JPH0727136B2

JPH0727136B2 - 面光源素子

Info

Publication number: JPH0727136B2
Application number: JP63228455A
Authority: JP
Inventors: 誠大江; 一清千葉
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0217A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は面光源装置に用いる面光源素子に関する。本発
明は特に、液晶表示装置等の背面照明手段として好適に
使用されるものである。

［従来の技術］従来、液晶表示装置等の背面照明手段としては、光源に
線状ランプを用いランプを回転放物線型リフレクターの
焦点に置きランプ上部に乳半状の拡散板を置いた形状が
一般的であり、リフレクターの形状を最適化する工夫及
び拡散板の拡散率を調整する工夫等が行なわれている。

また、特殊な形状として、線状ランプと導光体を組合わ
せ、導光体形状を点光源近似によってシュミレートし、
ある方向に出射光を集光するように近似曲線状に加工し
たものや、光の進行方向に沿って導光体の厚みを変えた
ものや、光源からの距離によってプリズム角を変えたレ
ンチキュラーを使ったもの、及びこれらの幾つかを組合
わせたものがある。点光源近似をすれば、殆んどの場
合、光路をシュミレート出来、且つそれに応じた導光層
の形状を光進行方向の距離に応じて変えていくことは可
能であり、この様な提案も特許及び実用新案で多数なさ
れている。

しかし、面光源は出射平面よりできるだけ全方向に均一
に光が出射することを目的とした物が殆んどであるが、
使用目的によっては或る方向に光を集中したい場合があ
る。

例えば視野角の小さいパーソナルユースの液晶カラーTV
等は、或る方向だけに均一な光を出射し且つ出射面全体
ができるだけ均一な出射光量であることが要求される。
第３図はそのような液晶カラーTV装置の概略構成図であ
る。同図において、１は液晶画面、２は液晶カラーTV装
置の本体部、３は液晶画面１の画面の法線、４は観察者
の目である。この形式の装置においては、液晶画面１を
液晶カラーTV装置の本体部２から45°程度の角度で立た
せ、法線３に対して15°の角度をなす方向から画面を見
るような構成になっている。したがって、図において、
Ｘで示す角度域内で面光源の輝度が他の角度域に比べて
大きくなるような背面照明手段があれば、全体の光量を
そこに集中できる点において、有利となる。つまり、こ
の様な面光源の輝度は所望の方向に対して最高の輝度値
を示し、それは全方向均一出射型の輝度値より何倍も大
きくなる。従ってある特定方向のみが視角である様な表
示装置の背面照明として使用すれば低消費電力で高輝度
の表示装置を得ることが出来る。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、第３図のような液晶カラーTV装置等の平
面に使用する光源は、特殊な小面積の例外を除いて殆ん
どの場合、点光源を使うことはない。使用する光源は、
体積光源（蛍光灯の様に点光源と見做すことが出来ない
光源）であり、点光源近似の一致性は極めて悪い。従っ
て従来技術で提案されている様な形状は、形状が精密且
つ複雑で製造にコストがかかる割には、前記のような所
望の特性を得ることは難しい。

しかも蛍光灯の様な体積光源は光源自体が拡散光であ
り、無指向性である。即ち、拡散光出射光源を用いて所
望の指向性を確保することは厳密な意味では非常に困難
である。

また、前記のような光出射の方向性の点とは別に、光源
装置自体をできるだけ小型にする為には、少なくとも光
源ランプの直径と同じ程度の厚さで目的を達成する必要
がある。前述したようなランプの下部に回転放物線型リ
フレクターを配設するタイプの光源装置ではランプ径の
２〜４倍の厚さになり、小型化の要望を満たすことはで
きない。

［問題点を解決するための手段］本発明の目的は、前記従来技術の問題点に鑑み、カラー
液晶TV装置の様な小型でしかも視野角が小さく、しかも
視野が限定される様な表示器の背面照明として、薄型
（ランプの径と同程度）で、光源のワット数を増加する
ことなく、使用者が見る方向に集中光が簡単に得られる
面光源素子を提供することにある。

以上のような目的は、少なくとも一つの側端を入射面と
し、これと直交する面を光出射面とし、かつ出射面の反
対面に反射層を備えた第１エレメントと上記第１のエレメントからの出射光を入射させる入射面
と所定の方向に光を出射させる出射面とを備えた第２の
エレメントとから構成され、上記第１のエレメントの光出射面には光の進行方向に直
交し所定方向に光を出射させる多数のレンズ単位を有し
ており、かつ上記第２のエレメントの入射面には多数の
プリズム単位が形成されていることを特徴とする面光源
素子により達成される。

以下、本発明に係る面光源素子について、図面に基づき
詳細に説明する。

まず、本発明に係る面光源素子の基本的な考え方につい
て、説明する。

導光体の空気に対する光の屈折率ｎは凡ねｎ＝1.5〜1.6
近辺であり、第４図（ａ）に示すように、導光体10の入
射端面11と出射平面12が直交している様な形状（エッジ
ライティング）では臨界反射角が45°前後で原理的に出
射平面12には光が出射しない。なお、第４図（ａ）にお
いて、14は蛍光灯等の光源、15はそのリフレクター、13
は導光体10の出射平面12と反対側に形成された反射面で
ある。

そのため、第４図（ｂ）に示すように、一般的には出射
平面12を拡散加工した平面12aとしたり、出射対向面の
反射面13を散乱反射面13aとするが、光の出射の方向性
を欲する今回の目的では出射光が散乱光となる為この様
な手段は使えない。

ここで、出射平面に光の進行方向と直角の線状の同一形
状の線状の凸レンズ16の集合体を形成させ、その反対面
には反射面13を形成させ、その一端に蛍光灯のような線
状光源14を線状の凸レンズ集合体の線に平行に配設した
構成を考える。第５図（ａ）はその構成の斜視図、第５
図（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。

この様な幾何学的位置関係では、光の出射方向は、レン
ズの線条の直角方向に法線に対して40〜60°方向にな
り、法線方向には殆んど出射しない（第５図（ｂ）参
照）。

第６図（ａ），（ｂ）は第５図（ｂ）に示した出射光輝
度の角度分布を示した図である。すなわち、各角度の出
射光の内、最も大きい角度の出射光を100％としたとき
の各角度の出射光の割合いを示した図である。

第７図（ａ），（ｂ）はそれぞれの測定方法を示す図で
あり、第７図（ａ）は測定位置を示す面光源素子の正面
図であり、第７図（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
第７図（ｂ）において、40は輝度計である。

第６図（ａ）は第７図において、中心点における出射
光輝度の角度分布を示し、第６図（ｂ）はランプより10
mmの位置での出射光輝度の角度分布を示している。こ
れらグラフからも法線方向の出射光はほとんどないこと
がわかる。

そこで、本発明はこの様に特定方向に出射光が集中し、
出射光分布ができるだけ小さく且つ出射光量の多いレン
ズ集合体16を逆に利用し、法線の両側に出射した出射光
20,21（第５図（ｂ）参照）を第２のエレメントである
プリズム群によって全出射光を屈折させることにより、
所望方向に集中的に出射光を集束させることをその原理
とするものである。

第８図（ａ），（ｂ）は上記の作用のもう一つの構成要
素である第２のエレメントのプリズムを拡大した図であ
る。同図において、20,21はそれぞれ第１のエレメント
のレンズ群16からの右側方向、左側方向への出射光、θ
_１，θ_２はそれぞれ、法線とプリズム面30,31がなす
角、32は出射面である。また、ψ_１〜ψ_６及びφ_１〜φ
_６はそれぞれ、プリズム単位の各面或は基準線に対する
角度を示したものであり、その角度の取り方は第８図
（ａ），（ｂ）に示すとおりである。

出射光21のようにプリズムの右側より入射する場合にお
いては、プリズム面30から入射し、プリズム面31で全反
射した後、出射面32から所定角度ψ_６で出射する。ま
た、出射光20のようにプリズムの左側より入射する場合
においては、プリズム面31から入射し、プリズム面30で
全反射した後、出射面32から所定角度φ_６で出射する。
この所定角度ψ_６及びφ_６は第１のエレメントのレンズ
群の形状及びレンズからの出射角、角度θ_１，θ_２及び
レンズ単位の屈折率ｎで調整することができる。

なお、第１のエレメントのレンズ16の形状は特定方向に
出射光が集中し、出射光分布ができるだけ小さく且つ出
射光量の多いレンズ形状なら良く、特に限定されるもの
ではない。また、第１のエレメントのレンズ群16の形状
によっては第１次出射光の出射角は、法線に対して対称
になるとは限らないが、この場合は第２のエレメントの
プリズム群の構成単位である１つのプリズムのプリズム
角（第８図のθ_１・θ_２）を変えることにより所望の出
射角を得ることが可能である。

なお、本発明の特別な例として、第１のエレメントから
の出射光を第２のエレメントによって、法線方向に集束
するには、第１のエレメントの出射光が法線に対象に60
°で出射していることが必須で、第２のエレメントのプ
リズム角（第８図のθ_１・θ_２）をθ_１＝θ_２＝30°と
すればよい。

［実施例］以下、本発明に係る面光源素子について、その具体的な
構成について、図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明に係る面光源素子の一実施例を示す部分
的な断面図であり、第５図（ｂ）に対応する図である。

同図において、14は蛍光灯等の光源、15はそのリフレク
ター、13は導光体10の出射面12と反対側に形成された反
射面、16は前記したようなレンズ単位、40はプリズム単
位、32は出射面である。なお、レンズ単位16、プリズム
単位40共に光源（ランプ）に平行な方向に延びる凸条の
線形状をなしている。

本発明の構成としては、導光体の少なくとも一つの側端
11を入射面とし、これと直交する面に前記レンズ単位16
を配した面を光出射面とし、かつ該出射面の反対面に反
射層13を備えた第１のエレメント50と、上記第１のエレ
メント50からの出射光を入射させ、かつ所定の方向に光
を出射させるプリズム単位40を配した入射面と該プリズ
ム単位40からの光を出射せしめる出射面32とを備えた第
２のエレメント51とから構成されている。各レンズ単位
16から出射した光はそれぞれ光線54,55のように出射さ
れ、ψ_６とφ_６とをほぼ同じになるようにレンズ単位及
びプリズム単位を設定することにより、目的を達成する
ことができる。

第２図は前述したように、第１のエレメントの出射光が
法線に対称に60°で出射し、第２のエレメント51のプリ
ズム単位の角度（第８図のθ_１，θ_２）をθ_１＝θ_２＝
30°とした場合の実施例を示す図である。この実施例に
よれば、光線56,57のように、第２のエレメントの出射
面32からの出射光を法線方向に集束することができる。

本発明の素子を構成する材料としては、小型軽量の目的
から光の導光体として可視光透過率の最も大きいアクリ
ル樹脂が好適であるが、これに限定する必要はない。

また、光源14としては、小型の蛍光灯を用いるが、連続
した形状の線状光源（例えば、フィラメントランプ）で
あってもかまわない。

次に、第１のエレメントにより第１次の出射角が、法線
に対して対称になる場合のプリズム角の決定例を示す。
法線に非対称な場合も光の入射角を左、右変えることで
簡単に計算出来る。なお、ｎはエレメントを構成する材
料の屈折率である。

プリズムの左側より入射の場合（記号は総て第８図（ａ）による）（ｉ）90°−ψ＜θ_１，φ_１＝（θ_１＋ψ）−90, sinφ_２＝sin（θ_１＋ψ−90）/n, φ_５＝90−（２θ_２＋θ_１−φ_２）， sinφ_６＝ｎ×sinφ_５， φ_６＝sin^-1（ｎ×sinφ_５）（ii）90°−ψ＞θ_１，φ_１＝90−（θ_１＋ψ）， sinφ_２＝sin（90−θ_１−ψ）/n, φ_５＝90−（２θ_２＋θ_１＋φ_２）， sinφ_６＝ｎ×sinφ_５，（iii）90°−ψ＝θ_１，φ_１＝0, φ_５＝90−（２θ_２＋θ_１） sinφ_６＝ｎ×sinφ_５，プリズムの右側より入射（記号は総て第８図（ｂ）による）（iv）90°−ψ＜θ_２， ψ_１＝（θ_２＋ψ）−90, sinψ_２＝sin（θ_２＋ψ−90）/n, ψ_５＝（２θ_１＋θ_２−ψ_２）−90, sinψ_６＝ｎ×sinψ_５（ｖ）90°−ψ＞θ_２， ψ_１＝90−（θ_２＋ψ）， sinψ_２＝sin（90−θ_２＋ψ）/n, ψ_５＝（２θ_１＋θ_２＋ψ_２）−90, sinψ_６＝ｎ×sinψ_５（vi）90°−ψ＝θ_２，ψ_１＝0, ψ_６＝（２θ_１＋θ_２）−90, sinψ_６＝ｎ×sinψ_５また、プリズムの材質をアクリル樹脂で作ると屈折率は
ｎ＝1,49であり、プリズム40への入射角を法線に対し
て、対称でψ＝55°とすると、先の計算式によりプリズ
ムよりの出射角は法線の片側に集束する角度が得られる
（左、右の差が２°以内の計算例を示す）。

さらに、プリズムの材質をポリカーボネート樹脂で作る
と、屈折率はｎ＝1.59であり、アクリル樹脂同様の条件
で計算すると下記のようになる。

但し、ψ＝55°（左、右の出射角の差が２°以内の計算
例を示す）である。

以上の計算により、３インチ液晶カラーTV用の背面光源
を想定し、パネルサイズを横61mm×縦56mmとした。

第１のエレメントは、厚さ5mmの透明アクリル樹脂、第
２のエレメントは厚さ1mmのアクリル樹脂及びポリカー
ネート樹脂として以下の具体的な実施例を作成したが、
本発明はサイズ、厚み、材質共にこれに限定されるもの
ではないことは明らかである。

［詳細な実施例］｛１｝実施例１第１のエレメントとして、ピッチ0.38mm,レンズ曲面の
高さ0.051mm（第９図参照）のスムース曲面のマルチ線
状レンズの金型を用い、厚さ5mmのアクリル樹脂板に熱
プレスによりパターンを転写した。一方、ポータブル液
晶TVの画面の有効視野角、法線よりの傾き角（第３図参
照）を測定して、出射角を画面法線に対して15°（ψ_６
＝φ_６）になる様に決定し、プリズム角を左側35°（＝
θ_１）右側22°（＝θ_２）とした（第８図（ａ），
（ｂ）参照）。そして、その設定のプリズムの先端角
（＝θ_１＋θ_２）57°のマルチプリズムパターンで、且
つピッチ0.38mmの金型を作成し、熱プレスにより厚さ1m
mのアクリル樹脂板に熱転写し第２のエレメントとし
た。各々のエレメントを所定サイズに切断した。

次に、第１のエレメントの横61mmの２辺を常法により研
磨し、縦56mmの２辺は粘着剤つきアルミニウム蒸着膜付
きポリエステルフィルムを貼りつけ、転写したレンズ面
の対面には銀蒸着膜付きポリエステルフィルムを配設し
た。第１のエレメントの横61mmの２辺に沿って、径8mm,
長さ90mmのランプ（（株）エレバム製FLE−8.90AD1P3）
をアルミニウム箔をリフレクターとして巻きつけ、DC5V
でインバータを介して点灯した。第１のエレメントの中
央部をランプ側、及び中心点（第７図（ａ）参照）の各
々について輝度計（（株）ミノルタ製輝度計nt−１）で
法線に対して角度を変えて測定し、出射光分布を求めた
（第７図（ｂ）参照）。そのようにして求めたデータが
前述した第６図（ａ），（ｂ）である。それらの点のピ
ーク輝度値を第１表に示す。

さらに、第１のエレメントの上に、第２のエレメントの
プリズム側を第１のエレメントのレンズ側に合わせて配
設し、ランプ辺に沿って約5mm巾の両面粘着テープで固
定し、第１のエレメントと同様の測定を全く同じ方法で
行ない、出射光分布を求めた。そのデータを第10図
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。又、それらの点のピー
ク輝度値とピーク出射角を第２表に示す。

出射角ピークは12〜20°に集中光となって居り、分布角
は約40°であった。

尚、本実施例で使用したランプの点灯状態に於ける管面
輝度値は10000cd/m²であった。

｛２｝実施例−２第１のエレメントは実施例−１と同じ物を使用し、第２
のエレメントの転写用の金型は実施例−１と同じ物を使
用し、材質のみを厚さ1mmのポリカーボネート樹脂で作
成して、実施例−１と全く同様のセッティングで出射光
の角度分布を輝度値で測定した。そのデータを第11図
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。又、それらの点のピー
ク輝度値とピーク出射角を第３表に示す。

｛３｝実施例−３第１のエレメントは実施例−１と同じ物を使用した。出
射角を法線方向と同一方向にする為に、は出射角が60°
であることが必須条件であるが、第６図（ａ），（ｂ）
を見ても出射角60°でピーク値の90％以上の輝度値があ
ることからプリズム角をθ_１＝θ_２＝30°とし、ピッチ
0.38mmのマルチプリズムパターンの金型を作成し、熱プ
レスで厚さ1mmのアクリル樹脂に熱転写し第２のエレメ
ントとした。

実施例−１と全く同様のセッティングをし、出射角の角
度分布を輝度値で測定した。そのデータを第12図
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。又、それらの点のピー
ク輝度値とピーク出射角を第４表に示す。

｛４｝比較例アクリル系樹脂ペレット（三菱レイヨン社製、ハイペッ
トHBS［登録商標］にルチル型酸化チタンを重量で1.5％
ドライブレンドし、通常の押出機で50μ厚のフィルムを
作成した。該フィルムを無機ガラス平板上に空気泡の入
らぬ様に延展し、メチルメタクリレートで仮止めした
後、常法通り重合固化して厚さ5mmのアクリル樹脂板を
得た。

｛５｝比較評価この様にして作られた比較例の板を横61mm×縦56mmに切
断し、横61mmの２辺を常法により研磨し縦56mmの２辺は
粘着剤つきアルミニウム蒸着膜付きフィルムを貼りつ
け、板表面に形成されている白色の薄層の対面に銀蒸着
膜付きポリエステルフィルム（実施例−１と同様）を配
設した。次いで実施例−１の第１のエレメントの測定法
と全く同じ方法で評価を行なった。そのデータを第13図
（ａ），（ｂ）に示す。又、それらの点輝度値を第５表
に示す。

｛６｝まとめ例えば、第10図（ａ），（ｂ），（ｃ）と第13図
（ａ），（ｂ）を比較してみればわかるように、比較例
が全方向に均一に光が出射する特性を有しているのに対
し、本発明の面光源素子は特定方向に集中光を得ること
ができ、かつ中心点のピーク輝度値が約3.5倍の高輝度
値を得ることができる利点を有していることがわかる。

［詳細な実施例２］｛１｝各種の第１のエレメントの作製前述したように、第１のエレメントのレンズ16の形状は
特定方向に出射光が集中し、出射光分布ができるだけ小
さく且つ出射光量の多いレンズ形状なら良く、特に限定
されるものではない。そのようなレンズ形状の例とし
て、上記詳細な実施例１の凸状シリンドリカルレンチキ
ュラーレンズの第１のエレメントも含めて、以下のよう
な第１のエレメントを作成した。

（１）第９図に示す凸状シリンドリカルレンチキュラー
レンズと略同形のものピッチＰ＝0.38mm、高さＨ＝0.05mm、第１のエレメントの厚さｔ＝6mm、で構成されるもの。

（２）三角柱状レンチキュラーレンズ第14図に示すような形状であって、ピッチＰ＝0.5mm、頭頂角θ＝25°、第１のエレメントの厚さｔ＝6mm、で構成されるもの。

（３）凹状レンチキュラーレンズ第15図に示すような形状であって、シリンドリカル状の凹ピッチＰ＝0.5mm、深さＤ＝0.06mm、第１のエレメントの厚さｔ＝6mm、で構成されるもの。

（４）多角錐状レンチキュラーレンズ第16図に示すような形状であって、ピッチP₁＝0.10mm,θ_１＝30°、ピッチP₂＝0.15mm,θ_２＝10°、ピッチP₃＝0.15mm,θ_３＝５°、全体のピッチＰ＝0.8mm、高さＨ＝0.097mm、第１のエレメントの厚さｔ＝6mm、で構成されるもの。

（５）異方性レンチキュラーレンズ異方性レンチキュラーレンズＡ第17図（ａ）に示すような形状であって、ピッチＰ＝0.41mm、高さH₁＝0.051mm、第１のエレメントの厚さｔ＝6mm、で構成されるもの。

異方性レンチキュラーレンズＢ第17図（ｂ）に示すような形状であって、ピッチＰ＝0.41mm、高さH₂＝0.102mm、第１のエレメントの厚さｔ＝6mm、で構成されるもの。

これらの第１のエレメントは、それぞれ所定の形状をし
た金型を用い、厚さ6mmのアクリル樹脂板に熱プレスに
よりパターンを転写して作成した。

｛２｝各第１のエレメントの出射特性第７図（ｂ）で述べた方法と同様の方法により、各第１
のエレメントの出射光輝度の角度分布を求めた。即ち、
第１のエレメントの横61mmの２辺を常法により研磨し、
縦56mmの２辺は粘着剤つきアルミニウム蒸着膜付きポリ
エステルフィルムを貼りつけ、転写したレンズ面の対面
には銀蒸着膜付きポリエステルフィルムを配設し、第１
のエレメントの横61mmの２辺に沿って、径8mm,長さ90mm
のランプ（（株）エレバム製FLE−8.90AD1P3）をアルミ
ニウム箔をリフレクターとして巻きつけ、DC5Vでインバ
ーターを介して点灯できるようにした。この場合の構成
を表面型と称する。なお、出射光輝度の角度分布を調べ
るにあたっては、第１のエレメント50のレンズ16が反射
面13側に向いており、レンズ16からの光を反射面13で反
射した後、出射面30から出射させる構成（以下、裏面型
と称する）をも採用できるか確かめるために、上記第１
のエレメント（１）〜（５）のレンズ面を鏡に向け、そ
の出射光輝度の角度分布を測定した。その測定の様子を
凹状レンチキュラーレンズの場合を例に取り、第18図に
示す。

出射光輝度の角度分布測定結果第９図に示すシリンドリカル凸状レンチキュラーレ
ンズと同形のものを採用した第１のエレメントの裏面型
の出射光輝度の角度分布を第19図（ｂ）に示す。対比例
として表面型の輝度分布を第19図（ａ）に示す。ピーク
輝度は裏面型の場合が法線から約70°方向、表面型の場
合が法線から70〜80°方向であった。

三角柱状レンチキュラーレンズを採用した第１のエ
レメントの表面型の出射光輝度の角度分布を第20図
（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を第20図（ｂ）に
示す。ピーク輝度は表面型の場合が法線から70〜80°方
向、裏面型の場合が法線から30〜35°方向であった。

シリンドリカル凹状レンチキュラーレンズを採用し
た第１のエレメントの表面型の出射光輝度の角度分布を
第21図（ａ）に示す。又、裏面型の角度分布を第21図
（ｂ）に示す。ピーク輝度は表面型，裏面型共に法線か
ら75〜80°方向であった。

凸多角錐状レンチキュラーレンズを採用した第１の
エレメントの表面型の出射光輝度の角度分布を第22図
（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を第22図（ｂ）に
示す。ピーク輝度は表面型，裏面型共に法線から75〜80
°方向であった。

異方性レンチキュラーレンズＡを採用した第１のエ
レメントの出射光輝度の角度分布を第23図（ａ）に示
す。又、異方性レンチキュラーレンズＢの輝度分布を第
23図（ｂ）に示す。ピーク輝度はＡの場合が法線から約
60°方向、Ｂの場合が法線から約50°方向であった。

｛３｝各面光源素子の作製上記のようにして得られた夫々の第１のエレメントの表
面上に、前記の第２のエレメント（詳細な実施例１で用
いたものと略々同じ）を形状に対応させて載置し、出射
面30側に第１のエレメントのレンズ面16がある構成の面
光源素子（表面型）を作製した。

これに対し、夫々の第１のエレメントについてレンズ面
側に銀蒸着膜付きポリエステルフィルムを配設し、レン
ズ面の対面上に、前記の第２のエレメント（詳細な実施
例１で用いたものと略々同じ）を形状に対応させて載置
し、レンズ面16が出射面30とは反対側にある構成の面光
源素子（裏面型）を作製した。それら面光源素子の一例
として凹状レンチキュラーレンズを使用した表面型、裏
面型の面光源素子をそれぞれ第24図（ａ），（ｂ）に示
す。

｛４｝各面光源素子の輝度等の測定上記のような夫々の面光源素子について、ピーク輝度と
その角度及び分布角を調べた。その結果を第６表に示
す。ここで分布角とは、輝度がピーク輝度の50％となる
までの角度範囲をいう。

第６表からわかるように、凸レンチ、三角柱、凹レン
チ、凸多角錐の夫々のレンズ単位を有した第１のエレメ
ントを備えた面光源素子においては、裏面型は表面型に
比べて、若干輝度が落ちるもののこの差は僅少であり、
充分実用に供することができるものである。

｛５｝各面光源素子の出射光分布上記各面光源素子について、中央部（第７図（ａ）の
位置）の出射光分布を前述の第１のエレメントの出射光
分布の測定に準じて測定した。

第９図に示すシリンドリカル凸状レンチキュラーレ
ンズと同形のレンズ単位を有する第１のエレメントを採
用した面光源素子の裏面型の出射光輝度の角度分布を第
25図（ｂ）に示す。対比例として表面型の輝度分布を第
25図（ａ）に示す。出射角ピークは表面型の場合が15〜
20°に集中光となっており、分布角は約57°であった。
また、裏面型の場合の出射角ピークは裏面型の場合が15
〜20°に集中光となっており、分布角は約77°であっ
た。

三角柱状レンチキュラーレンズを採用した第１のエ
レメントの表面型の出射光輝度の角度分布を第26図
（ａ）に示す。又、表面型の輝度分布は第26図（ｂ）に
示す。出射角ピークは表面型の場合が13〜15°に集中光
となっており、分布角は約75°であった。また、裏面型
の場合の出射角ピークは15〜17°に集中光となってお
り、分布角は約90°であった。

シリンドリカル凹状レンチキュラーレンズを採用し
た第１のエレメントの表面型の出射光輝度の角度分布を
第27図（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を第27図
（ｂ）に示す。出射角ピークは表面型の場合が13〜15°
に集中光となっており、分布角は約60°であった。ま
た、裏面型の場合の出射角ピークは13〜15°に集中光と
なっており、分布角は約65°であった。

凸多角錐状レンチキュラーレンズを採用した第１の
エレメントの表面型の出射光輝度の角度分布を第28図
（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を第28図（ｂ）に
示す。出射角ピークは表面型の場合が15〜17°に集中光
となっており、分布角は約85°であった。また、裏面型
の場合の出射角ピークは13〜15°に集中光となってお
り、分布角は約65°であった。

異方性レンチキュラーレンズＡを採用した第１のエ
レメントの出射光輝度の角度分布を第29図（ａ）に示
す。又、異方性レンチキュラーレンズＢの輝度分布を第
29図（ｂ）に示す。出射角ピークはＡの場合が15〜17°
に集中光となっており、分布角は約95°であった。ま
た、Ｂの場合の出射角ピークは13〜17°に集中光となっ
ており、分布角は約55°であった。

｛６｝まとめ第19図〜第23図のように第１エレメントの出射光が法線
にたいして対象、非対象にかかわらず、第２エレメント
の形状を最適に設定すれば、第25図〜第29図及び第６表
に示すように所定の出射角に集中光として出射させ、且
つ実用上充分な輝度（全方向出射の２〜3.5倍）を得る
ことができる。

［発明の効果］以上、説明したように、本発明に係る面光源素子によれ
ば、液晶カラーTVの様な小型でしかも視野角が小さく、
しかも視野が限定される様な表示器の背面照明として
は、薄型（ランプの径と同程度）で、光源のワット数を
増加することなく集中光が簡単に得られる最適の光源装
置を提供できる。

本質的に拡散光源である蛍光灯を用い軽便に集中光
が得られ且つ、集中光の出射方向を簡単に自由に決める
ことが出来る（凸レンズで焦点を出すのと非常に良く似
た現象を実現出来る）。

の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はそれぞれ本装置の面光源素子の断面図
である。第３図は液晶カラーTVの観視状態に於ける相対角度を示
す図である。第４図は従来の面光源装置の断面図である。第５図（ａ），（ｂ）は本装置の第１のエレメントの斜
視図及び断面図である。第６図（ａ），（ｂ）は、実施例−１の第１のエレメン
トの出射光輝度の角度分布を示す図である。第７図（ａ）は本装置（ランプセット後）の正面図（
は以後の測定点）であり、（ｂ）は（ａ）図のＡ−
Ａ′断面図であり、測定方法の概念図である。第８図は第１のエレメントより出射光のピーク光がプリ
ズムに入射した時の光路解析図である。第９図は、第１のエレメントのレンズ単位の一例を示す
図である。第10図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、実施例−１の本装置
の出射光輝度の角度分布を示す図である。第11図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、実施例−２の本装置
の出射光輝度の角度分布を示す図である。第12図（ａ），（ｂ），（ｃ）は、実施例−３の本装置
の出射光輝度の角度分布を示す図である。第13図（ａ），（ｂ）は、比較例の光源装置の出射光輝
度の角度分布を示す図である。第14図は第１のエレメントのレンズ単位が三角柱状レン
チキュラーレンズである場合を示す図である。第15図は第１のエレメントのレンズ単位がシリンドリカ
ル凹状レンチキュラーレンズである場合を示す図であ
る。第16図は第１のエレメントのレンズ単位が凸多角錐状レ
ンチキュラーレンズである場合を示す図である。第17図（ａ），（ｂ）はそれぞれ第１のエレメントのレ
ンズ単位が異方性レンチキュラーレンズである場合を示
す図である。第18図はレンズ面を鏡に向け、その出射光輝度の角度分
布を測定する様子を示す図である。第19図（ａ），（ｂ）はそれぞれシリンドリカル凸状レ
ンチキュラーレンズの表面型、裏面型の出射光分布を示
す図である。第20図（ａ），（ｂ）はそれぞれ三角柱状レンチキュラ
ーレンズの表面型，裏面型の出射光分布を示す図であ
る。第21図（ａ），（ｂ）はそれぞれシリンドリカル凹状レ
ンチキュラーレンズの表面型、裏面型の出射光分布を示
す図である。第22図（ａ），（ｂ）はそれぞれ凸多角錐状レンチキュ
ラーレンズの表面型、裏面型の出射光分布を示す図であ
る。第23図（ａ），（ｂ）はそれぞれ異方性レンチキュラー
レンズA,Bの出射光分布を示す図である。第24図（ａ），（ｂ）はそれぞれシリンドリカル凹状レ
ンチキュラーレンズを使用した表面型、裏面型の面光源
素子を示す図である。第25図（ａ），（ｂ）はそれぞれシリンドリカル凸状レ
ンチキュラーレンズを有する面光源素子の表面型、裏面
型の出射光分布を示す図である。第26図（ａ），（ｂ）はそれぞれ三角柱状レンチキュラ
ーレンズを有する面光源素子の表面型、裏面型の出射光
分布を示す図である。第27図（ａ），（ｂ）はそれぞれシリンドリカル凹状レ
ンチキュラーレンズを有する面光源素子の表面型、裏面
型の出射光分布を示す図である。第28図（ａ），（ｂ）はそれぞれ凸多角錐状レンチキュ
ラーレンズを有する面光源素子の表面型、裏面型の出射
光分布を示す図である。第29図（ａ），（ｂ）はそれぞれ異方性レンチキュラー
レンズA,Bを有する面光源素子の出射光分布を示す図で
ある。 16:レンズ単位 40:プリズム単位 13:反射面 14:光源 15:リフレクター 50:第１のエレメント 51:第２のエレメント 30:出射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭52−109392（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−141598（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−86197（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−57068（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−158367（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−73618（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−162272（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−87315（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つの側端を入射面とし、これ
と直交する面を光出射面とし、かつ出射面の反対面に反
射層を備えた第１エレメントと上記第１のエレメントからの出射光を入射させる入射面
と所定の方向に光を出射させる出射面とを備えた第２の
エレメントとから構成され、上記第１のエレメントの光出射面には光の進行方向に直
交し所定方向に光を出射させる多数のレンズ単位を有し
ており、かつ上記第２のエレメントの入射面には多数の
プリズム単位が形成されていることを特徴とする面光源
素子。