６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、環状ポリオレフィン樹脂が例示できる。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４及び光偏光素子６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。
【００３９】
導光体４の光出射機構は、導光体４の光出射面４３内で出射率が不均一分布となるように設けることもできる。例えば、光出射機構としてプリズム列４３ａを使用する場合には、その表面に形成される粗面の表面粗さの光出射面４３内での分布が不均一となるように粗面化処理を施すことによって出射率の不均一分布を形成することができる。
【００４０】
本発明において、導光体４の光出射機構を構成するレンズ列や追加レンズ列やそれらの面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。なお、レンズ列や追加レンズ列の面に形成される粗面の場合は、レンズ列や追加レンズ列の延在方向と平行な方向の平均傾斜角を測定する。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。
【００４１】
Δａ＝（１／Ｌ）∫0 L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ ・・・ （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ） ・・・ （２）
さらに、導光体４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４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２近傍で多量の光が出射して、光出射面４３内でのＹ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面４３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４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ピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０〜８０°の範囲にあり、Ｙ方向を含み光出射面４３に垂直な面における出射光分布の半値幅が１０〜４０°であるような指向性の高い出射特性の光を導光体４から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子６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装置を提供することができる。
【００４２】
本発明において、導光体４からの光出射率は次のように定義される。光出射面４３の光入射端面４１側での出射光の光強度（Ｉ0 ）と該端面から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体４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。
【００４３】
Ｉ＝Ｉ0 ・α（１−α）L/t ・・・ （３）
ここで、定数αが光出射率であり、光出射面４３におけるＹ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４から光が出射する割合（％）である。この光出射率αは、縦軸に光出射面４３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。
【００４４】
以上のようなＬＥＤ２、導光体４、光偏向素子６および光反射素子８からなる面光源装置の発光面（光偏光素子６の出光面６２）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。
【００４５】
図７及び図８は、それぞれ本発明による面光源装置用導光体の他の実施形態をＬＥＤとともに示す平面図及び底面図である。これらの図において、図１〜図６におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００４６】
本実施形態では、点状の一次光源としてのＬＥＤ２が、導光体４の隅部の切欠部に形成された光入射端面４１に隣接して配置されている。ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ対角線と平行に進行する。導光体光出射面４３のプリズム列４３ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向光と直交する方向に延びている。導光体裏面４４のプリズム列４４ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向と平行な方向に延びている。プリズム列４３ａのプリズム頂角及び表面の粗面の平均傾斜角並びにプリズム列４４ａのプリズム頂角は上記の実施形態のものと同様である。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００４７】
図９は、本発明による面光源装置用導光体の他の実施形態をＬＥＤとともに示す平面図である。この図において、図１〜図８におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００４８】
本実施形態では、光出射機構を構成するレンズとしてのプリズム列は、導光体４の光出射面に沿った面内でのＬＥＤ２から導光体４に入射した光の伝搬方向に対して略直交するように、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状をなして延びている。このように、単一の点状光源たとえばＬＥＤ２を用いる場合には、レンズ列４３ａの方向を、最大強度光Ｌ0 の経路上（その近傍を含む）以外の領域では該最大強度光Ｌ0 の進行方向と直交する方向からずれた方向即ち実際の光線の伝搬方向と略直交する方向となるように変化させてもよい。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００４９】
図１０は、本発明による面光源装置用導光体の他の実施形態をＬＥＤとともに示す平面図である。本図において、図１〜図９におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００５０】
本実施形態では、導光体光出射面４３のプリズム列４３ａの表面に形成された粗面の平均傾斜角が場所により異なる。即ち、導光体４を用いて面光源装置を構成し、該面光源装置を用いて液晶表示装置を構成する場合には、導光体４の有効発光領域Ｆから出射した光のみが表示に直接寄与し、それ以外の部分から出射した光は機構部材（いわゆる額縁）により遮られる。そこで、有効発光領域Ｆを含む導光体光出射面４３の第１の領域４３１では比較的小さな平均傾斜角となし、導光体光出射面４３の第１の領域４３１以外の第２の領域４３２（光入射端面４１を含む光入射端縁の近傍の領域）では第１の領域４３１より大きな平均傾斜角となしている。これにより、第２の領域４３２では光のＸＹ面内での広がりを均一として一次光源のイメージが有効発光領域Ｆに現れるのを防止し、第１の領域４３１では粗面の粗さを制御することによって出射率を適度に維持して導光体裏面４４のプリズム列４４ａによるＸ方向と平行な面における集光された出射光の出射を確保するようにしている。このような目的のためには、第１の領域４３１の粗面の平均傾斜角は０．５〜４°が好ましく、第２の領域４３２の粗面の平均傾斜角は２〜８°が好ましい。
【００５１】
このように、本発明においては、輝度分布の均一性をさらに向上させる目的で、レンズ列の一部の領域に粗面の平均傾斜角が他の領域より大きい領域あるいは小さい領域を形成して、部分的に光の広がりを調整してもよい。この場合、平均傾斜角が異なる領域では、導光体からの出射率に与える影響が他の領域と異なるため、それを補償するように反対面の対応する領域に形成された粗面の平均傾斜角を調整し、例えば光出射機構のレンズ列の表面に形成された粗面の平均傾斜角を反対面に形成された粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなるようにして、導光体からの出射率が同程度となるようにすることが好ましい。
【００５２】
以上の実施形態では導光体の光出射面４３または裏面４４に形成した光出射機構としてのレンズ列の全面を粗面となしているが、本発明においては各プリズム列の一部の領域（例えば頂部近傍）のみを粗面となしてもよい。この場合、上記のような作用効果を十分に発揮させるためには、粗面領域の面積割合が２０％以上となるようにすることが好ましい。
【００５３】
以上の実施形態では１つのＬＥＤ２を一次光源として配置しているが、本発明においては、複数のＬＥＤなどの点状光源を用いることも可能である。この場合、複数の点状光源を近接して配置してもよいし、導光体の同一の端縁に沿って適宜の距離隔てて配置してもよいし、導光体の互いに平行な２つの端縁のそれぞれに隣接配置してもよい。また、導光体の対角位置にそれぞれ形成した切欠部に隣接配置してもよい。複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度光Ｌ0 の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定、輝度分布の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むらの測定は次のようにして行った。
【００５５】
平均傾斜角の測定
触針式表面粗さ計（東京精器社製サーフコム５７０Ａ型）にて、触針として１μｍＲ、５５゜円錐ダイヤモンド針（０１０−２５２８）を用いて、駆動速度０．０３ｍｍ／秒で測定した。抽出曲線の平均線から、傾斜の補正を行った後、前記（１）式および（２）式に従ってその曲線を微分した曲線の中心線平均値を求めた。なお、プリズム列表面の粗面の平均傾斜角の測定の際には、プリズム列の延在方向に沿って触針式表面粗さ計にて測定した。
【００５６】
輝度むらの測定
面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から４ｍｍ〜４．５ｍｍの幅０．５ｍｍの領域にてその長さ方向に沿って１ｍｍの間隔の位置ごとに輝度測定を行い、測定した輝度値の最小値と最大値との比（最小値／最大値）を求めた。
【００５７】
輝度分布の測定
面光源装置の表面に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、ＹＺ面内（あるいは光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向に延びる面内）とＸＺ面内（あるいは光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向と垂直な面内）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０．５°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た。
【００５８】
［実施例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１７２°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ３４ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した後、その表面を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、真鍮板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力０．４ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面化されたプリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００５９】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板からなる第２の金型を得た。
【００６０】
以上の第１の金型及び第２の金型を用いて透明メタクリル樹脂の射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面化表面を有するプリズム面からなり、他方の面が鏡面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。得られた導光体のプリズム面側の粗面の平均傾斜角は５．０°であった。
【００６１】
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍで、断面形状が頂角６５°の二等辺三角形のプリズム列を長さ３４ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工した金型を得た。得られた金型にアクリル系紫外線硬化性組成物を注入し、１８８μｍのポリエステルフィルム（東洋紡社製Ａ４０００，屈折率１．６００）を重ね合わせた後、高圧水銀ランプを用いてポリエステルフィルムを通して紫外線を照射しアクリル系紫外線硬化性組成物を硬化し、金型から剥離しプリズムシートを得た。得られたプリズムシートは、ポリエステルフィルムの片面に、屈折率１．５２８の紫外線硬化樹脂からなるプリズム列が並列して連設されたプリズムパターンが形成されていた。
【００６２】
導光体の厚さ１ｍｍの短辺側端面に対向するようにして、３個のＬＥＤ（日亜化学工業社製ＮＳＣＷ２１５ｂｉＲ）を９．０ｍｍの間隔で配置した。この導光体の第２のプリズム面側には光散乱反射シート（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を配置し、第１のプリズム面側にはプリズムシートを、そのプリズム形成面が導光体の光出射面に対向し、プリズム列が導光体の短辺側端面と平行になるように配置し、図１２に示したような面光源装置を作製した。即ち、導光体の第１のプリズム面を光出射機構を備えた光出射面として用いた。なお、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆは図示した通りである。
【００６３】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．７であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が光出射面の法線に対して０°であり、ＹＺ面内での半値幅が２２°、ＸＺ面内での半値幅が６０°であり、法線輝度は１３００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００６４】
［実施例２］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。これにより、プリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００６５】
実施例１で使用した第１の金型及び上記の第２の金型を用いて、実施例１と同様にして射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面化表面を有する第１のプリズム面からなり、他方の面が第２のプリズム面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。
【００６６】
得られた導光体を用いて、実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【００６７】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．７５であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、ＹＺ面内での半値幅が２４°、ＸＺ面内での半値幅が５５°であり、法線輝度は１８００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００６８】
［実施例３］
鏡面仕上げをした４８ｍｍ×３４ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ３０μｍで、断面形状が頂角１６０度の断面二等辺三角形で、４８ｍｍ×３４ｍｍの四角形状の１つのコーナー近傍を中心とした円弧状プリズム列を同心円状に形成し、隣接する円弧状プリズム列間に３０〜２００μｍの平坦部を中心部より徐々に間隔が狭くなるように形成した円弧状プリズムパターンを４０ｍｍ×３０ｍｍの有効領域に切削加工した後、その表面を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、真鍮板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力０．２ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面化されたプリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００６９】
得られた第１の金型と鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の第２の金型とを用いて、実施例１と同様にして、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが０．８ｍｍの板状であり、一方の面が粗面化表面を有する第１の弧状プリズム面からなり、他方の面が鏡面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、この板状体の円弧状プリズム列の中心に対応する１つのコーナー部を端面長さ６ｍｍとなるように切り欠いて切り欠き部を形成し、導光体とした。得られた導光体の第１のプリズム面側の粗面の平均傾斜角は０．６°であった。
【００７０】
一方、鏡面仕上げをした３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍで、断面形状が頂角６３°の二等辺三角形で、３４ｍｍ×４８ｍｍの四角形状のコーナーを中心とした円弧状プリズム列を並列して連設した円弧状プリズムパターンを切削加工した金型を得た。得られた金型を用いて、実施例１と同様にして、導光体の１つのコーナーを中心とする弧状プリズム列が並列して連設したプリズムシートを得た。
【００７１】
得られた導光体の円弧状プリズムパターンが形成された面側に光拡散反射フィルム（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を設置し、導光体の光出射面となる平滑面側に、得られたプリズムシートを円弧状プリズムパターンを形成した面が導光体側となり、形成した円弧状プリズム列の中心となるコーナー部が導光体の切り欠き部と重なるように設置した。また、導光体の切り欠き部には、導光体の光出射面と平行方向のピーク半値幅が１１５度（±５７．５度）、垂直方向のピーク半値幅１１０度（±５５度）のＬＥＤ光源を２個並列して設置したＬＥＤアレイを配置し、３０ｍＡの電流を流した。
【００７２】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向に延びる面内での半値幅が２７°、これと直交し光出射面と垂直な面内での半値幅が２２°であり、法線輝度は３２００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００７３】
［実施例４］
プリズムシートとして、各プリズム列の断面形状においてそれぞれのプリズム面を曲率半径４００μｍの凸曲面形状とした以外は実施例３と同様にして面光源装置を得た。
【００７４】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、光出射面と垂直でＬＥＤ光源の正面方向に延びる面内での半値幅が２１°、これと直交し光出射面と垂直な面内での半値幅が２２°であり、法線輝度は４０００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００７５】
［比較例１］
プリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型に対するブラスト処理を施さないこと以外は実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【００７６】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．１であり、有効発光領域Ｆ内で図１３に示したような輝度むらが観察された。また、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの出射光分布を測定したところ、ピーク光が出射面の法線に対して０°であり、ＹＺ面内での半値幅が２０°、ＸＺ面内での半値幅が１０°であり、法線輝度は３２００ｃｄ／ｍ2 であった。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導光体の光出射面及びその裏面のうちの一方に、光出射面に沿った面内での一次光源の発光の指向性の方向に略直交して延びる複数のレンズ列を形成し、該レンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部及び／又は該レンズ列が形成された面の反対側の面の少なくとも一部に粗面を設けたことで、面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用に伴う輝度の低下を、出射光分布を劣化させることなしに解消して、高品位の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】本発明による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図３】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図４】本発明による導光体の部分断面図である。
【図５】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図６】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図７】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図８】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図９】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図１０】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図１１】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１２】実施例で使用した面光源装置の寸法を示す模式図である。
【図１３】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【図１４】本発明による面光源装置の特に光偏向素子を示す部分断面図である。
【符号の説明】
２ ＬＥＤ
４ 導光体
４１ 光入射端面
４３ 光出射面
４３ａ レンズ列
４３１ 光出射面の第１の領域
４３２ 光出射面の第２の領域
４４ 裏面
４４ａ 追加レンズ列
６ 光偏向素子
６１ 入光面
６１ａ プリズム列
６２ 出光面
８ 光反射素子
Claims (3)
- 点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光入射端面に平行に延び且つ連続的または断続的に配列された平均傾斜角が０．５〜２５°の複数のレンズ列が形成され、該レンズ列のそれぞれの表面に平均傾斜角が０．１〜８°の粗面が形成されており、該粗面は前記光入射端面の近傍の領域での平均傾斜角が他の領域での平均傾斜角より大きくなるように形成されていることを特徴とする面光源装置用導光体。 - 前記レンズ列が形成された面の反対側の面に、前記光入射端面に直交して延びる複数の追加レンズ列が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
- 請求項１又は２に記載の面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置されている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面に複数のレンズ列を備えていることを特徴とする面光源装置。
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