JP4485026B2

JP4485026B2 - 導光ユニット

Info

Publication number: JP4485026B2
Application number: JP2000225276A
Authority: JP
Inventors: 和彦豊岡
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: EP1303725A2; WO2002008663A2; CN1211675C; AU2001282930A1; JP2002050220A; CN1444711A; KR20030026325A; WO2002008663A3; TW512292B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用バックライト、屋内外用看板バックライト、インテリア、エクステリア等の環境照明等の、面光源の構成部品として利用される導光ユニットに関する。本発明による導光ユニットは、従来の導光板の代替品として用いることができ、しかも、中空の導光空間を有するので、導光ユニット及び面光源の軽量化が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の面光源では、図１に示す様に、点光源あるいは線光源（図示の場合は、ランプ（４））が出射した光を面状に発光させるために、中実の導光板（１０）を使用している。導光板は、通常、アクリル樹脂等のポリマー材料から形成されている。導光板の一端縁に位置する入射端（入射側面）から、光源からの光を導光板内に入射させ、入射端と向かい合う遠方端に向かって光を伝播させつつ、導光板の一方の主面からなる発光面から光を出射させ、面状発光を実現している。
導光板内の光の伝播は、空気と導光板（ポリマー材料）との屈折率の違いにより、空気−導光板界面での全反射を利用して行う。この様な導光板は、たとえば、液晶表示装置のバックライティング面光源（単に、バックライトとも呼ばれる。）を構成する部品としては必須のものとなっている。なお、この様な導光板及びそれを利用したバックライトについては、たとえば、特開平１１−１４２８４５号公報等に開示されている。
【０００３】
しかしながら、中実の導光板を使用する場合、面光源の軽量化が困難であった。たとえば、液晶表示画面の大型化が進む今日では、面光源の導光板の面積（発光面積）も大きく、厚みも厚くなる傾向がある。したがって、導光板の重量（質量）の増大が、面光源及びそれを含む液晶表示装置の軽量化を非常に困難にしていた。また、小型液晶表示装置であっても、モバイルパソコン、携帯電話、ＰＨＳ等の携帯端末等では、面光源をできるだけ軽量にすることが強く要求されている。
【０００４】
そこで、中実の導光板に代えて、中空の導光ユニットを利用することが提案されている。たとえば、中空の導光空間を形成するように平行に配置された発光板及び背面板と、その導光空間内側に向いている、発光板及び背面板のそれぞれの面に配置された２つのプリズムフィルムとからなる中空の導光ユニットが知られている。プリズムフィルムとは、光学部品として良く知られているもので、一方の主面が平坦面で、他方の主面に互いに長さ方向に沿って平行に配置された複数のプリズム（平行プリズムとも呼ばれる。）を備える透光性フィルムである。
なお、このような透光性フィルムは、通常、前掲の導光板と被照明体（液晶ディスプレーパネル等）との間に配置して、使用される。
【０００５】
この様な導光ユニットを面発光させるには、通常、上記導光空間の一端側に形成された開口部に沿って線状光源（蛍光管等）を配置し、その開口部を通じて上記導光空間内に光を入射させる。なお、上記開口部は、上記２枚のプリズムフィルムの一端縁どうしを互いに略平行に離して並べて形成される。また、上記２枚のプリズムフィルムは、通常互いの平坦面どうしが平行になる様に配置される。したがって、この様な導光ユニットは、一端側に形成された第１の開口部と、その一端側と向かい合う位置の他端側（上記一端側から最も離れた端である遠方端側）に形成された第２開口部とを有し、通常その両方に１つずつの光源を配置し、上記導光空間内に光を入射する。なお、上記２枚のプリズムフィルムが互いに平行に配置されているので、導光空間の高さ（厚さ方向、すなわち発光面に垂直な方向の寸法）は、一端側の第１開口部から、第１開口部と向かい合う遠方端側の第２開口部に向かって実質的に変化しない。
【０００６】
この様な中空の導光ユニット及び、その様な導光ユニットと光源とを組合せた面光源の１つの形態については、本発明者が特開平６−１８０５５２号公報において提案しているが、本発明者の提案よりも前に、別の形態が知られていた。
そのような別形態の導光ユニットでは、（ｉ）発光板側のプリズムフィルムのプリズム配列方向は、光源からの光の入射方向に対して平行であり、かつ平行プリズムを備える上記他面、すなわちプリズム面は、導光空間の外側に向けて配置される。一方、（ii）背面板側プリズムフィルムのプリズム配列方向も同様に光の入射方向に対して平行であり、プリズム面も同様に導光空間の外側に向けられる。この導光ユニットを利用した面光源では、光源から遠ざかるに従って発光面から放射される光の照度（発光輝度）が低下する傾向があった。したがって、これを矯正するための別の光学部品が必要であった。この様な別の光学部品は、通常、エクストラクターと呼ばれ、光源から遠ざかるに従って幅が広くなる鋸歯状の反射突起を有するものである。この様なエクストラクターは、通常、背面側のプリズムフィルムの平滑面上に配置される。
【０００７】
一方、上記の様なエクストラクターを必要とせず、その結果、設計及び製作が非常に容易で安価な導光ユニット及び面光源を提供するために、本発明者は、次の様に改良された導光ユニットを前掲の特開平６−１８０５５２号公報において提案した。
すなわち、２つのプリズムフィルムを、それぞれ所定の３次元配置を有する様に、互いの位置を固定して形成した中空導光ユニットにおいて、（Ｉ）発光面となる一方のプリズムフィルムのプリズム配列方向が、光源からの光の入射方向に対して垂直になる様に、かつプリズム面を導光空間の内側に向けて配置する。また、（II）他方のプリズムフィルムのプリズム配列方向は、光源からの光の入射角に対して平行に、かつプリズム面は導光空間の内側に向けて配置する。これにより、エクストラクターを用いることなく、発光面上の輝度を均一にすることができる。
この中空導光ユニットでは、光源が発した光の一部は、プリズムフィルムで反射されるが、残りの一部は発光面側のプリズムフィルムを透過し、発光面から出射される。プリズムフィルムで反射された光は、導光空間内で反射と透過を繰り返し、発光面からの漏光（発光）と、光源に近い一端から遠方端に向けての伝播とを繰り返す。すなわち、漏光効果と伝播効果とのバランスが重要で、漏光効果が高すぎると伝播効果が低下し、発光の均一性が低下する傾向がある。一方、漏光効果を高めることは、発光輝度を高める様に作用する。
したがって、導光ユニット、すなわち面光源の用途や寸法等に応じて、漏光効果と伝播効果とをバランスさせ、所望の輝度及び発光の均一性を得るために、２つのプリズムフィルムの３次元配置やプリズム形状の組合せを最適にすること、あるいはエクストラクター等の光学部品を最適に選択し、追加すること等の、導光ユニットの構成を最適に決定する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の様に、２つのプリズムフィルムを平行に配置し、互いの位置を固定して形成した中空の導光ユニットは、ユニット自体、面光源及び面光源を含む装置（液晶表示装置等）の軽量化を容易に実現できる。
しかしながら、前掲の従来型の導光ユニットは、比較的薄型の導光ユニットを形成することは容易ではなかった。たとえば、液晶表示画面の大型化が進む一方、液晶表示装置の薄型化も強く求められている。また、前掲の携帯端末等では、いっそうの薄型化が要求されている。この様な要求に応えるには、たとえば、導光ユニットの厚さ、すなわち導光空間の厚さ（高さ）としては３０ｍｍ以下、さらに厳しい要求では２０ｍｍ以下を実現する必要があった。
【０００９】
ところで、導光ユニットの薄型化は、導光空間の高さ、すなわち光の伝播方向と直交する方向の寸法が小さくなることを意味する。一方、発光面の面積、すなわち光の伝播距離は、ユニットが薄くなるのに比べてそれほど小さくならない。本発明者が前掲の特開平６−１８０５５２において導光ユニットを提案した後、さらに検討を続けた結果、導光空間の高さが比較的小さい場合、光源が配置された一端近傍で多量の光が漏光するか、または、ほとんどの量の光が漏光せずに遠方端まで伝播してしまう傾向が強いことが判明した。したがって、ユニット薄型化を容易に実現するには、これまで以上に漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせる必要があった。また、その目的のために、エクストラクター等の光学部品を追加することは、ユニットの構造を複雑にし、また、軽量化も困難にするおそれがあるので望ましくない。
したがって、本発明の目的は、導光空間を形成するプリズムフィルムの漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせることができ、上記の様な薄型化の要求にも応えることができる、軽量の導光ユニットを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の面において、それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、かつ前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して平行であり、
前記第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、前記光の入射方向に対して平行でないことを特徴とする、導光ユニット
を提供し、上記課題を解決する。
【００１２】
また、本発明の第２の面において、それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成するように配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して平行であり、前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、かつ第２プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して平行であり、
前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって小さくなる様に、前記２つのプリズムフィルムが配置されていることを特徴とする、導光ユニット
を提供し、上記課題を解決する。
【００１３】
さらに、本発明の第３の面において、それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、
前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置されていることを特徴とする、導光ユニット
を提供し、上記課題を解決する。
【００１４】
また、本発明の第４の面において、それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、かつ前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、
前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向は、前記光の入射方向に対して直交していないことを特徴とする、導光ユニット
を提供し、上記課題を解決する。
【００１５】
さらに、本発明の第５の面において、それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、かつ前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して直交しており、
前記第１プリズムフィルムのプリズム頂角は、前記第２プリズムフィルムのプリズム頂角よりも小さい角度を有することを特徴とする、導光ユニット
を提供し、上記課題を解決する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［作用］
プリズムフィルムは、プリズム頂角の大きさ、光の入射する面、入射角度等によって、入射光が全反射したり、屈折して透過したりする。この様な光学作用について、図２に沿って説明する。
図示のプリズムフィルムは、略同一形状、同一寸法の複数の平行プリズムが、プリズムの長さ方向に沿って、プリズムフィルムのプリズム面上に配置されたものである。図示の例は、頂角が９０度、底角が４５度のプリズムを備える場合の光学作用を、定性的に示したものである。
図示の半球の中心に光が入射する時、図２（ａ）および図２（ｂ）のいずれにおいても、Ａで示された部分の領域を通過してフィルムに入射された光は全反射され、Ａ以外の領域を通過してフィルムに入射された光はフィルム内部に進入し、屈折される。屈折された光は屈折角や屈折回数によって、フィルムの入射面から再び半球内に戻ったり、フィルムを透過して入射面の反対側の面から出射（漏光）される。すなわち、光の入射角度によって、選択的に全反射し、遠方端に向かって光が伝播するか、または、屈折されフィルムを透過し、発光面より出射される。上記のＡ領域の形状や寸法は、光の入射面（すなわち、導光空間内に向く面）が、プリズム面であるか、平坦面であるかによって、また、プリズムの形状や寸法によって変化する。したがって、この様な光学作用を有する２つのプリズムフィルムを有効に組合せることにより、漏光効果と伝播効果とのバランスを効果的に調節できる。
【００１７】
本発明によれば、導光空間を形成する２つのプリズムフィルムの、プリズムフィルム３次元配置やプリズム形状の組合せを最適なものに選択し、漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせ、ユニット薄型化を容易に実現することができる。本発明において、最適に設計すべきプリズムフィルム３次元配置やプリズム形状の組合せについて要約すると、次の様になる。
（ａ）２つのプリズムフィルムの、それぞれのプリズム面の向き（すなわち、導光空間内に向いているか、または導光空間外側に向いているか。）の組合せ
（ｂ）２つのプリズムフィルムの、それぞれのプリズム配列方向（すなわち、光源からの光の入射方向に対して成す角度）の組合せ；なお、光源からの光の入射方向に対して平行な場合、０度の角度を成すとし、光源からの光の入射方向に対して直交する場合、９０度の角度を成すとする。
（ｃ）２つのプリズムフィルムの、それぞれのプリズム頂角の組合せ；すなわち、互いに同じ頂角のプリズムを有するか、互いに異なる大きさの頂角のプリズムを有するか。
（ｄ）２つのプリズムフィルムの、それぞれの延在方向の組合せ；すなわち互いの平坦面は平行か、または非平行か。非平行の場合、導光空間の高さが、光源が配置されたプリズムフィルムの一端縁の開口部から遠方端縁に向かって小さくなる様に、２つのプリズムフィルムは配置される。この場合、光の入射方向に沿った垂直断面において、導光空間の断面形状は楔型になる。
【００１８】
この様なプリズムフィルムの３次元配置及びプリズム形状を効果的に組合せて形成した、本発明の導光ユニットの好適な実施形態について、図３に沿ってここで説明する。
図３は、本発明による導光ユニット（６）と、光源（４）とを含んでなる面光源（６０）の垂直断面図である。この図は、光源（４）からの光（４０）の導光空間（３）に対する入射方向をに沿って、発光面に垂直な面で切ったの断面図である。
図３に示す例では、２つのプリズムフィルム（１，２）を所定の距離をおいて配置し、それらの間に中空の導光空間（３）を備える様にして、２つのプリズムフィルム（１，２）からなる導光ユニット（６）が形成されている。また、２つのプリズムフィルム（１，２）のそれぞれの一端縁（１１，２１）は互いに平行に並んで離されて配置され、開口部（３０）を形成し、その開口部（３０）と導光空間（３）とが連続している。
【００１９】
開口部（３０）の近傍には、導光空間（３）内に有効に光を照射（入射）する様に光源（４）が配置され、導光ユニット（６）とともに面光源（６０）を形成している。図３の例では、光源（４）の発光面を部分的に覆う様にして反射板（４１）を配置している。反射板（４１）は、導光空間（３）以外に光が照射されない様にするために有用である。また、通常、第２プリズムフィルム（２）の背面（導光空間に対する外側の面）には、反射フィルム（５）が配置され、第１プリズムフィルム（１）の発光面（図３では上側の面）の輝度を高めている。
図３に示す例の様に、薄型の導光ユニットを形成する場合、導光空間（３）の断面形状は楔型であるのが好ましい。すなわち、プリズムフィルム（１，２）の互いの平坦面は非平行で、導光空間（３）の高さが、光源（４）が配置された一端縁（１１，２１）の開口部（３０）から遠方端縁（１２，２２）に向かって小さくなる様に、２つのプリズムフィルムが配置される。
【００２１】
本発明の第１の形態では、第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、かつ、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が光の入射方向に対して平行である場合、第２プリズムフィルムの３次元配置を次の様に規定する。すなわち、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、光の入射方向に対して平行でない様にする。これにより、漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせ、導光ユニットの薄型化を容易に実現することができる。なお、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向が、光の入射方向と成す角度は、０度でない、すなわち平行でなければ良いが、通常４０〜９０度の範囲である。
【００２２】
さらに、本発明の第２の形態では、第１プリズムフィルムのプリズム面が導光空間外側に向けて配置され、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が光の入射方向に対して平行であり、かつ第２プリズムフィルムのプリズム配列方向が光の入射方向に対して平行である場合、２つのプリズムフィルムの相対的な配置を次の様に規定する。すなわち、図３に示す様に、導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、一端縁の開口部から遠方端縁に向かって小さくなる様に、２つのプリズムフィルムを配置する。また、第２プリズムフィルムのプリズム面が導光空間外側に向けて配置する。これにより、漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせ、導光ユニットの薄型化を容易に実現することができる。
通常、第１プリズムフィルムのプリズム面が導光空間外側に向けて配置され、かつ２つのプリズムフィルムのプリズム配列がともに光の入射方向に対して平行である構造は、漏光効果を高めるのに比較的不利である。しかしながら、２つのプリズムフィルムの相対的な配置を上記の様にして、導光空間の垂直断面図形が楔型になる様にすることにより、この様な不利を解消できる。
【００２３】
一方、上記とは反対に、第１プリズムフィルムのプリズム面を導光空間内に向けて配置することもできる。この様な場合、第２プリズムの３次元配置やプリズム形状を、以下に説明する様に規定すれば良い。
まず、本発明の第３の形態では、第１プリズムフィルムのプリズム面を導光空間内に向けて配置し、かつ第２プリズムフィルムのプリズム面が導光空間外側に向けて配置する。これにより、漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせ、導光ユニットの薄型化を容易に実現することができる。また、この様な場合、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、光の入射方向に対して略平行であるのが好ましい。これにより、３０ｍｍ以下の高さを有する導光空間の場合でも、漏光効果と伝播効果とのバランスが極めて容易になる。
一方、上記第３の形態において、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向は、光の入射方向に対して、４０〜９０度の範囲の角度を成す様にするのが好ましい。これにより、２０ｍｍ以下の高さを有するさらに薄型の導光空間の場合でも、漏光効果と伝播効果とのバランスが極めて容易になる。
【００２４】
また、本発明の第４の形態では、第１プリズムフィルムのプリズム面を導光空間内に向けて配置し、かつ前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置する場合、漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせるために、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向を、光の入射方向に対して直交しない様にする。この場合、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向と、光の入射方向とが成す角度は、３０〜６０度の範囲であるのが好ましい。これにより、３０ｍｍ以下の高さを有する導光空間の場合でも、漏光効果と伝播効果とのバランスが極めて容易になる。この様な観点から、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向と光の入射方向とが成す角度は、４０〜５０度であるのが特に好ましい。
一方、上記第４の形態において、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、光の入射方向に対して略平行であるのが好ましい。また、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向と、光の入射方向とが成す角度を３０〜６０度の範囲にし、かつ第２プリズムフィルムのプリズム配列方向を、光の入射方向に対して略平行するのが特に好ましい。これにより、２０ｍｍ以下の高さを有するさらに薄型の導光空間の場合でも、漏光効果と伝播効果とのバランスが極めて容易になる。
【００２５】
さらに、本発明の第５の形態では、第１プリズムフィルムのプリズム面が導光空間内に向けて配置され、第２プリズムフィルムのプリズム面が導光空間内に向けて配置され、かつ第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が光の入射方向に対して直交している場合、第１プリズムフィルムのプリズム頂角の角度を、第２プリズムフィルムのプリズム頂角よりも小さい角度にすることで、漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせることできる。この場合も、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は光の入射方向に対して略平行であるのが好ましい。これにより、３０ｍｍ以下の高さを有する導光空間の場合でも、漏光効果と伝播効果とのバランスが極めて容易になるからである。なお、この第５の形態では、第１プリズムフィルムのプリズム頂角は、６５〜８０度の範囲であり、第２プリズムフィルムのプリズム頂角は、８０〜９５度の範囲であるのが好ましい。
【００２６】
本発明において使用されるプリズムフィルムでは、複数のプリズムのそれぞれは、通常プリズムの長さ方向に沿って延在し、それぞれの延在方向が互いに平行である。各プリズムの頂上（頂部）は、所定の頂角を有する角型形状であるか、または、丸みを帯びたラウンド形状（頂角が丸く削られた様な形状）である。
伝播効果を効果的に高めるためには、プリズム頂部は、所定の頂角を有する角型形状であるのが好ましい。プリズム頂部が角型頂部の場合、その頂角は、通常６０〜１００度、好適には６５〜９５度、特に好適には７０〜９０度である。
【００２７】
本発明で使用されるプリズムフィルムは、光透過率が通常８０％以上、好適には８５％以上、特に好適には９０％以上のポリマーから形成される。なお、本明細書における光透過率は、ＪＩＳＫ−７１０５に順じて測定した全光線透過率である。
プリズムフィルムは、たとえば、プリズムに対応した所定の形状および配列を有する金型を用い、ポリマーを成形して作製することができる。プリズムフィルムを形成するポリマーには、屈折率が１.４〜１.９の範囲の透明性が高いものが好適である。たとえば、アクリル系、エポキシ変成アクリル、ポリカーボネート等のポリマーである。
【００２８】
プリズムフィルムの寸法は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されない。通常、プリズムフィルムの厚み（平坦面の表面からプリズム頂部までの距離）は、通常５０μｍ〜２ｍｍである。また、プリズムピッチ（＝頂部間隔）は、通常０．０２０〜０．５mm、好適には０．０２２〜０．３ｍｍ、プリズムの高さ（隣接するプリズム間の谷部から測定した頂部までの高さ）は通常０．０１〜１ｍｍ、好適には０．０１１〜０．６ｍｍである。
【００２９】
本発明に用いることができる市販のプリズムフィルムの具体例として、３Ｍ社製「ＢＥＦ（商標）シリーズ」、同社製「ＩＤＦ（商標）シリーズ」、同社製「ＴＲＡＦ（商標）」等を挙げることができる。
【００３０】
本発明によれば、前掲の従来のものと同様にして、面光源を作製することができる。すなわち、導光ユニット以外の構成は、通常の面光源のものと同じものが使用できる。
たとえば、光源としては線（棒）状、球状等、通常の形状の光源が使用できる。たとえば、蛍光管、冷陰極管、発光ダイオード等が使用できる。また、導光空間の一端側に形成された第１開口部近傍に配置された光源の他に、その第１開口部と対向する他端側に形成された第２開口部近傍に光源を配置することもできる。この場合、導光空間の高さは、第１開口部から、第１開口部と向かい合う遠方端に位置する第２開口部に向かって実質的に変化しない様に、すなわち、２つのプリズムフィルムの平坦面は略平行になる様にするのが良い。
また、面光源を作製する場合、導光空間を包囲し、プリズムフィルム発光面以外から光が漏れない様にする、フレームまたは枠体を用いることもできる。また、第２プリズムフィルムの導光空間に対する外側の面には、反射フィルム等の光不透過性フィルムを配置するのが良い。
【００３１】
なお、前述の様に、第１プリズムフィルムの一方の主面、すなわち、導光空間に対する外側の面が発光面である。一方、導光ユニットの表裏を反対にし、第２プリズムフィルムを第１プリズムフィルムと見なし、第１プリズムフィルムを第２プリズムフィルムと見なした場合に、上記いずれかの実施形態に包含される構成を有するものもある。この様な場合、第２プリズムフィルムの外側面を発光面として利用することもできる。
【００３２】
発光面の面積は、特に限定されず、液晶表示装置の場合を例にとれば、通常、約２ｃｍ²の小画面装置から、約１ｍ²の大画面のものにまで、本発明の導光ユニットは利用できる。
【００３３】
前述の様に、本発明によれば、導光空間の高さを小さくし、導光ユニット及び面光源の厚さを薄くすることができる。導光空間の高さは、通常１〜３０ｍｍ、好適には２〜２０ｍｍである。
なお、導光空間の高さは、光源が配置される一端側の開口部において測定された、互いに対向する２つのプリズムフィルム主面間の距離である。また、一方のプリズムフィルムのプリズム面が導光空間内に向いている場合、一方のプリズムフィルムのプリズム頂部から、他方のフィルムのプリズム主面までの距離である。更に、両方のフィルムのプリズム面が導光空間内に向いている場合、一方のプリズム頂部から他方のプリズム頂部までの距離である。
【００３４】
【実施例】
以下の様にして、実施例及び比較例の導光ユニットを作製した。なお、各例で用いたプリズムフィルムの構造及び寸法については、以下に示すとおりであった。なお、各例で用いたプリズムフィルムの平面寸法は、４０ｍｍ×４０ｍｍであった。
ＢＥＦII：３Ｍ社製プリズムフィルム（輝度上昇フィルム）「ＢＥＦ（商標）II、品番：９０／５０」。これは、プリズム面に複数の平行プリズムが配置されたもので、各プリズムの幅方向断面形状は、頂角が９０度の２等辺三角形であった。互いに隣接するプリズム頂角（頂部）の距離（プリズムピッチ）は５０μｍ、プリズムフィルムの厚さ（プリズムフィルムの平坦面からプリズム面のプリズム頂部までの距離）は１５５μｍであった。
ＴＲＡＦ：３Ｍ社製プリズムフィルム「ＴＲＡＦ（商標）II」。これは、プリズム面に複数の平行プリズムが配置されたもので、各プリズムの幅方向断面形状は、頂角が７０度の２等辺三角形であった。プリズムピッチは３１μｍ、プリズムフィルムの厚さは１４５μｍであった。
ＩＤＦ２０：３Ｍ(株)社製プリズムフィルム「ＩＤＦ（商標）２０」。これは、プリズム面に複数の平行プリズムが配置されたもので、各プリズムの幅方向断面形状は、頂角が７０．７度、一方の底角が７７．６度、他方の底角が３１．７度の三角形であった。プリズムピッチは５０μｍ、プリズムフィルムの厚さは１５０μｍであった。
【００３５】
なお、この様なプリズムの幅方向断面形状が非対称のプリズムフィルムを、そのプリズム配列方向を光源の光の入射方向に平行にしないで使用する場合、プリズムのどちらの斜面を光源側に向けるかは、特に限定されない。漏光効果と伝播効果とを効果的にバランスさせることできる様に、適宜決定すれば良い。
後述する実施例のうち、実施例４、７、１２、２０及び２４では、大きな方の底角（ＩＤＦ２０の場合は７７．６度の底角）のプリズム斜面を、一端縁側（光源のある方向）に向く様に配置し、一方、実施例３及び１６では、小さな方の底角（ＩＤＦ２０の場合は３１．７度の底角）のプリズム斜面が、一端縁側（光源のある方向）に向く様に配置した。なお、実施例３と４とは、この様なプリズム斜面（第１プリズムフィルムの）の光源に対する向きのみが異なる。
【００３６】
（実施例１〜２４）
次の様にして、図３に示される構造の導光ユニットを作製した。各実施例でのプリズムフィルムの種類及び３次元配置の組合せは、表１に示すとおりであった。ここでは、実施例１の場合を例にとって、導光ユニットの作製手順について説明する。
まず、第１プリズムフィルムとして３Ｍ社製のプリズムフィルム「ＢＥＦ（商標）II」を、プリズム面が導光空間外側を向く（表１中、記号「Ｏ」で示す）様に発光面側に配置し、第２プリズムフィルムとして同「ＢＥＦ（商標）II」を、プリズム面が導光空間内を向く（表１中、記号「Ｉ」で示す）様に背面側に配置した。また、２つのプリズムフィルムの一端縁には開口部が設けられ、この開口部において測定された導光空間の高さは４ｍｍであった。一方、２つのプリズムフィルムの遠方端縁どうしは、ほとんど接触する様に接近させた。
【００３７】
第１プリズムフィルムのプリズム配列方向は、図３において、紙面に対して垂直であり、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、紙面に対して平行であった。すなわち、第１プリズムフィルムのプリズム配列方向は、上記開口部に配置される光源からの光の入射方向に対して直交（表１中、記号「Ｈ」で示す）する様にして、第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、上記開口部に配置される光源からの光の入射方向に対して平行（表１中、記号「Ｖ」で示す）になる様にして、それぞれ配置された。
実施例１と同様にし、表１に示される組合せを用いて、他の実施例の導光ユニットも同様にして作製した。
【００３８】
各実施例の導光ユニットについて、次の様にして、光の伝播と、発光面からの漏光との様子を観察した。各例の導光ユニットを暗室内に置き、４つの点光源（ＬＥＤ）を、開口部に平行に一列に並べて点灯させて、発光と伝播の様子を発光面から観察した。各実施例の場合とも、発光面（プリズムフィルムの主面）上を、開口部のある一端縁から遠方端縁に向かって、ＬＥＤが発する光線が高輝度で連続して走る様子が観察された。すなわち、本発明の導光ユニットでは、薄型の導光空間において、漏光効果と伝播効果とをバランスさせ、光源自体の輝度（照度）等に応じて、所望の輝度及び発光の均一性を得ることができることが分かった。
【００３９】
（比較例１）
２つのプリズムフィルムに代えて、２つの透明アクリルフィルム（両面ともプリズムが一切ない。）を用いた以外は、実施例１と同様にして、本例の導光ユニットを作製した。
本例の導光ユニットについて、実施例と同様にして、光の伝播と、発光面からの漏光との様子を観察した。しかしながら、発光面上の一端縁近傍のみが明るく発光し、遠方端縁近傍はまったく発光しなかった。すなわち、プリズムの無いフィルムだけでは、漏光効果と伝播効果とをバランスさせることはできないことが分かった。
【００４０】
（比較例２）
第１プリズムフィルムの３次元配置を、プリズム面を外側、プリズム配列を光の入射方向に対して平行（記号で表せば「ＶＯ」）にし、第２プリズムフィルムの３次元配置を、プリズム面を内側、プリズム配列を光の入射方向に対して平行にし（記号で表せば「ＶＩ」）にした以外は、実施例１と同様にして、本例の導光ユニットを作製した。
本例の導光ユニットについて、実施例と同様にして、光の伝播と、発光面からの漏光との様子を観察した。しかしながら、比較例１の場合と同様に、発光面上の一端縁近傍のみが明るく発光し、遠方端縁近傍はまったく発光しなかった。すなわち、同じプリズムフィルムを用いても、プリズムフィルムの３次元配置が適切でないと、漏光効果と伝播効果とをバランスさせることはできないことが分かった。
【００４１】
【表１】

注：Ｈ：プリズム配列方向が光源出射方向に直交。
Ｖ：プリズム配列方向が光源出射方向に平行。
４５：プリズム配列方向が光源出射方向に対し４５度傾斜。
Ｉ：プリズム面が導光空間内側に向いている。
Ｏ：プリズム面が導光空間外側に向いている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の面光源の断面図である。
【図２】プリズムフィルムの構造に依存した光学作用を説明する図である。
【図３】本発明に従った導光ユニットの好適な一例を用いた面光源の断面図である。
【符号の説明】
１,２：プリズムフィルム、１１,２１：一端縁、１２,２２：遠方端縁
３：導光空間、３０：開口部
４：光源、４１：反射板
５：反射フィルム
６：導光ユニット、６０：面光源

Claims

それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、かつ前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して平行であり、
前記第２プリズムフィルムのプリズム配列方向は、前記光の入射方向に対して平行でないことを特徴とする、導光ユニット。
それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成するように配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して平行であり、前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置され、かつ第２プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して平行であり、
前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって小さくなる様に、前記２つのプリズムフィルムが配置されていることを特徴とする、導光ユニット。
それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、
前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間外側に向けて配置されていることを特徴とする、導光ユニット。
それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、かつ前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、
前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向は、前記光の入射方向に対して直交していないことを特徴とする、導光ユニット。
それぞれが２つの主面を有し、それぞれの一方の主面がプリズム面であり、他方の主面がプリズムを持たない平坦面であり、それぞれのプリズム面には複数のプリズムがプリズムの長さ方向に沿って略平行に配列された、第１プリズムフィルム及び第２プリズムフィルムを備えてなり、
前記２つのプリズムフィルムは、それぞれのプリズムフィルムの一端縁が間隔をおいて互いに略平行に配置されて開口部を形成し、その開口部と連続した導光空間をそれらのプリズムフィルム間に形成し、前記導光空間の高さ（厚さ方向寸法）が、前記開口部から、前記開口部と向かい合う遠方端縁に向かって実質的に増大しない様に配置され、
前記第１プリズムフィルムの前記導光空間の外側に向いた主面が、前記開口部から前記導光空間内に入射された光により発光する発光面である、導光ユニットにおいて、
前記第１プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、前記第２プリズムフィルムのプリズム面が前記導光空間内に向けて配置され、かつ前記第１プリズムフィルムのプリズム配列方向が前記光の入射方向に対して直交しており、
前記第１プリズムフィルムのプリズム頂角は、前記第２プリズムフィルムのプリズム頂角よりも小さい角度を有することを特徴とする、導光ユニット。