JP4544531B2

JP4544531B2 - 面光源装置

Info

Publication number: JP4544531B2
Application number: JP2005502816A
Authority: JP
Inventors: 友義山下; 泰子林
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2024-01-26
Also published as: US7520652B2; TW200419257A; TWI257017B; WO2004076917A1; JPWO2004076917A1; CN1742179A; US20060056200A1; KR101011550B1; KR20050094046A

Description

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発光ダイオード（ＬＥＤ）などの点状光源を使用したバックライトに好適に適用される。
背景技術：
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。この導光体光出射面からの出射光の多くは光出射面に対して４５°以下の角度をなすので、この出射光を所望の方向例えば光出射面法線の方向へと偏向させるために、導光体光出射面上にプリズムシートが配置される。
ところで、近年、携帯電話機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。
携帯用電子機器のバックライトの場合には、特に機器の薄型化及び軽量化が望まれており、そのために導光体の厚みを従来のバックライトで使用したのものよりも更に薄く設定する場合が多い。このような場合、ＬＥＤの一部分が、導光体の光入射端面からはみ出し即ち光出射面レベルより更に光出射方向に突出した位置に配置されることが起こり得る。このような場合は、導光体の光入射端面からはみ出たＬＥＤの部分から出射した光が、導光体を通過することなく即ち導光体光入射端面へと入射することなく、光偏向プリズムシートに直接入射することがある。この直接入射光は、導光体光出射面から出射してプリズムシートへと入射する正規の入射光の場合とは異なる方向に、プリズムシートから出射して、輝線として観察されることがあり、その解消が望まれていた。
このような、ＬＥＤから直接プリズムシートに入射する光を遮断するために、導光体光出射面の光入射端面側の端部領域上に遮光材を配置し、その上に偏向プリズムシートを配置することが考えられる。このような構成の面光源装置の模式的断面図を図１２に示す。図１２において、導光体１０４の光入射端面１４１に対向するようにＬＥＤ１０２が配置されている。ＬＥＤ１０２は発光部１２１及び非発光部１２２を有する。導光体１０４の下面１４４の下には光反射素子１０８が配置されている。導光体１０４の上面即ち光出射面１４３の光入射端面１４１側の端部領域上に遮光材１０９が配置されている。導光体１０４の上面即ち光出射面の上方には遮光材１０９を介して偏向プリズムシート１０６が配置されている。以上の構成部材は、ケース１１３内に収納されており、該ケースには光透過性の蓋１１４が付されている。蓋１１４の下面には押え部材１１０が付されており、これによりプリズムシート１０６の縁部上面が導光体１０４の方へと押さえられる。
しかし、このような方法をとる場合、導光体光出射面の上記光入射端面側の端部領域を除く領域では、導光体１０４とプリズムシート１０６との間に隙間ができるため、このような隙間のない場合（即ち導光体光出射面とプリズムシートとが密着している場合）に比べて、図１３に示したような複数のＬＥＤ１０２の一次元配列の両端の外側及び隣接ＬＥＤの中間に発生する暗いかげ（暗部）がより長く延びて、面光源装置と液晶表示素子とを組み合わせて構成される液晶表示装置の表示画面に対応する面光源装置の有効発光領域（表示画面への光照射に寄与する発光領域）Ｆ内で視認されやすいという問題があった。
更に、ＬＥＤの発光部の一部が導光体の光入射端面の上端縁（光出射面側の端縁）よりも高くなる場合には、ＬＥＤからの出射光が効率良く導光体に入射しないため、輝度が低くなることも問題であった。
一方、一次光源として冷陰極管などの線状光源を使用した面光源装置において、導光体光出射面の光入射端面側の端部領域上まで一次光源のリフレクターの端部を延長して、該端部領域から出射する光を遮光することが、特開平６−１７４９３４号公報や特開平８−９４８４８号公報に提案されている。しかしながら、これらの公報には、一次光源としてＬＥＤなどの点状光源を使用した場合に隣接ＬＥＤの中間などに発生する暗部が面光源装置の有効発光領域内で視認されやすいという上記の問題及びそれへの対処に関しては示唆するところがない。
また、同様に一次光源として冷陰極管などの線状光源を使用した面光源装置において、プリズムシートの端面から直接入射する光を遮蔽するために、導光体光入射面の端部まで一次光源のリフレクターやケースの蓋の端部を延長することが、特開平８−３２７８２８号公報に提案されている。しかしながら、この公報にも、一次光源としてＬＥＤなどの点状光源を使用した場合に隣接ＬＥＤの中間などに発生する暗部が面光源装置の有効発光領域内で視認されやすいという上記の問題及びそれへの対処に関しては示唆するところがない。また、この面光源装置においては、導光体光入射面の端部を遮蔽するので、一次光源からの出射光が効率良く導光体に入射せず、このため輝度が低くなるという上記の問題もある。
さらに、携帯電話機などの携帯用電子機器においては、より一層の軽量化が要求されており、上述したような構成部材を収容するケースを使用しないことも提案されてきている。このようなケース不使用の場合には、上記の特開平６−１７４９３４号公報、特開平８−９４８４８号及び特開平８−３２７８２８号に提案されているような構成では、プリズムシートの縁部においても導光体とプリズムシートとの間に隙間ができ、隣接ＬＥＤの中間などに発生する暗部が面光源装置の有効発光領域内で視認されることに加えて、導光体とプリズムシートとの間の隙間に入射した光がプリズムシートに入射して斜め方向に出射することにより輝線が発生するという問題点がある。
発明の開示：
本発明の目的は、以上のような導光体の薄型化および軽量化に伴う輝線の発生や隣接ＬＥＤの中間などに発生する暗部が面光源装置の有効発光領域内で視認されることを防止し、かつ、導光体が薄型化、軽量化してもＬＥＤ等の一次光源からの光を効率良く導光体に入射させることが可能な、高品位の面光源装置を提供することにある。
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
一次光源と、該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導光体と、該導光体の光出射面に隣接して配置され且つ前記導光体の光出射面からの出射光が入光する入光面及びその反対側の出光面を有する光偏向素子とを備えている面光源装置において、前記導光体の光出射面の前記光入射端面側の端縁の近傍の第１の領域上に配置され、前記一次光源から発せられた光が前記導光体を経由せずに前記光偏向素子に入光するのを阻止する遮光材からなる直接入光阻止手段を備え、前記遮光材の前記導光体の光出射面に対向する表面は拡散反射面とされ、前記光偏向素子は前記導光体の光出射面の前記遮光材の配置されていない第２の領域上に配置されていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
本発明の一態様においては、前記光偏向素子は少なくとも前記第１の領域に近い側の部分が前記導光体の光出射面に密着して配置されている。本発明の一態様においては、前記導光体と前記光偏向素子とが接着性を有するフィルムで接合されており、該接着性を有するフィルムの一部が、前記光偏向素子の少なくとも前記第１の領域に近い側の部分を前記導光体の光出射面に密着させるための押え部材として機能する。
本発明の一態様においては、前記一次光源、前記導光体及び前記光偏向素子はケース内に収容されており、該ケースには前記光偏向素子に隣接して光透過性の蓋が付されており、前記遮光材は前記蓋に付設されている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子は、更に前記プリズムシート上に配置された拡散シートを含んでなる。本発明の一態様においては、前記一次光源が少なくとも１つの点光源からなる。本発明の一態様においては、前記一次光源、前記導光体及び前記光偏向素子はケース内に収容されており、該ケースには前記光偏向素子の出光面に隣接して光透過性の蓋が付されており、該蓋には前記光偏向素子の少なくとも前記第１の領域に近い側の部分を前記導光体の光出射面に密着させるための押え部材が付設されている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子は、更に前記プリズムシート上に配置された拡散シートを含んでなる。本発明の一態様においては、前記一次光源が少なくとも１つの点光源からなる。
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、
一次光源と、該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導光体と、該導光体の光出射面に隣接して配置され且つ前記導光体の光出射面からの出射光が入光する入光面及びその反対側の出光面を有する光偏向素子とを備えている面光源装置において、前記導光体の光出射面の前記光入射端面側の端縁の近傍の第１の領域上に配置され、前記一次光源から発せられた光が前記導光体を経由せずに前記光偏向素子に入光するのを阻止する遮光材からなる直接入光阻止手段を備え、前記光偏向素子は前記導光体の光出射面の前記遮光材の配置されていない第２の領域上に配置され、前記導光体と前記光偏向素子とが接着性を有するフィルムで接合されており、該接着性を有するフィルムの一部により前記遮光材が構成されていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
本発明の一態様においては、前記接着性を有するフィルムは、少なくとも前記導光体の光出射面に対向する面の反対面が黒色である。本発明の一態様においては、前記一次光源、前記導光体及び前記光偏向素子はケース内に収容されており、該ケースには前記導光体と前記光偏向素子とを接合する接着性を有するフィルムが接着されており、前記直接入光阻止手段は、前記接着性を有するフィルムの一部であって前記一次光源の発光部が前記導光体の光入射端面と対向して位置するように前記導光体を位置決めするための押え部材として機能する部分からなる。本発明の一態様においては、前記遮光材の前記導光体の光出射面に対向する表面は拡散反射面とされている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子は、更に前記プリズムシート上に配置された拡散シートを含んでなる。本発明の一態様においては、前記一次光源が少なくとも１つの点光源からなる。

図１は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
図２は、図１の面光源装置の構成の一部を示す分解斜視図である。
図３は、ＬＥＤを示す模式的拡大正面図である。
図４は、図１の面光源装置の導光体を一次光源とともに示す底面図である。
図５Ａ及び図５Ｂは、光偏向素子による偏向の様子を示す図である。
図６Ａ及び図６Ｂは、暗部の長さの説明図である。
図７は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
図８は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
図９は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
図１０は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、プリズムシートの形状の変形例を示す図である。
図１２は、面光源装置を示す模式的断面図である。
図１３は、面光源装置における暗部発生の説明図である。
発明を実施するための最良の形態：
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。
図１は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図であり、図２はその構成の一部を示す分解斜視図である。これらの図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ＬＥＤ２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つの端面とを有している。
ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対の端面のうちの一方（光入射端面４１）に隣接し且つそのＹ方向に関する中央及びそこから適宜の距離互いに反対側に隔てられた２つの位置に配置されている。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少ない方が好ましいが、導光体４の大きさ等によって１個または複数個を適宜等間隔あるいは近接して配置することができる。図３は、ＬＥＤ２を示す模式的拡大正面図である。ＬＥＤ２の正面部は、発光部２１及び非発光部２２からなる。
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。該指向性光出射機構は、例えば粗面（マット面）からなる。該指向性光出射機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び光入射端面４１と直交するＸ方向との双方を含むＸＺ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、例えば１０〜４０°であり、出射光分布の半値幅は例えば１０〜４０°である。
導光体４は、他方の主面（図では下面）がレンズ列形成面４４とされている。該レンズ列形成面４４は、ＬＥＤ２の発光部２１から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（光強度分布の最大強度光の方向）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レンズ列を有する。このような方向にレンズ列を形成することによって、導光体４に入射した光がＸＹ面内で広げられ暗い領域（暗部）が発生し難くなる。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｘ方向にある場合には、レンズ列形成面４４は、図４に示されているように、略Ｘ方向に延び且つ互いに平行なレンズ列４４ａを有する（図４では各レンズ列４４ａの稜線が示されており、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の強度分布における最大強度の光がＬ_０で示されている）。
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の側に位置する主面）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６１ａが互いに平行に配列されたレンズ列形成面とされている。入光面６１のレンズ列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。
図５Ａ及び図５Ｂに、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。図５Ａは、ＸＺ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、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の法線の方向に出光する。また、ＹＺ面内では、上記のようなレンズ列４４ａの作用により出光面６２の法線方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
次に、本発明で特徴的な一次光源光の光偏向素子への直接入光を阻止する直接入光阻止手段について説明する。一次光源ＬＥＤ２から発せられた光が導光体４を経由せずに直接的に光偏向素子６に入光すると、図５Ａのような正規の入光の場合とは異なり、図５Ｂに示されるように屈折透過して出光面６２から斜め方向に出光するため、面光源装置（バックライト）を斜めから観察した際に強い輝線として観察されやすい。よって、本発明では、一次光源２から出射した光が直接的に光偏向素子６に入光するのを防止する機構としての直接入光阻止手段を使用している。
図１〜図４、図５Ａ及び図５Ｂに関し説明される実施形態では、導光体４の光入射端面４１の厚み（Ｚ方向寸法）が薄いため、一次光源２の一部分が導光体光入射端面４１の光出射面４３側の端縁を越えて（即ち光出射面４３より上方に）位置している。光偏向素子６は、一次光源２からＸ方向にＬだけ距離をおいて、設置されている。一次光源２と光偏向素子６との間には、遮光材９が設置されており、これにより、一次光源２からの出射光が、直接光偏向素子６に入光するのを妨げている。即ち、直接入光阻止手段は、導光体４の光出射面４３の光入射端面４１側の端縁の近傍の幅Ｌの第１の領域に配置された遮光材９からなる。また、光偏向素子６は導光体４の光出射面４３の遮光材９の配置された第１の領域以外の第２の領域に配置されている。第１の領域の幅Ｌは、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上が更に好ましい。幅Ｌが小さすぎると、一次光源１から発せられる光が、直接光偏光素子６に入射する可能性が高くなる。更に、第１の領域の幅Ｌは、遮光材９で反射された反射光に起因する明帯の幅が大きくなることで有効発光領域Ｆ（後述する）の端部近傍で明帯が視認されることを避けるためには、あまり大きくしないことが好ましく、第１の領域が有効発光領域Ｆにかからないような寸法にするのが好ましい。また、遮光材９を有効発光領域Ｆに近接した部分まで設けると、遮光材９の端部が光偏向素子６へ映り込むことにより、遮光材端部が光偏向素子６を通して視認される場合がある。このため、第１の領域の幅Ｌは、第１の領域が有効発光領域Ｆの端部から一次光源側に０．５ｍｍ以上離れた位置までに存在することになるような寸法にすることが特に好ましい。
遮光材９によって、光偏向素子６への一次光源２からの直接光の入射が確実に防止される。遮光材９の導光体４の光出射面４３に対向する表面９１は、光反射性を有することが好ましく、特に高い反射率を有していることが望ましい。表面９１の反射率は６０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、９０％以上が更に好ましい。表面９１の反射率が低すぎる場合には、導光体４から遮光材９に入射した光の損失が起こり、輝度の低下を招くことがある。また、表面９１は、正反射よりも拡散反射が強く起こるような面であることが望ましい。
本発明においては、上記のような遮光材９の表面９１を拡散反射面とすることによって、遮光材９に到達した光を表面９１により拡散させることができ、一次光源ＬＥＤ２の付近の輝度むらをより低減させることができる。拡散反射面としては、表面９１をエッチングやブラスト等の方法により粗面化したり、表面９１に酸化チタンや炭酸カルシウムなどの拡散粒子を含有す塗布層を設けるなどの一般的に使用されている方法が用いられる。また、後述するように、遮光材として接着性を有するフィルムを使用する場合には、その接着剤層に拡散粒子を含有させるなどの方法を用いることもできる。
遮光材９は、導光体４と光偏向素子６との密着（表面同士が接触すること）を妨げないように配置することが好ましい。例えば、図１２に関し説明したように導光体と光偏向素子との間に遮光材を介在させた配置の場合には、導光体１０４と光偏向素子１０６とが密着しなくなる。このような状態であると、図１３に関し説明したように隣接する一次光源どうしの間等に発生する暗部のＸ方向長さが長くなり、有効発光領域（面光源装置を液晶表示素子などの表示素子と組み合わせて表示装置を形成した場合に実際に表示画面として使用される表示素子の領域に対応する面光源装置の発光領域：図１３のＦ）で視認しやすくなるので好ましくない。即ち、図６Ａ及び図６Ｂ図に示されるように、導光体４の光出射面４３上で発生する隣接一次光源２間の暗部のＸ方向長さをａとし、これに対応して光偏向素子６の出光面６１上で見られる暗部のＸ方向長さをｂとすると、導光体４と光偏向素子６とが密着している図６Ａの場合に比べて、導光体４と光偏向素子６とがＺ方向に離れている図６Ｂの場合の方が、長さｂの値が大きくなるからである。これらの理由から、少なくとも有効表示領域の一次光源２に近接する側においては、導光体４と光偏向素子６とは密着していることが好ましい。よって、遮光材９を設置する場合は、導光体４と光偏向素子６との密着を妨げないようにし、更に両者が密着するように押えるための押え部材を備えていることが望ましい。
以上のように導光体４と光偏向素子６とが密着しなくなる場合としては、上記のように導光体４と光偏向素子６との間に遮光材９を介在させて配置した場合に限らず、後述するような、透明基材の表面に活性エネルギー線硬化型樹脂によりレンズ列配列構造を形成した光偏向素子６を使用した場合、及び厚さが薄い光偏向素子６を使用した場合等がある。即ち、このような光偏向素子６では、反りや皺（しわ）等の変形が発生しやすく、これにより導光体４と光偏向素子６とが密着していない部分が発生する。このため、上記のように、押え部材を備えることが好ましい。
一次光源２からの出射光を効率良く導光体４に入射させるためには、一次光源２の発光部２１のほぼ全域が、導光体４の光入射端面４１に密着していることが好ましい。一次光源としては、本実施形態のようにＬＥＤが好ましく用いられるが、これに限定されることはない。ＬＥＤは、図３に示すように、中央部に発光部２１、周辺部に非発光部２２を有する。発光するのは、主として発光部２１であるが、非発光部１２からも一部の光が漏れて発光する。発光部２１と導光体光入射端面４１との高さ方向位置（Ｚ方向位置）がずれる場合や、発光部２１と導光体光入射端面４１とが密着せずに離れている場合には、導光体４に入射する光量が減り、輝度が減少することがある。一次光源２の非発光部２２のみが導光体光入射端面４１の上縁より高い位置になる場合も、非発光部２２から漏れる光が光偏向素子６に直接入射すると、上述した輝線が発生する。しかし、この場合には、これまで述べてきたような手段を用いて、直接入射を防止することが可能である。よって、導光体４の光入射端面側の厚みが一次光源２の幅より小さい場合は、非発光部２２のみが光入射端面４１からはずれるように導光体４を位置決めすることが好ましく、そのような位置決め手段を備えることが好ましい。
上述したような、遮光材９及び光偏向素子６を一次光源２に対して最適な位置に設置する位置決めのための押え部材、及び、導光体４に光偏向素子６を密着させる機能を有する押え部材について、以下に述べる。
図１他に示す実施形態では、一次光源２、導光体４、光偏向素子６及び光反射素子８をケース１３内に収納し、該ケース１３に蓋１４を付している。蓋１４は、光偏向素子６から出射する光の透過を許容する光透過性のものである。この実施形態においては、蓋１４には、その一部に押え部材１０を付することができる。押え部材１０は、光偏向素子６に当接し、これを導光体４に密着させるように押す。また、遮光材９を押え部材１０に取り付けることもできる。遮光材９の導光体４に対向する面は、反射率の高いものが好ましい。従って、遮光材９の全体を反射率が高い材料で形成するか、あるいは遮光材９の少なくとも導光体４と対向する表面９１に反射率の高い塗布材料を塗布するのが好ましい。また、蓋１４に付される押え部材１０は、有効発光領域外に（即ち光偏向素子６の外周縁部に対応して）位置する。更に、図１に示すように、必要に応じてケース１３の内部底面上にスペーサー１７を設けることができ、蓋１４をケース１３に適合させて導光体４、光偏向素子６及び光反射素子８を上から押え部材１０で押えることで、一次光源２の発光部２１の位置と、導光体４の光入射端面４１の位置とが正確に揃うように位置決めすることができる。
図７〜図１０は、それぞれ本発明による面光源装置の一実施形態を示す模式的断面図である。これらの図において、図１〜図４、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図Ｂ６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。
図７の実施形態では、一次光源２、導光体４、光偏向素子６及び光反射素子８を、ケース１３に収納し、接着性を有するフィルム（接着性テープ）１５で固定している。この場合は、接着性テープ１５に、遮光材９の役割を兼ねさせることが好ましい。また、遮光材９とは別に接着性テープ１５を１枚追加して、このテープに押え部材の役割を兼ねさせることが好ましい。更に、必要によってはケース１３の底部にスペーサー１７を設け、上から押え部材としてのテープ１０で押えることで、一次光源２の発光部２１の位置と、導光体４の光入射端面４１の位置（特にＺ方向位置）とが正確に揃うように位置決めすることができる。
図８の実施形態では、１枚のテープ１５’で遮光材９の機能と押え部材１０の機能とを兼ねさせている。また、図９の実施形態では、１枚のテープ１５’で遮光材９の機能と押え部材１０の機能とを兼ねさせ、しかも光偏向素子として、プリズムシート６上に光拡散シート１６を更に付加したものを使用し、これらの両方をテープ１５’で同時に押えて固定している。
これらの実施形態においても、遮光材９の導光体４に対向する表面９１は反射率の高いものが好ましいので、接着性テープ１５，１５’のすべてを反射率が高いものにする、あるいは、少なくとも遮光材９として機能するテープ１５，１５’の部分を反射率が高い材料からなるものにする、あるいは、テープ１５，１５’の遮光材９として機能する部分のうち、少なくとも導光体４と対向する部分を反射率が高いものにすることが好ましい。
接着性テープ１５，１５’には、導光体４に対向する面の反対面を黒く塗ったものが好ましく用いられる。このような黒テープ１５，１５’の遮光材９となる部分の導光体に対向する面のみに高反射率の塗料を塗布することでも、上述したような機能が得られる。接着性テープ１５，１５’の導光体４の光出射面４３に対向する表面９１を拡散反射面とする場合には、高反射率の塗料や接着剤層に拡散粒子を含有させるなどの方法を用いることもできる。
以上のような接着性テープ１５，１５’を使用することにより、携帯用電子機器の軽量化のために収納ケースを使用しない場合においても、導光体４と光偏向素子６との密着状態を保持させることが可能である。
図１０の実施形態では、押え部材１０は、一次光源２の発光部２１が導光体４の光入射端面４１と対向して位置するように導光体を位置決めしている。とくに、一次光源２の発光部２１及び非発光部２２のすべての部分が導光体光入射端面４１の光出射面４３側の端縁より下に位置している。このような配置の場合は、一次光源２からの光が直接光偏向素子６に入射することはないので、図５Ｂのような輝線の原因となる光は発生しない。
以下に、本発明の面光源装置を構成する導光体及び光偏向素子等について説明する。
導光体４の表面に、指向性光出射機構として形成する粗面やレンズ列は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜１５度の範囲のものとすることが、光出射面４３内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。平均傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１２度の範囲であり、より好ましくは１．５〜１１度の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体４の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｔ）によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体４としてＬ／ｔが２０〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜７．５度とすることが好ましく、さらに好ましくは１〜５度の範囲であり、より好ましくは１．５〜４度の範囲である。また、導光体４３としてＬ／ｔが２０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを７〜１２度とすることが好ましく、さらに好ましくは８〜１１度の範囲である。
導光体４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。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。
Δａ＝（１／Ｌ）∫_０ ^Ｌ｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ・・・（１）
θａ＝ｔａｎ^−１（Δａ）・・・（２）
なお、本発明では、上記のような光出射面４３またはその裏面４４に光出射機構を形成する代わりにあるいはこれと併用して、導光体内部に光拡散性微粒子を混入分散することで指向性光出射機構を形成したものでもよい。
導光体４の指向性光出射機構の形成された面と反対側の面（図では下面）はレンズ列形成面４４とされている。該レンズ列形成面４４は、ＬＥＤから発せられ導光体に入射した光の指向性の方向（光強度分布の最大強度光の方向）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レンズ列を有する。このレンズ列によって、入射した光がＸＹ方向に広げられ、暗部が低減する。
図２に示したように、導光体４の裏面４４あるいは光出射面４３にレンズ列４４ａを形成する場合、そのレンズ列４４ａをレンズ列に直交する方向に切断した断面の形状は、レンチキュラー状、略三角形状、略三角形の頂部が丸められて曲線状とされたもの、略三角形の頂部が切り欠かれているもの等が好ましく用いられる。
上記レンズ列４４ａをレンズ列に直交する方向に切断した断面の形状について測定した、レンズ列形成面４４に対しての平均傾斜角は、１０度〜６０度が好ましく、より好ましくは１５度〜５０度が好ましく、より好ましくは、２５度〜４５度が好ましい。平均傾斜角がこの範囲から外れると、一次光源２から入射した光を広げて暗部を低減する機能が低下する傾向にある。
なお、本発明においては、レンズ列４４ａの方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体に入射した光の指向性の方向からずれて形成してもよい。この場合、レンズ列４４ａの方向は、導光体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。
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％より大きくなると一次光源２の近傍で多量の光が出射して、光出射面４３内でのＸ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光の出射光光度分布（ＸＺ面内）におけるピーク光の角度（ピーク角度）が光出射面の法線に対し５０〜９０度の範囲にあり、出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１０〜４０度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素子を提供することができる。
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３１側の端縁での出射光の光強度（Ｉ_０）と光入射端面４１側の端縁から距離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。
Ｉ＝Ｉ_０・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における光入射端面４１と直交するＸ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。
導光体４の光入射端面４１には、入射光をＸＹ方向に広げて、互いに隣接する一次光源２間の暗部を低減するために、略Ｚ方向に延びる多数のレンズ列または溝を設けたり、あるいは、光入射端面４１を粗面化することが好ましい。このように構成した光入射端面４１のＹ方向について測定した平均傾斜角は、３度〜３０度が好ましく、４度〜２５度がより好ましく、５度〜２０度が更に好ましい。平均傾斜角が３度以下では、ＸＹ方向で光を広げる性質が不十分であり、平均傾斜角を３０度以上にしてもそれ以上ＸＹ方向での光は広がらず、輝度の低下が起こる。
また、導光体４としては、図１に示したような断面形状のものに限定されるものではなく、くさび状、または両端から中央に向かって次第に厚さが小さくなる部分を有する船型状等の種々の断面形状のものが使用できる。
本発明の導光体４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。本発明の導光体に形成するレンズ列４４ａの形状を、部分的に変化させる方法としては、金型切削あるいはエッチング等によって、レンズ列が形成された金型の、一部または全部をブラストする方法、レンズ列が形成された金型の一部または全部を研磨し、これを転写する方法、レンズ列が形成された金型を転写して得た成型物の一部または全部をブラストし、これを再び転写して金型を得る方法などが、ある。これらの方法によって、レンズ列４４ａの断面形状の形状を変化させることができる。
また、導光体の光出射機構のレンズ列や粗面を形成する方法としては、金型切削あるいはエッチング、ブラスト、あるいはこれらの方法を併用する方法が挙げられる。
光偏向素子６に形成されるレンズ形状は、目的に応じて種々の形状のものが使用され、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。プリズム列の頂角は、５０〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは５０〜７０°の範囲である。光偏向素子６から出射する光の方向を変更するために、図１１Ａに示すように、プリズム列を構成する２つのプリズム面の出光面６２に対する角度が互いに異なるような異方性プリズムとすることも可能である。また、視野角を調節するために、断面の三角形状を構成する直線を変形したものも好ましく用いられる。特に、断面三角形を、図１１Ｂに示すように傾斜角度の異なる直線の組み合わせからなる折れ線状としたもの、または、図１１Ｃに示すように外側に凸の円弧状にしたもの、更には曲率半径の異なる曲線の組み合わせからなるものとしたものが例示される。上記直線と曲線との組み合わせを用いると、観察者の方向により集光した光を出射することができ、輝度が向上する。
本発明の光偏向素子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。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。これらの型部材は、金型切削あるいはエッチング等によって得られる。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の表面に、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。
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主面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３つの側端面（光入射端面４１を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
本発明において、一次光源として点状光源を使用する場合には、点状光源を導光体４の端面に対向するように適宜の間隔を置いて複数個配置することが望ましい。一次光源の例としては、ＬＥＤが挙げられる。この場合、複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度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。ＬＥＤなどの一次光源２と導光体光入射端面４１との距離は０．２ｍｍ以下とするのが好ましい。一次光源と光入射端面との距離が０．２ｍｍを越えると、輝度低下が発生しやすくなる傾向にある。
産業上の利用可能性：
以上説明したように、本発明によれば、導光体の薄型化および軽量化に伴う輝線の発生や隣接ＬＥＤの中間などに発生する暗部が面光源装置の有効発光領域内で視認を防止し、かつ、導光体が薄型化、軽量化してもＬＥＤ等の一次光源からの光を効率良く導光体に入射させることが可能な、高品位の面光源装置を提供される。特に、本発明は、携帯電話機や携帯ゲーム機などのような携帯高電子機器などの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置のようにＬＥＤなどの点状光源を使用した面光源装置に適したものであり、面光源装置を構成する構成部材を収納するケースなどを使用しない場合であっても、輝線の発生や暗部の視認のない高品位な面光源装置を提供できる。

Claims

一次光源と、該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導光体と、該導光体の光出射面に隣接して配置され且つ前記導光体の光出射面からの出射光が入光する入光面及びその反対側の出光面を有する光偏向素子とを備えている面光源装置において、
前記一次光源は、前記導光体の光入射端面に隣接して配置された点状光源からなり、発光部を有する正面部の一部分が前記導光体の光入射端面の光出射面側の端縁を越えて前記光出射面より上方に突出してはみ出し部分を形成しており、
前記導光体の光出射面の前記光入射端面側の端縁の近傍の第１の領域上には、前記一次光源のはみ出し部分から出射した光が前記導光体を経由せずに前記光偏向素子に入光するのを阻止する遮光材からなる直接入光阻止手段が配置されており、
前記光偏向素子は前記導光体の光出射面の前記遮光材の配置されていない第２の領域上に配置されていることを特徴とする面光源装置。
前記光偏向素子の入光面は多数のレンズ列が互いに平行に配列されたレンズ列形成面と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。
前記遮光材の前記導光体の光出射面に対向する表面は拡散反射面とされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の面光源装置。
前記一次光源、前記導光体及び前記光偏向素子はケース内に収容されており、該ケースには前記光偏向素子の出光面に隣接して光透過性の蓋が付されており、前記遮光材は前記蓋に付設されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の面光源装置。
前記導光体と前記光偏向素子とが接着性を有するフィルムで接合されており、該接着性を有するフィルムの一部が、前記光偏向素子の少なくとも前記第１の領域に近い側の部分を前記導光体の光出射面に密着させるための押え部材として機能することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の面光源装置。
前記導光体と前記光偏向素子とが接着性を有するフィルムで接合されており、該接着性を有するフィルムの一部により前記遮光材が構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の面光源装置。
前記一次光源、前記導光体及び前記光偏向素子はケース内に収容されており、該ケースには前記導光体と前記光偏向素子とを接合する接着性を有するフィルムが接着されており、前記直接入光阻止手段は、前記接着性を有するフィルムの一部であって前記一次光源の発光部が前記導光体の光入射端面と対向して位置するように前記導光体を位置決めするための押え部材として機能する部分からなることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。