JP6141210B2 - 面光源装置及びそれを備える表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板を備える面光源装置、及び、当該面光源装置を備える表示装置に関する。

液晶表示装置に代表される非発光の表示パネルを用いる表示装置においては、表示パネル背面に照明などのバックライトユニットが設けられる。一般的に知られているバックライトユニットは、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光源と、光源に対向配置された入光面と、入光面に垂直な出光面とを有し、入光面に光が入射されると当該光を出光面から出射する導光板と、導光板の出光面と逆側に設けられ裏面から抜けた光を再び導光板内に戻すための反射シートとを備える。また、出光面から出射された光に関して、輝度を向上させるプリズムシートなどのレンズシート、または、輝度を均一化する拡散板を、必要に応じて導光板の出光面側に備えるバックライトユニットもある。

このような光取り出し方式（光出射方式）の一つとして、プリズムシートのプリズム面を導光板側に向けて配置することによって、出射光の光線方向を正面方向に揃えて視野角内に集光し、高輝度化させる構成が提案されている（例えば特許文献１）。以下、このような方式を逆プリズムシート方式と呼び、またこれに使用されるプリズムシートを逆プリズムシートと呼ぶことにする。逆プリズムシート方式では、出光面から出射される光を、出光面の法線に対してある程度大きな角度で出射させることが重要であり、光の臨界角ぎりぎりの角度で出光面から出射させることが求められる。そこで、光出射機構として導光板の出光面または反出光面を粗面加工した構成（例えば特許文献１）や、頂角の大きいプリズムを配列させた構成（例えば特許文献２）が提案されている。

しかし、これらの光出射機構では、光源の主光線軸の方向と平行でかつ出光面と垂直な平面内においては広がりが狭くされた光（正面方向に指向性が高められた光）を出射させることができるものの、光源の主光線軸の方向と垂直な平面内においては光の広がりを狭くすることができないという問題があった。この問題に対し、導光板の光出射機構の面に、光源の主光線軸の方向に延在するプリズム列を形成し、さらに出光面を粗面に仕上げた構成が提案されている（例えば特許文献３）。

特開平６−１８８７９号公報 特許第３６８２１２４号公報 特開２００８−２１８４１８号公報

しかしながら、特許文献３のバックライトでは、面光源装置から出射される光に関して、指向性を高めることができるが、光源の主光線軸の方向における輝度均一性が低下するという問題があった。このため、面光源装置から出射される光の指向性の向上と、輝度均一性の向上とを両立させることができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、面光源装置から光を適切に出射させることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る面光源装置は、光源と、前記光源と対向する入光面と、出光面と、前記出光面と逆側の反出光面とを有する第１導光板と、前記第１導光板の前記反出光面側に配置された第１反射シートと、前記第１導光板の前記出光面側に配置され、プリズム面が前記出光面と対向するプリズムシートとを備える。前記第１導光板は、前記反出光面上に形成された凸形状を有する凸構造体、及び、前記反出光面下に形成された凹形状を有する凹構造体の少なくとも一方を備える。前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凸構造体の突出方向の長さは小さくなり、前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凸構造体の幅方向の長さは大きくなる。前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凹構造体の陥没方向の長さは大きくなり、前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凹構造体の幅方向の長さは小さくなる。前記凸構造体または前記凹構造体の前記主光線軸に沿った長さをＬ、前記凸構造体または前記凹構造体の最大の高さをＨとした場合、Ｌ＝１０かつ、０＜Ｈ≦１が成り立つ。

本発明によれば、面光源装置から出射される光に関して、指向性を高めることができるとともに、輝度均一性を高めることができる。

実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す分解斜視図である。 実施の形態１に係る導光板の構成を示す斜視図である。 前提となる作用原理を説明するための図である。 前提となる作用原理を説明するための図である。 実施の形態１に係るプリズムの構成を示す斜視図である。 関連面光源装置の構成を示す断面図である。 関連面光源装置の角度輝度分布を示す図である。 関連面光源装置の角度輝度分布を示す図である。 関連面光源装置の角度輝度分布を示す図である。 実施の形態１に係る面光源装置の角度輝度分布を示す図である。 実施の形態１に係る面光源装置の空間輝度分布を示す図である。 実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の空間輝度分布を示す図である。 実施の形態２に係る導光板の構成を示す斜視図である。 実施の形態３に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係る面光源装置における光の透過を示す断面図である。 実施の形態４に係るプリズムの構成を示す斜視図である。 実施の形態４に係るプリズムの構成を示す上面図である。 実施の形態４に係るプリズムの構成を示す側面図である。 実施の形態４に係るプリズムを形成する金型を示す上面図である。 実施の形態４に係るプリズムを形成する金型を示す斜視図である。 実施の形態４に係るプリズムの構成を示す斜視図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す分解斜視図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る面光源装置は、点状の複数の光源１と、第１導光板である導光板２と、第１反射シートである反射シート３と、プリズムシートである逆プリズムシート４とを備えている。なお、以下では、適宜ＸＹＺの直交座標系を用いて説明する。

光源１には例えばＬＥＤなどが用いられ、複数の光源１がＸ方向に配列されている。

導光板２は、光源１と対向する入光面２１と、出光面２２と、出光面２２と逆側の反出光面２３とを、主要構成部として有している。光源１からの光は、入光面２１に入射される。入光面２１に入射された光の大部分は、導光板２内を伝搬している間に、導光板２の反出光面２３などの面または反射シート３にて適宜反射された後、出光面２２から外部に出射される。なお、以下の説明では出光面２２から出射された光を「出射光」と記す。

本実施の形態１では、図１に示されるように、光源１の主光線軸（光源１から導光板２に向かう光の主光線軸）の方向（Ｙ方向）に沿って光源１から遠ざかるにつれて、導光板２の出光面２２と反出光面２３との間の長さ、つまり導光板２の厚さ方向（Ｚ方向）の長さは小さくなっている。換言すれば、導光板２は、入光面２１から遠ざかるにつれて厚さが薄くなっていくような楔形状を有している。

ただし、導光板２は以上の構成に限るものではなく、入光面２１からの距離に関わらず厚さが変わらない平板であってもよい。しかし本実施の形態１のように、光源１から遠ざかるにつれて厚さ（導光板２の主光線軸方向と垂直な断面の面積）が小さくなるように導光板２を構成することにより、導光板２に入射された光が残らないようにすることができ、当該光を有効に利用することが可能となる。

導光板２の出光面２２にはプリズム列が形成されている。ここでのプリズム列は、光源１の配列方向（Ｘ方向）に配列され、主光線軸方向（Ｙ方向）に延設された、出光面２２から−Ｚ側に突出する複数の三角形のプリズムから構成されている。このプリズム列は、出射光のＸＺ平面内における指向性を高める効果がある。プリズムの三角形の形状としては、例えば７０°〜１１０°の頂角を有する二等辺三角形とするのがよい。

本実施の形態１では、導光板２の材質は、屈折率が１．５８の透明なポリカーボネートであるものとする。ただし、導光板２の材質はこれに限るものではなく、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）や環状オレフィンコポリマーなどの、一般的に導光板に用いられる材料であればよい。

導光板２の反出光面２３側（＋Ｚ側）には、反射シート３が配置されている。反射シート３は、導光板２の反出光面２３から出射した光を反射して導光板２に入射する。これにより、光源１から導光板２に入射された光が出光面２２から出射する効率が高められている。ここでは、反射シート３は、鏡面としており、反出光面２３から出射した光を正反射する機能を有している。

導光板２の出光面２２側（−Ｚ側）には、プリズム面が出光面２２と対向する逆プリズムシート４が配置されている。プリズム面のプリズム列は、主光線軸方向（Ｙ方向）に配列され、光源１の配列方向（Ｘ方向）に延設された、プリズム面から＋Ｚ側に突出する複数の三角形のプリズムから構成されている。ここでは、プリズム列の周期方向が、導光板２内の主要な光伝搬方向と一致するように逆プリズムシート４は形成・配置されている。このプリズム列は、出射光のＺＹ平面内における指向性を高める効果がある。プリズムの三角形の形状としては、例えば６０°〜７０°の頂角を有する二等辺三角形とするのがよい。

図２は、導光板２の構成を示す斜視図である。この図２では、図１で示された導光板２が裏返して図示されている。図２に示されるように、導光板２は、反出光面２３上に形成された凸形状を有する凸構造体であるプリズム２３ａを備えている。ここでは、出光面２２からの出射光の輝度均一性が保たれるように、複数のプリズム２３ａが、適当な間隔で反出光面２３上に配列されている。

＜作用原理＞
本実施の形態１に係る導光板２及びプリズム２３ａの働きを説明する前に、図３及び図４を用いて、前提となる作用原理について説明する。図３及び図４には、導光板２と同じ材質からなり、偏った厚みを有する楔形状の導光体６が示されている。図３には、厚みが厚い方の側面に入射した光１ａの軌跡が矢印で図示されており、図４には、厚みが薄い方の側面に入射した光１ｂの軌跡が矢印で図示されている。図３及び図４のいずれも、楔形状を形成する２つの面が成す角度はαであるとし、αを二等分する二等分線が水平方向（図３及び図４の一点鎖線の延在方向）と一致するように導光体６は配置されている。

図３において、厚みが厚い方の側面に入射した光１ａは、楔形状を形成する２つの面で全反射されながら伝搬するが、当該２つの面に１回ずつ計２回当たるごとに、水平方向に対して２αだけ傾斜が大きくなる。つまり、導光体６入射直後に水平方向と角度θを成す方向で導光体６内を進む光１ａが上記２つの面で全反射されるごとに、当該光１ａの水平方向に対する角度が２αだけ増えるとともに、光１ａの当該２つの面への入射角が２αだけ減ることになる。このような反射を繰り返すことにより、やがて入射角が臨界角より小さくなり、光１ａが導光体６外部へと出射される。

一方、図４において、厚みが薄い側面に入射した光１ｂは、楔形状を形成する２つの面で全反射されながら伝搬するが、当該２つの面に１回ずつ計２回当たるごとに、水平方向に対して２αだけ近づき偏向される。つまり、導光体６入射直後に水平方向と角度θを成す方向で導光体６内を進む光１ｂが上記２つの面で全反射されるごとに、当該光１ｂの水平方向に対する角度が２αだけ減る。このような反射を繰り返すことにより、光１ｂと水平方向とが成す角度はα／２よりも小さい角度となって、光１ｂが当該２つの面に当たらずにほぼ水平方向に伝搬する。

以上をまとめると、図３に示されるように、導光体６の上記２つの面が狭くなっていく方向に導光体６内を伝搬する光は、何回かの反射を経て、上記２つの面から外部に出射されることになる。一方、図４に示されるように、導光体６の上記２つの面が広がっていく方向に導光体６内を伝搬する光は、上記二等分線にほぼ平行な方向、つまり水平方向にほぼ平行な方向に進行（偏向）することになる。

なお、図１及び図２に示した導光板２のＹＺ平面に沿った断面形状は、４つの内角のうち２つが９０°の台形であり、また、水平方向に関して対称性を有してもおらず、図３に示した導光体６とは厳密には異なる。しかしながら、上記αに相当する、入光面２１及び出光面２２が成す実際の角度を１°〜２°程度とするように構成された導光板２は、図３に示した導光体６とはほとんど同じ作用を発揮する。

＜プリズム２３ａについて＞
次に、図２に示した導光板２の反出光面２３に形成されたプリズム２３ａについて詳細に説明する。

図５は、プリズム２３ａの構成を示す斜視図である。図５のＸＹＺ軸と、図１及び図２のＸＹＺ軸とは同じ方向を示している。また、図５では、図２のプリズム２３ａを図５のＬの長さに対応する長さを縮めて図示している。図５に示されるように、プリズム２３ａは、４つの面（面２３ａ１，２３ａ２，２３ａ３，２３ａ４）を有している。光源１側（−Ｙ側）の面２３ａ１は、反出光面２３に対してほぼ垂直に形成されている。

面２３ａ２は、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて（＋Ｙ方向に進むにつれて）、反出光面２３に近づくように形成されている。すなわち、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、プリズム２３ａの突出方向（Ｚ方向に対応）の長さは小さくなる。

面２３ａ３及び面２３ａ４は、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて（＋Ｙ方向に進むにつれて）、互いの間隔が広がるように形成されている。すなわち、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、プリズム２３ａの幅方向（Ｘ方向に対応）の長さは大きくなる。なお、本実施の形態１では、面２３ａ３及び面２３ａ４も、面２３ａ１と同様に反出光面２３に対してほぼ垂直に形成されている。

ここで、上述した楔形状態の導光体６内における光の伝搬の性質により、面２３ａ２は、Ｚ方向に対して所望の角度だけ傾いた方向における出射光の指向性が高められるように働く。

一方、面２３ａ３及び面２３ａ４は、＋Ｙ方向に進行する光のＸ方向成分を小さくするように働く（図４）。このため、導光板２を伝搬している一部の光が面２３ａ３及び面２３ａ４との反射を繰り返すごとに、当該光のＸ方向成分が小さくなり、当該光の進行方向がＹ方向にほぼ揃えられる。この結果、出射光のＸＺ平面内における指向性が高められる。そして、指向性が高められた出光面２２からの出射光は、逆プリズムシート４を透過しても、その広がり角度が広がることなく、ほぼ正面方向（−Ｚ方向）に出射される。

なお、図５には、光源１側（−Ｙ側）のプリズム２３ａのＸ方向の幅Ｗ１、光源１と逆側（＋Ｙ側）のプリズム２３ａのＸ方向の幅Ｗ２、プリズム２３ａの主光線軸方向（Ｙ方向）の長さＬ、プリズム２３ａの高さ（突出方向の長さ）Ｈが示されている。ここで、Ｌ＝１０を基準とした場合、プリズム２３ａの形状としては、０＜Ｗ１＜Ｗ２≦１、かつ、０＜Ｈ≦１とすることが望ましい。

Ｌの大きさとしては例えば０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で、できるだけ加工個数を少なく、かつ、モアレなどの輝度ムラを発生させない大きさを選択すればよい。また、プリズム２３ａの配列に関しては、プリズム２３ａの大きさを調整して、プリズム２３ａを、正方形の各頂点の位置に配設する正方配列によって配列してもよい。しかし、複数のプリズム２３ａを六角形の各頂点の位置に配設する六角形配列によって配列すれば、プリズム２３ａの大きさに関係なくモアレを抑制することができる。

＜関連する面光源装置との比較＞
以上のようなプリズム２３ａを備える面光源装置により得られる正面方向への光の指向性（集光性）の効果を、本実施の形態１に係る面光源装置と関連する面光源装置（以下「関連面光源装置」と記す）と比較して説明する。

比較に用いるモデルとして、３ｍｍ×１．５ｍｍ×０．５２ｍｍの点光源と、点光源の配列方向における長さが２００ｍｍ、点光源の主光線軸方向における長さが１１５ｍｍ、厚さが１．５ｍｍから０．５ｍｍへと薄くなっていく導光板とを用いた。

図６は、関連面光源装置の構成を示す断面図である。関連面光源装置が備える導光板７は、光源１と対向する入光面７１と、出光面７２と、出光面７２と逆側の反出光面７３とを、主要構成部として有している。反出光面７３には、水平方向（Ｙ方向）に対して傾斜角度θの面を有するプリズム列が形成されている。導光板７の反出光面７３側（＋Ｚ側）には反射シート３が配置され、導光板７の出光面７２側（−Ｚ側）には、プリズム面が出光面７２と対向する逆プリズムシート４が配置されている。また図示していないが、出光面７２には出光面２２と同様に、二等辺三角形のプリズム列が、光源１の配列方向（Ｘ方向）に配列されている。

図６では、光源１から放射された光１ｃの軌跡が矢印で示されている。入光面７１から導光板７内に入射された光は、反出光面７３にてその進行方向を変え、出光面７２から斜め上方に取り出された後、逆プリズムシート４により正面方向（−Ｚ方向）に偏向される。

図７，図８，図９は、水平方向に対する傾斜角度θ＝１°、２°、３°の場合について、逆プリズムシート４の中央部のうち半径１０ｍｍの円領域から出射される光の角度輝度分布をそれぞれ示す図である。図７〜図９においては、正面方向（−Ｚ方向）を０°として、光源１の主光線軸方向に平行でかつ出光面と垂直な平面（図１及び図２などに示すＹＺ平面に相当）内の角度輝度分布が破線で、光源１の主光線軸方向に垂直な平面（図１及び図２などに示すＸＺ平面に相当）内の角度輝度分布が実線で示されている。

光の角度広がりを半値幅で定量化すると、傾斜角度θ＝１°の場合のＹＺ平面内及びＸＺ平面内の角度広がりは１３°及び１５°であり、傾斜角度θ＝２°の場合のＹＺ平面内及びＸＺ平面内の角度広がりは１４°及び１７°であり、傾斜角度θ＝３°の場合のＹＺ平面内及びＸＺ平面内の角度広がりは１４°及び２３°である。このように、関連面光源装置では、傾斜角度θが大きくなるにつれて、ＸＺ平面内の角度広がりが広がっていくことがわかる。

また傾斜角度θが２°以上の場合、ＹＺ平面内において広角方向（角度７０°〜８０°の方向）に漏れ光が出射されるようになる。したがって、正面方向に光を絞る、すなわち正面方向への光の指向性を高めるためには、傾斜角度θを２°より小さくする必要がある。しかし傾斜角度θが小さいプリズムを用いた構成では、正面方向から面光源装置を見た場合の、入光面側（−Ｙ側）近傍の輝度が弱いので、ＸＹ平面の全面の輝度を均一化させるためには逆側（＋Ｙ側）の光量を低下させる必要がある。しかし、光量を低下させると十分な光量が得られないという問題がある。

このように、関連面光源装置では、ＸＺ平面における−Ｚ方向への光の指向性が高まる（光が−Ｚ方向に絞られる）ように、反出光面７３のプリズム列の傾斜角度θを小さくすると、輝度均一性が低下する。つまり、光の指向性の向上と、光の輝度均一性の向上とを両立させることができないという問題があった。これに対して、本実施の形態１に係る面光源装置では、この問題を解決することが可能となっている。

図１０は、本実施の形態１に係る面光源装置の角度輝度分布を、図７〜図９と同様に示す図である。ここでは、プリズム２３ａの形状としては、上述の幅Ｗ１、幅Ｗ２、長さＬ及び高さＨに関して、Ｗ１＝０．３、Ｗ２＝０．８、Ｌ＝１０及びＨ＝０．２としている。図１０に示すように、本実施の形態１に係る面光源装置のＹＺ平面内及びＸＺ平面内の角度広がりは、１５°及び１６°であった。このように、傾斜角度θが２°以上の関連面光源装置に比べ、光の角度広がりが小さいことがわかる。また傾斜角度θが１°以上の関連面光源装置においては、ＹＺ平面内に７０°〜８０°付近に若干のピークが見られたが、本実施の形態１に係る面光源装置の角度輝度分布には、そのような高角度にピークが見られない。

図１１は、本実施の形態１に係る面光源装置において、プリズム２３ａの配置調整後の光源１の主光線軸方向（Ｙ方向）における空間輝度分布を示す図である。距離０ｍｍは導光板２の入光面２１の位置に対応している。図１１に示されるように、光源１の主光線軸方向（Ｙ方向）において、輝度ムラを±１０％以内に抑えることができ、かつ光源１の光量の８２％の光を面光源装置からの光として取り出すことができている。

＜空間輝度均一化について＞
図１１に見られる導光板２の入光面２１からの位置０ｍｍから４ｍｍまでの間の輝度が低い領域は、実際の面光源装置においては非表示区間（非発光領域，助走区間）に相当する。本実施の形態１では、導光板２端面から発光領域までの距離を短くするために、導光板２の入光面２１側の出光面２２上に別の楔形状の傾斜部２２ａが形成されている。

図１２は、傾斜部２２ａが形成された導光板２の構成を示す断面図である。図１２に示されるように、傾斜部２２ａは、入光面２１側の出光面２２に形成され、他の出光面２２に対して反出光面２３と逆側に傾斜している。ここでは、傾斜部２２ａの−Ｙ側端面は、入光面２１と同一に形成されており、傾斜部２２ａの−Ｚ側の面と、他の出光面２２とは傾斜角度βを成している。

図１２では、光源１から放射された光１ｄの軌跡が矢印で示されている。光源１から入光面２１に入射された光は、導光板２内において傾斜部２２ａの−Ｚ側の面で反射されると、水平方向（Ｙ方向）に対してＺ方向に傾斜する傾斜角度が大きくなる。このため、導光板２の出光面２２と反出光面２３との間における光の反射回数が少なくなる。よって、傾斜部２２ａが形成されていない構成に比べて、光源１の近く（入光面２１の近く）で導光板２内の光を出光面２２から外部に出射させることができる。

以上のように傾斜部２２ａによって、入光面２１近くで光の偏向角度を大きくすることができ、この結果として、入光面２１と発光領域との間の非表示区間を短くすることができる。なお、傾斜角度βの範囲としては、例えば４°〜１０°とすることが好ましい。また、図１２に示すモデルでは、導光板２の入光面２１側の高さを１．３ｍｍ、傾斜部２２ａの幅を２ｍｍとし、プリズム２３ａをほぼ等間隔で配列したが、これに限ったものではない。

ここで、比較のために傾斜部２２ａを形成せずに、導光板２の入光面２１側の高さを１．３ｍｍとし、プリズム２３ａをほぼ等間隔で配列した構成の空間輝度分布を図１３に示す。図１３に示すように、傾斜部２２ａを形成しない構成では、入光面２１から輝度が一定になるまでの間の区間、つまり非表示区間の長さは５０ｍｍ近くとなることがわかる。また、この構成において、反出光面２３の場所によってプリズム２３ａの配列密度を変えるなどして空間密度を調整することが望ましいが、導光板２の金型加工が多少複雑になる。また、少なくとも入光面２１から１５ｍｍまでの間は取り出せる光の量が少な過ぎるので輝度均一化が難しい。したがって、空間輝度均一化を容易にする効果の観点から、本実施の形態１のように、導光板２の出光面２２に断面が楔形状の傾斜部２２ａが形成されることが好ましい。

ただし、傾斜部２２ａを備えなくても、プリズム２３ａを備えるように導光板２を構成すれば、面光源装置から出射される光に関して、関連面光源装置よりも指向性を高めることができるとともに、例えば入光面２１から５０ｍｍ以上離れた部分（図１３）のように、光の輝度均一性を高めることができる。

なお、本実施の形態１に係る面光源装置は、光源を導光板の入射端部に配設し、光をこの入射端部に垂直な面より放射するエッジライト方式の照明装置を用いる表示装置、例えば、液晶表示装置、主照明装置、電飾照明、公告表示装置、または、誘導灯などの表示装置に備えられてもよい。

＜実施の形態２＞
実施の形態１では、導光板２は、反出光面２３上に形成された凸形状を有する凸構造体であるプリズム２３ａを備えていた。本発明の実施の形態２では、導光板２は、反出光面２３下に形成された凹形状を有する凹構造体であるプリズム２３ｂを備えている。図１４は、本実施の形態２に係る導光板２の構成を示す斜視図である。なお、本実施の形態２に係る面光源装置において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

プリズム２３ｂは、プリズム２３ａと同様に、４つの面（面２３ｂ１，２３ｂ２，２３ｂ３，２３ｂ４）を有している。光源１と逆側（＋Ｙ側）の面２３ｂ１は、反出光面２３に対してほぼ垂直に形成されている。

面２３ｂ２は、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて（＋Ｙ方向に進むにつれて）、反出光面２３から遠ざかるように形成されている。すなわち、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、プリズム２３ｂの陥没方向（Ｚ方向に対応）の長さは大きくなる。

面２３ｂ３及び面２３ｂ４は、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて（＋Ｙ方向に進むにつれて）、互いの間隔が狭まるように形成されている。すなわち、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、プリズム２３ｂの幅方向（Ｘ方向に対応）の長さは小さくなる。なお、本実施の形態２では、面２３ｂ３及び面２３ｂ４も、面２３ｂ１と同様に反出光面２３に対してほぼ垂直に形成されている。

実施の形態１で説明したように、楔形状態の導光体６内における光の伝搬の性質により、面２３ｂ３及び面２３ｂ４は、＋Ｙ方向に進行する光のＸ方向成分を小さくするように働く（図４）。このため、導光板２を伝搬している一部の光が面２３ｂ３及び面２３ｂ４との反射を繰り返すごとに、当該光のＸ方向成分が小さくなり、当該光の進行方向がＹ方向にほぼ揃えられる。この結果、出射光のＸＺ平面内における指向性が高められる。そして、指向性が高められた出光面２２からの出射光は、逆プリズムシート４を透過しても、その広がり角度が広がることなく、ほぼ正面方向（−Ｚ方向）に出射される。

以上のような本実施の形態２に係る面光源装置によれば、実施の形態１と同様に、面光源装置から出射される光の指向性を高めることができるとともに、光の輝度均一性を高めることができる。

なお、実施の形態１で説明したプリズム２３ａと同様に、プリズム２３ｂを六角形の各頂点の位置に配設する六角形配列によって配列すれば、プリズム２３ｂの大きさに関係なくモアレを抑制することができる。

また、実施の形態１及び実施の形態２に係る面光源装置では、それぞれプリズム２３ａ及びプリズム２３ｂを備えていた。しかしこれに限ったものではなく、面光源装置は、プリズム２３ａ及びプリズム２３ｂの両方を備える構成であってもよい。

＜実施の形態３＞
図１５は、本発明の実施の形態３に係る面光源装置の構成を示す断面図である。本実施の形態３の説明においては便宜上、実施の形態１及び実施の形態２で説明した導光板２及び反射シート３を、第１導光板２及び第１反射シート３と記す。図１５に示されるように、本実施の形態３に係る面光源装置は、実施の形態１または実施の形態２の構成に、第２導光板２０１と、第２反射シート３０１とを追加したものである。

第２導光板２０１は、第１導光板２と同等の形状を有しており、第１導光板２の入光面２１に対応する面２０１１（第１面）と、第１導光板２の出光面２２に対応する面２０１２（第２面）と、第１導光板２の反出光面２３に対応する面２０１３（第３面）とを有している。そして、光源１から遠ざかるにつれて、第２導光板２０１の面２０１２と面２０１３との間の長さが大きくなり、かつ、第２導光板２０１の面２０１３が、第１導光板２の反出光面２３に対向するように、第２導光板２０１が第１導光板２と第１反射シート３との間に配置されている。ここでは、第２導光板２０１は、第１導光板２をＸ軸まわりに１８０°回転させた向きに配置されている。なお、第２導光板２０１の楔形状を形成する面２０１２と面２０１３とが成す角度は、第１導光板２の角度αと同等以上であるものとする。

第２反射シート３０１は、第２導光板２０１の面２０１１と対向するように配置されている。本実施の形態３では、第２反射シート３０１は、第２導光板２０１の面２０１１だけでなく、第１導光板２の終端面（入光面２１と逆側の面）にも対向するように配置されている。

次に動作について説明する。第１導光板２を伝搬する光は、出光面２２及び反出光面２３によって繰り返して全反射された後、出光面２２または反出光面２３から外部に出射する。反出光面２３から外部に出射された光は、第２導光板２０１の面２０１３に入射されて第２導光板２０１内を伝搬し、面２０１１から外部に出射して第２反射シート３０１まで到達する。第２反射シート３０１に到達した光は、第２反射シート３０１によって反射されて、第２導光板２０１の面２０１１に入射する。面２０１１から入射された光は、再び第２導光板２０１内を伝搬し、面２０１３から外部に出射する。面２０１３から外部に出射された光は、第１導光板２の反出光面２３に入射されて第１導光板２内を透過して出光面２２から外部に出射して逆プリズムシート４に入射する。

なお、図示しないが、第１導光板２の反出光面２３から第２導光板２０１の面２０１３に入射される一部の光は、第２導光板２０１を伝搬した後、第１反射シート３に反射されて再び第２導光板２０１を伝搬し、それから面２０１３から反出光面２３に入射される。また、第１導光板２の反出光面２３から第２導光板２０１の面２０１３に入射される一部の光は、第２導光板２０１を伝搬した後、第１反射シート３及び第２反射シート３０１に反射されて再び第２導光板２０１を伝搬し、それから面２０１３から反出光面２３に入射される。

図１５には、順方向（＋Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｅの軌跡が実線の矢印で図示されている。また、図１５には、第２反射シート３０１などに反射されて逆方向（−Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｆの軌跡が破線の矢印で図示されている。

なお、第１導光板２の光が、出光面２２から外部に出射する確率と、反出光面２３から外部に出射する確率とはほぼ等しいため、順方向（＋Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｅの量と、逆方向（−Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｆの量もほぼ等しくなると考えられる。

次に、順方向（＋Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｅと、逆方向（−Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｆとの両方を用いる効果について説明する。図１６には、第１導光板から出射した光１ｅ及び光１ｆが、逆プリズムシート４を透過する際の軌跡が示されている。図１６において細かい点のハッチングが付された部分は光１ｅが透過する領域を示し、斜線のハッチングが付された部分は光１ｆが透過する領域を示している。実施の形態１及び２の構成では、細かい点のハッチングが付された領域には光が透過するが、斜線のハッチングが付された領域には光が透過しないため、逆プリズムシート４から出射される光は、若干の縞模様に見える。この現象は、光の指向性が高ければ高いほど顕著に現れるようになる。その結果、液晶パネルなどの表示パネルの画素との間でモアレが生じ、画質を多少低下させることになる。

これに対して本実施の形態３に係る面光源装置によれば、光１ｅの透過に加えて、逆方向（−Ｙ方向）に向かいながら取り出される光１ｆが、光１ｅが透過しない領域を透過するので、上述の縞模様が抑制される。この結果、指向性を向上させても、モアレなどの発生を抑制することができ、画質の劣化を抑制することができる。

＜実施の形態４＞
図１７は、本発明の実施の形態４に係る導光板２の反出光面２３に形成されたプリズムの構成を示す斜視図であり、図１８は、当該構成を示す上面図であり、図１９は、当該構成を示す側面図である。なお、本実施の形態４に係る面光源装置において、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ参照符号を付し、異なる点を中心に以下説明する。

図１７、図１８、図１９に示されるように、プリズム２３ａの上に、プリズム２３ａと同等のプリズム２３ｃが積み上げられて形成され、プリズム２３ｃの上に、上述したプリズム２３ａと同等のプリズム２３ｄが積み上げられて形成されている。

なお、本実施の形態４では、光源１の主光線軸方向に沿って光源１からの位置に関わらず、プリズム２３ｃ，２３ｄの突出方向（Ｚ方向に対応）の長さは一定である。また、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、プリズム２３ｃの幅方向（Ｘ方向に対応）の長さは大きくなるが、プリズム２３ｄの幅方向（Ｘ方向に対応）の長さは一定である。

また、光源１の主光線軸方向における任意の位置に関して、下側のプリズム２３ａの幅方向（Ｘ方向）の長さは、上側のプリズム２３ｃの幅方向（Ｘ方向）の長さよりも大きい。同様に、光源１の主光線軸方向における任意の位置に関して、下側のプリズム２３ｃの幅方向（Ｘ方向）の長さは、上側のプリズム２３ｄの幅方向（Ｘ方向）の長さよりも大きい。

また、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、下側のプリズム２３ａの幅方向（Ｘ方向）の長さが大きくなる度合が、上側のプリズム２３ｃよりも大きい。そして、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、下側のプリズム２３ｃの幅方向（Ｘ方向）の長が大きくなる度合が、上側のプリズム２３ｄよりも大きい。

図２０は、本実施の形態に係るプリズム２３ａ，２３ｃ，２３ｄを形成可能な金型８の構成を示す上面図であり、図２１は、図２０の線Ａ−Ａ’断面における当該金型８の構成を示す斜視図である。なお、図１８の形状と、図２０の形状とは一致するが、ここでは図の作成上、異なる形状のように図示されている。

図の色分けした領域は、バイトによる金型８の切削痕を表している。細かい点のハッチングを付した第１切削痕８ａは破線の延在方向に対して角度γ１の方向に、斜線のハッチングを付した第２切削痕８ｂは破線の延在方向に対して角度γ２の方向に、ハッチングを付していない第３切削痕８ｃは破線の延在方向に沿った方向に、それぞれ切削されて形成される。この切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの深さは、８ａ，８ｂ，８ｃの順に深くなっている。このように階段状に切削することで金型８が形成されている。なお、図２１には、切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの側面８ａ１，８ｂ１，８ｃ１が示されている。図２１の紙面の奥側から手前側に進むにつれて切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの深さは同じ傾斜で浅くなっていくとともに、切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの横方向（幅方向）の長さは短くなっていくように、切削痕８ａ，８ｂ，８ｃが形成されている。

さて、上述したプリズム２３ａ，２３ｃ，２３ｄにおける光の反射は、上述した金型８における光の反射と同様である。そこで、適宜、図２０及び図２１を用いてプリズム２３ａ，２３ｃ，２３ｄにおける光の反射について説明する。

図２１の紙面の奥から手前に伝搬する光に対して、紙面上に射影させた場合の水平面と角度ζ１，ζ２（角度ζ１＜角度ζ２）で交わる２つの光線１ｇ，１ｈについて考える。

光線１ｇは、角度ζ１が小さく、溝深くまで到達することができないことから、第１切削痕８ａの側面８ａ１に当たり易く、第２及び第３切削痕８ｂ，８ｃの側面８ｂ１，８ｃ１に当たることができない。光線１ｈは、角度ζ２が大きく、溝深くまで到達することができることから、第３切削痕８ｃの側面８ｃ１に当たることができる。

ここで、実施の形態１で図４を用いて説明したように、光を反射する２つの面が広がっていく方向に進行する光は、当該進行の方向に平行な方向に偏向する。このため、図２１の紙面の奥側から手前側に進行する光に関して、第１切削痕８ａの側面８ａ１は、当該偏向の効果が大きいが、第３切削痕８ｃの側面８ｃ１は、光を正反射するのみで進行方向に対する角度を維持する。すなわち、水平面に対して小さい角度で第１〜第３切削痕８ａ〜８ｃに向かう光線１ｇなどの光は、進行方向に偏向されやすくなる。一方、水平面に対して大きい角度で第１〜第３切削痕８ａ〜８ｃに向かう光線１ｈなどの光は、ほとんど進行方向は維持される。

このような光線の反射の性質が、金型８で作成された図１７〜図１９に示されるプリズム２３ａ，２３ｃ，２３ｄを備える導光板２内を伝搬する光線についても当てはまる。導光板２入射直後の光は、概ねＺ方向の成分が小さい状態でＹ方向に進行するため、プリズム２３ａに反射されてＹ方向に偏向する（Ｘ方向成分が低減する）ことが多くなる。導光板２内を全反射しながら進行した光は、やがてＺ方向の成分が大きくなり、プリズム２３ｃ，２３ｄに反射されて、導光板２から出射されるときには、当該出射方向に揃えられた光になる。これにより、面光源装置から出射される光の指向性をより高めることができる。

なお、プリズム２３ａの上に、プリズム２３ａと同等のプリズム２３ｃが積み上げられて形成される構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、図２２に示されるように、プリズム２３ｂの下に、プリズム２３ｂと同等のプリズム２３ｅが掘り下げられて形成されてもよい。そして、光源１の主光線軸方向における任意の位置に関して、下側のプリズム２３ｅの幅方向（Ｘ方向）の長さは、上側のプリズム２３ｂの幅方向（Ｘ方向）の長さよりも小さく、かつ、光源１の主光線軸方向に沿って光源１から遠ざかるにつれて、下側のプリズム２３ｅの幅方向（Ｘ方向）の長が小さくなる度合が、上側のプリズム２３ｂよりも大きくなるように構成してもよい。この場合には、図１７に示される構造と同様の構造が、プリズム２３ｂ及びプリズム２３ｅのＹ方向に隣接して形成されることから、図１７に示した構成と同様の効果を得ることができる。

なお、以上に説明した構成では、光源１の主光線軸方向に沿って光源１からの位置に関わらず、プリズム２３ｃ，２３ｄの突出方向（Ｚ方向に対応）の長さは一定であった。しかしこれに限ったものではなく、光源１の主光線軸方向に沿って光源１からの位置に遠ざかるにつれて、プリズム２３ｃ，２３ｄの突出方向（Ｚ方向に対応）の長さは小さくなるように構成してもよい。つまり、図２１の紙面の奥側から手前側に進むにつれて切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの深さが同じ傾斜で浅くなっていくように形成するのではなく、切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの順に傾斜が大きくなるように形成してもよい。すなわち、切削痕８ａ，８ｂ，８ｃの順に光を取り出すため（導光板２内部の光を外部に出射するため）の偏向角度を大きくするような形状にするということである。

このような構成によれば、上述のように導光板２入射直後の光は、概ねＺ方向の成分が小さい状態でＹ方向に進行するため、プリズム２３ａに反射されてＹ方向に偏向する（Ｘ方向成分が低減する）ことが多くなる。導光板２内を全反射しながら進行した光は、やがてＺ方向の成分が大きくなり、プリズム２３ｃ，２３ｄに反射されて、導光板２から出射されるときには、当該出射方向に揃えられた光になる。このプリズム２３ｃ，２３ｄによる反射の際に大きく偏向させることができるので、少ない反射回数で光を取り出す（導光板２内部の光を外部に出射する）ことができる。つまり、光の取り出し効率を高めることができる。なお、上述と同様に、光源１の主光線軸方向に沿って光源１からの位置に遠ざかるにつれて、プリズム２３ｅの陥没方向（Ｚ方向に対応）の長さは大きくなるように構成してもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 光源、２ 導光板、３ 反射シート、４ 逆プリズムシート、２１ 入光面、２２ 出光面、２２ａ 傾斜部、２３ 反出光面、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ プリズム、２０１ 第２導光板、３０１ 第２反射シート。

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源と対向する入光面と、出光面と、前記出光面と逆側の反出光面とを有する第１導光板と、
   前記第１導光板の前記反出光面側に配置された第１反射シートと、
   前記第１導光板の前記出光面側に配置され、プリズム面が前記出光面と対向するプリズムシートと
   を備え、
   前記第１導光板は、
   前記反出光面上に形成された凸形状を有する凸構造体、及び、前記反出光面下に形成された凹形状を有する凹構造体の少なくとも一方を備え、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凸構造体の突出方向の長さは小さくなり、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凸構造体の幅方向の長さは大きくなり、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凹構造体の陥没方向の長さは大きくなり、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凹構造体の幅方向の長さは小さくなり、
   前記凸構造体または前記凹構造体の前記主光線軸に沿った長さをＬ、前記凸構造体または前記凹構造体の最大の高さをＨとした場合、Ｌ＝１０かつ、０＜Ｈ≦１が成り立つ、面光源装置。
2. 光源と、
   前記光源と対向する入光面と、出光面と、前記出光面と逆側の反出光面とを有する第１導光板と、
   前記第１導光板の前記反出光面側に配置された第１反射シートと、
   前記第１導光板の前記出光面側に配置され、プリズム面が前記出光面と対向するプリズムシートと
   を備え、
   前記第１導光板は、
   前記反出光面上に形成された凸形状を有する凸構造体、及び、前記反出光面下に形成された凹形状を有する凹構造体の少なくとも一方を備え、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凸構造体の突出方向の長さは小さくなり、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凸構造体の幅方向の長さは大きくなり、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凹構造体の陥没方向の長さは大きくなり、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記凹構造体の幅方向の長さは小さくなり、
   前記凸構造体の上に前記凸構造体と同等の凸構造体が積み上げられて形成され、
   前記光源の主光線軸の方向における任意の位置に関して、下側の前記凸構造体の前記幅方向の長さは、上側の前記凸構造体の前記幅方向の長さよりも大きく、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記下側の凸構造体の前記幅方向の長が大きくなる度合が、前記上側の凸構造体よりも大きく、
   前記凹構造体の下に前記凹構造体と同等の凹構造体が掘り下げられて形成され、
   前記光源の主光線軸の方向における任意の位置に関して、下側の前記凹構造体の前記幅方向の長さは、上側の前記凹構造体の前記幅方向の長さよりも小さく、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記下側の凹構造体の前記幅方向の長が小さくなる度合が、前記上側の凹構造体よりも大きい、面光源装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の面光源装置であって、
   複数の前記凸構造体及び複数の前記凹構造体の少なくとも一方が六角形配列によって配列されている、面光源装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の面光源装置であって、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記第１導光板の前記出光面と前記反出光面との間の長さは小さくなり、
   前記第１導光板は、
   前記入光面側の前記出光面に形成され、他の前記出光面に対して前記反出光面と逆側に傾斜する傾斜部をさらに備える、面光源装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の面光源装置であって、
   前記光源の主光線軸の方向に沿って前記光源から遠ざかるにつれて、前記第１導光板の前記出光面と前記反出光面との間の長さは小さくなり、
   前記面光源装置は、
   前記第１導光板と同等の形状を有し、前記第１導光板の前記入光面に対応する第１面と、前記第１導光板の前記出光面に対応する第２面と、前記第１導光板の前記反出光面に対応する第３面とを有する第２導光板と、
   第２反射シートと
   をさらに備え、
   前記光源から遠ざかるにつれて、前記第２導光板の前記第２面と前記第３面との間の長さが大きくなり、かつ、前記第２導光板の前記第３面が、前記第１導光板の前記反出光面に対向するように、前記第２導光板が前記第１導光板と前記第１反射シートとの間に配置され、
   前記第２反射シートは、前記第２導光板の前記第１面と対向する、面光源装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面光源装置を備える、表示装置。

Images