JPH10206643A

JPH10206643A - 面状光源装置

Info

Publication number: JPH10206643A
Application number: JP9020958A
Authority: JP
Inventors: Shingo Suzuki; 信吾鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、光の損失を最小限に抑え、高効率
で高輝度な面状光源装置を提供する。【解決手段】光散乱パターンの曇価を限定することに
よって、主光線が集束している光線をプリズム板１２に
入射させ、プリズム板１２から出射する光線の主光線が
正面方向となるような、プリズム板１２のプリズム単位
Ｐの傾斜角度θ₂，θ₃ およびプリズム板１２に入射す
る光線の入射角度θ₀ との関係に基づいてプリズム板１
２を構成している。このため光線を、プリズム単位Ｐの
光線方向変換面１４で屈折させて、面状光源装置の画面
垂直方向に進行させることができるので、高輝度な面状
光源装置が実現可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、看板や各種表示装
置等の背面照明手段に用いる薄型の面状光源装置に関す
るものであり、特に、液晶表示装置の背面照明手段とし
て用いられる面状光源装置の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ等の表示装置とし
て、軽量かつコンパクト化のニーズに応えるべく薄型で
見やすい背面光源機構を有する液晶表示装置が用いられ
ている。このような背面光源機構を実現する手段とし
て、図１０に示すサイドライト方式（導光板方式）の面
状光源装置の説明をする。２１は、面状光源装置の光源
として冷陰極管（ＣＣＦＬ）または熱陰極管（ＨＣＦ
Ｌ）等を用いる直線状の光源ランプである。透光性の高
い材料で形成される樹脂基板２２は断面形状ほぼ矩形で
あり、その一側端面２３に沿って、前記光源ランプ２１
を所定距離をおいて配置させる。

【０００３】光源ランプ２１の周面において一側端面２
３と対向しない周面は、銀等を蒸着したランプリフレク
タ２４で覆われている。ランプリフレクタ２４を設ける
ことによって、光源ランプ２１の発光光線の多くは、一
側端面２３から樹脂基板２２内に進入することができ
る。そして、樹脂基板２２の一側端面２３以外の側面
（例えば、図１０および図１１に示す一側端面２３の対
向面である側端面２５）には、反射テープ等からなる反
射材２６が付加されている。

【０００４】樹脂基板２２の裏面２７（図１０の下方）
には、光源ランプ２１からの距離に左右されることな
く、面状光源装置の画面を均一に発光させるための光散
乱パターン２８（詳細後述）が形成されており、そのさ
らに下方には、反射板２９が配置されている。これら反
射材２６や反射板２９を設けることにより、樹脂基板２
２の側面や裏面２７に向かって進行する光線を、樹脂基
板２２の内部に進行するように反射させ、樹脂基板２２
の表面３０（図１０の上方）以外の面から光線が放出す
ることを防止している。

【０００５】そして、樹脂基板２２の表面３０には、そ
の全面を覆うように拡散板３１が設けられている。拡散
板３１は、光散乱パターン２８によって反射および拡散
される光線に起因する、光散乱パターン２８のみが輝い
て見える現象（通常、これをドットイメージという）を
除去するために設けられている。

【０００６】前記光散乱パターン２８は、例えば、特開
平５−１３４２５１号に開示されるように、光拡散反射
物質を含んだ媒体をドット状に、樹脂基板２２の裏面２
７全面に渡ってスクリーン印刷方式で塗布されている。

【０００７】図１１に示すように、光散乱パターン２８
は、光源ランプ２１が配設されている一側端面２３から
その対向面である側端面２５に向かうにつれて、ドット
の径が徐々に大きくなるように印刷されているので、光
源ランプ２１から遠くなるにしたがって、裏面２７の単
位面積当たりに、光拡散反射物質を含んだ媒体が占める
割合が多くなる（以下、単位面積当たりに所定物質が占
める割合を面積密度という）。光散乱パターン２８は、
図１１において、断面ではないが判りやすいように斜線
を施した。

【０００８】このように、樹脂基板２２の裏面２７に形
成した光拡散反射物質を含んだ媒体を塗布して施す光散
乱パターン２８の面積密度を変えると、樹脂基板２２の
表面３０から放出する光線量を変化させることができる
ので、光源ランプ２１に近い部分のみが明るく発光する
ことがない。

【０００９】また、上述のように、スクリーン印刷方式
にて樹脂基板２２に施される光散乱パターン２８に代え
て、例えば特願平７−２０８４６１号に示すように、樹
脂基板２２の裏面２７に直接微小な凹凸面を形成して、
その凹凸面によって光を拡散および／または反射させる
光散乱パターン２８（図１２参照）を形成することによ
り、上述の光散乱パターン２８と同等の機能を発揮させ
ることも可能である。

【００１０】ところで、上述の拡散板３１は、拡散板３
１内部を進行する光線を拡散させる性質を有するので光
線を重ね合わせることになり、ドットイメージを除去す
ることができる。したがって、拡散板３１の拡散性を増
加させるとドットイメージは、より除去されやすくなる
が、同時に、光線が拡散してしまうことになるので輝度
が低下してしまう。このため、ドットイメージを除去可
能な範囲で拡散性の最も低い拡散板３１が選択されてい
る。

【００１１】これに代えて、例えば特願平８−９７６３
３号に示すように、図１２および図１３の面状光源装置
が開示されている。その構成は、図１０および図１１に
示す面状光源装置とほぼ同一であるが、拡散板３１を樹
脂基板２２の表面３０に設ける代わりに、光散乱パター
ン２８の形状を視認不可能なまでに微細化したパターン
とするものである。このように微細化した光散乱パター
ン２８を施すと、樹脂基板２２の内部を進行する光線が
光散乱パターン２８で拡散および／または反射しても、
光散乱パターン２８のパターンが細かいので、光散乱パ
ターン２８のみが輝いて見えることはない。

【００１２】ここで、図１２および図１３に示す光散乱
パターン２８は、スクリーン印刷方式にて施す光散乱パ
ターン２８（図１０参照）とほぼ同一に機能する微小な
凹凸面によって形成されている。また、図１２において
樹脂基板２２の形状は、光源ランプ２１の一側端面２３
から遠ざかるにつれて厚みが減じるほぼ楔状である。こ
のような樹脂基板２２とした場合には、樹脂基板２２の
軽量化に有効である。

【００１３】図１４は、このように構成されたサイドラ
イト方式の面状光源装置における光線の進行状態を説明
するための模式的な断面図である。上述した構成の面状
光源装置において、光源ランプ２１からの発光光線は、
一側端面２３に対向する面以外を覆うランプリフレクタ
２４に反射することによって、その多くが樹脂基板２２
の内部へと進行する。

【００１４】裏面２７に向かって進行する光源ランプ２
１からの発光光線は、樹脂基板２２の裏面２７にて反射
されるか、光散乱パターン２８にて拡散および反射され
るか、または、裏面２７および光散乱パターン２８を通
過し下方の反射板２９にて反射され、表面３０へ向かっ
て進行する。そして、表面３０の上方に備わる拡散板３
１を透過する。このとき、拡散板３１内を進行する光線
は、ある程度拡散されることによってドットイメージが
除去される。一方、表面３０に向かって進行する光源ラ
ンプ２１からの発光光線は、樹脂基板２２の表面で、そ
の多くが反射され、裏面２７に向かって進行する。

【００１５】このように、樹脂基板２２内を進行する光
線は、樹脂基板２２の表面３０および裏面２７、反射材
２９の境界面にて反射を繰り返しながら進行する。以
下、画面上に放出されるまで繰り返す。ここで、光散乱
パターン２８にて拡散および反射される光線の多くは、
境界面にて反射されない所定角度で進行するため画面上
に放出される。

【００１６】光散乱パターン２８に上述した面積密度の
分布を与えていることにより、樹脂基板２２内を進行す
る光線は、光源ランプ２１から遠くなるにつれ、光散乱
パターン２８で反射される率が多くなるので、光源ラン
プ２１の配置位置にかかわらず均一な画面発光の面状光
源装置が実現可能となっている。

【００１７】ところで、前記光散乱パターン２８の拡散
性が大きい場合には、樹脂基板２２の表面３０から出射
する光線は、進行方向の角度分布が広くなるので、面状
光源装置の正面方向（以下、観測位置という）からは、
比較的明るく観測されるが、この場合、拡散性が大きい
ために光散乱パターン２８による吸収損失が大きくなる
という問題がある。このため、光散乱パターン２８の拡
散性を低下させると、樹脂基板２２の表面３０から出射
する光線の主光線の進行方向は、画面垂直方向に対して
所定角度θ₀ （図１４参照）傾きを持つ。このような場
合には、観測位置からは、画面が暗く観測されてしま
う。

【００１８】この角度θ₀ の主光線を画面垂直方向に変
換して輝度の向上を図る手段として、実用新案登録公報
第２５０７０９２号に開示されているように、図１５に
示す面状光源装置が考案されている。図１５に示す面状
光源装置の構成は、図１０に基づいて説明した面状光源
装置とほぼ同一であるが、拡散板３１の画面側（図１５
の上方）を覆うようにプリズム板３２を設けた点が異な
る。プリズム板３２には、断面形状三角形のプリズム単
位Ｐを配設させたプリズム列が備わり、このプリズム単
位Ｐで光線を反射させることにより、画面上に放射する
光線の放出角度を画面垂直方向へ変換させることができ
る。

【００１９】図１６は、図１５に示す面状光源装置にお
いて、プリズム板３２への光線の進行を模式的に示した
図である。この図において、図示しない光源ランプは、
右側に位置しているので、プリズム板３２に入射する光
線は、プリズム単位Ｐにおける左側の面（以下、光線方
向変換面３３という）に進行する。図１５において、拡
散板３１から出射する光線は、その上方に設けられるプ
リズム板３２に入射するので、そのプリズム板３２への
入射角度（すなわち拡散板３１からの出射角度）を角度
θ₀ とする。なお、拡散板３１を設けない場合には、樹
脂基板２２から出射した光線がプリズム板３２へ入射す
るが、角度θ₀ は上述と同様に考えてよい。

【００２０】このとき、光線方向変換面３３のプリズム
板３２の水平面に対する傾斜角度をθ₁ とする。傾斜角
度θ₁ は、下記の数式１によって求まるということが数
学的に既知である。

【００２１】Ｓｉｎθ₁ ＝Ｓｉｎθ₀ ／｛ｎ² ＋１−２
（ｎ² −Ｓｉｎ² θ₀ ）^1/2 ｝^1/2

【００２２】上記の数式１において、ｎは、基材の屈折
率、すなわちプリズム板３２の屈折率である。プリズム
板３２は屈折率１．４９のアクリル樹脂で作成し、角度
θ₀ が５０°のとき、上記数式１にて傾斜角度θ₁ を計
算すると、およそ７０°となる。

【００２３】この数式１にて得られる傾斜角度θ₁ を有
するプリズム板３２について、図１７および図１８の模
式図に基づいて、以下に検討する。ここでは、上述の計
算によって求めた条件（ｎ＝１．４９、角度θ₀ ＝５
０、傾斜角度θ₁ ＝７０）のプリズム板３２について検
討を行った。

【００２４】図１７に示すように、プリズム板３２の水
平面に垂直方向の垂線Ａを考え、光線の入射方向を＋側
と定義する。傾斜角度θ₁ が７０°のとき、−側の出射
範囲は−２０°が最大となり、−２０°に近づくにした
がって、光線が屈折する際のフレネル反射損失が増大す
る。さらに、光線が全反射されることによって、光線の
進行方向を変換することができない領域ができてしま
う。

【００２５】そして、図１８に示すように、傾斜角度θ
₁ を７０°として、プリズム板３２に入射する角度θ₀
を変化させて、光線方向変換面３３からの主光線の出射
角度ψおよび光線の透過率を測定し、その関係を図１９
に示す。図１９に示す図表から明らかなように、傾斜角
度θ₁ を７０°としたプリズム板３２を用いた場合に
は、出射角度ψは、ほぼ−２０°から＋２０°の範囲と
なっているので、画面上から観測する際の視野角度が極
端に狭いことが判った。そして、出射角度ψの幅が大き
くなる場合には、光線透過率が著しく低下するため、効
率が低下することが判った。

【００２６】上述した図１５の面状光源装置に代えて、
図２０に示す面状光源装置が特公平７−２７１３６号に
開示される面状光源装置が発明されている。この面状光
源装置は、図１５に示す面状光源装置とほぼ同一の構造
であるが、プリズム板３２の配置が異なっており、プリ
ズム板３２のプリズム単位Ｐを樹脂基板２２に当接する
向きに配置している。

【００２７】このようにプリズム板３２を配置すると、
図２１の光線の進行方向を示す模式図に示すように、プ
リズム単位Ｐを構成する面は、それぞれプリズム板３２
に入射する光線が進行する入射面３４と光線方向変換面
３３’を構成することになる。ここで、入射面３４の傾
斜角度をθ₂ 、光線方向変換面３３’の傾斜角度をθ₃
と定める。

【００２８】該特公平７−２７１３６号の実施例には、
面状光源装置として好適に使用されるプリズム単位Ｐの
条件としては、角度θ₀ が５５°で、プリズム板３２を
アクリル樹脂で作製した場合に、傾斜角度θ₂ が５８°
ないし４８°のとき、傾斜角度θ₃ を６５°ないし７５
°とし、傾斜角度θ₂ が６５°ないし７５°のとき、傾
斜角度θ₃ を５８°ないし４８°であることが開示され
ている。この代表的な形状として、傾斜角度θ₂ を５５
°、傾斜角度θ₃ を６８°としている。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】ここで、特公平７−２
７１３６号のに開示されている傾斜角度θ₂ を５５°、
傾斜角度θ₃ を６８°としたプリズム単位Ｐを有するプ
リズム板３２内の光線の進行を検討する。

【００３０】図２２に示すように、上記のようにプリズ
ム単位Ｐの入射面３４および光線方向変換面３３’を決
定すると、プリズム板３２からの出射光線は、正面方向
に大して１５°右側に傾斜している。プリズム板３２に
入射する光線の角度θ₀ ＝５５°とすると、入射面３４
から入射する光線のうち光線方向変換面３３’に進行す
る光線帯Ｂは所望の角度でプリズム板３２から放射され
るが、光線方向変換面３３’に進行しない光線帯Ｃは、
プリズム板３２の境界面（図２２の上方）に進行するた
め損失になってしまうという問題がある。

【００３１】このため、図１５に基づいて説明した面状
光源装置と比較して、視野角度の制約はなくなるもの
の、依然として効率の点で満足できるものではなかっ
た。すなわち本発明は、上記問題点を解決するために種
々の検討の結果至ったものであり、プリズム板を用いて
画面の正面方向に光線を進行させる際に、より高効率に
光線を進行させ得るプリズム板を提供し、これにより電
力消費を低下させ、かつ高輝度な面状光源装置を提供す
ることを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段として、請求項１の発明では、透光性材料からなる樹
脂基板の少なくとも一面以上の側端面付近に光源ランプ
を当接させて構成するサイドライト方式の面状光源装置
において、プリズム単位を等間隔に備えるプリズム板
を、該プリズム単位のある面を前記樹脂基板に当接する
向きに前記樹脂基板の表面に設け、さらに、前記光源ラ
ンプから発する光線がプリズム板に入射する際の入射面
の角度を７０°以上とし、光線を反射させる光散乱パタ
ーンを前記樹脂基板の裏面に設け、該散乱パターンの曇
価を８０％以下としたことを特徴とする面状光源装置で
ある。

【００３３】請求項２の発明では、前記プリズム板の上
部および下部に拡散板を設けたことを特徴とする。

【００３４】請求項３の発明では、前記樹脂基板は、光
源ランプを当接した側端面から遠ざかるにつれて厚みが
減じる断面形状ほぼ楔形であることを特徴とする。

【００３５】請求項４の発明では、前記光散乱パターン
は、光散乱物質を含有するインクを用いて樹脂基板に印
刷されることを特徴とする。

【００３６】請求項５の発明では、前記光散乱パターン
は、前記樹脂基板の裏面に微小な凹凸面を施すことによ
って形成されることを特徴とする。

【００３７】請求項６の発明では、前記プリズム板のプ
リズム単位は、光線が入射する前記入射面と該入射面か
ら入射した光線が進行する光線方向変換面を備えてお
り、前記入射面の傾斜角度θ₂ 、前記光線方向変換面の
傾斜角度θ₃ およびプリズム板へ光線が入射する角度θ
₀ との関係が θ₃ ＝９０°＋［Ｓｉｎ^-1｛Ｓｉｎ（θ₂ −θ₀ ）／
ｎ｝−θ₂ ／２を満たすことを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態として
の面状光源装置は、図１ないし図３に示される。図１お
よび図３に示すように、１は、直線状の光源である光源
ランプである。透光性の高い材料で形成される樹脂基板
２は断面形状ほぼ矩形であり、その一側端面３に沿っ
て、前記光源ランプ１を所定距離をおいて配置させる。
樹脂基板２の一側端面３に対向する以外の光源ランプ１
の周面は、銀等を蒸着したランプリフレクタ４で覆われ
ている。そして、樹脂基板２の一側端面３以外の側面
（例えば、一側端面３の対向面である側端面５）には、
反射材６が設けられている。

【００３９】樹脂基板２の裏面７（図１の下方）には、
面状光源装置の画面を均一に発光させるための光散乱パ
ターン８が、図３に示すパターン形状にスクリーン印刷
方式または塗布にて形成されており、そのさらに下方に
は、反射板９が配置されている。そして、樹脂基板２の
表面１０には、その全面を覆うようにドットイメージを
除去するために拡散板１１が設けられている。さらにそ
の上方には、本発明の要部であるプリズム板１２が、樹
脂基板２に対向する向きにプリズム単位Ｐを位置させて
設けられている。ここで、プリズム板１２を構成するプ
リズム単位Ｐは、後述する条件に基づいて作製されてい
るものとする。

【００４０】プリズム板１２のプリズム単位Ｐの角度に
ついて、以下に説明する。本実施の形態では、光散乱パ
ターン８の曇価を７０％として形成した面状光源装置に
ついて説明する。プリズム板１２のプリズム単位Ｐは、
樹脂基板２に対向する向きに配置されているので、プリ
ズム板１２に入射する光線は、図２の光線の進行方向を
示す模式図に示すように、プリズム単位Ｐを構成する面
は、それぞれプリズム板１２に入射する光線が進行する
入射面１３と光線方向変換面１４を構成する。入射面１
３の傾斜角度をθ₂ 、光線方向変換面１４の傾斜角度を
θ₃ と定める。

【００４１】そして、図２に示すように、入射面１３か
ら入射する光線の主光線を、すべて光線方向変換面１４
に進行させ、かつ、画面に対して垂直である正面方向へ
屈折させてプリズム板３２から光線を放出させるため
に、傾斜角度θ₂ 、傾斜角度θ₃ およびプリズム板１２
へ光線の入射する角度θ₀ との関係を以下に示す数式２
として導き出した。上記所望のプリズム板１２とするた
めには、プリズム単位Ｐは、数式２をほぼ満足する。

【００４２】θ₃ ＝９０°＋［Ｓｉｎ^-1｛Ｓｉｎ（θ₂
−θ₀ ）／ｎ｝−θ₂ ／２

【００４３】上記の数式２において、ｎは、基材の屈折
率、すなわちプリズム板１２の屈折率である。上記数式
２によって導き出される傾斜角度θ₂ 、傾斜角度θ₃ お
よび角度θ₀ との関係を図４の（ａ）および（ｂ）の図
表に示す。図４（ａ）は、プリズム板１２を屈折率１．
４９のアクリル樹脂で作製した場合であり、一方、図４
（ｂ）は、プリズム板１２を屈折率１．４９のアクリル
樹脂で作製した場合である。

【００４４】上記の数式２を満たすプリズム単位Ｐを備
えるプリズム板１２とすることで、所定の角度θ₀ で入
射する光線を正面方向に屈折させることができ、かつ、
その入射光線の主光線はすべて光線方向変換面１４に進
行するので、損失をなくすことができる。

【００４５】続いて、本発明の第二の実施の形態とし
て、図５および図６に示す面状光源装置を示す。第一の
実施の形態と異なる箇所は、樹脂基板２の形状、およ
び、光散乱パターン８のみであるから相違点のみ説明す
る。樹脂基板２の形状は、光源ランプ１の一側端面３か
ら遠ざかるにつれて厚みが減じるほぼ楔状とした。この
ような形状の樹脂基板２とした場合には、軽量化が図れ
るために有効である。

【００４６】また、光散乱パターン８は、スクリーン印
刷にて樹脂基板２の裏面７に部分的に微小な凹凸面を施
し粗面化することによって形成されている。図６に示す
ように、凹凸面にで形成される光散乱パターン８の場合
には、図３に示す光散乱パターン８と比較してパターン
形状を微細化できるため、ドットイメージが確認されな
いので、拡散板１１を設けなくてよい。

【００４７】この面状光源装置においても、数式２を満
たすプリズム単位Ｐを備えるプリズム板１２とすること
で、所定の角度θ₀ で入射する光線を正面方向に屈折さ
せることができ、かつ、その入射光線の主光線はすべて
光線方向変換面に進行するので、損失をなくすことがで
きる。

【００４８】本発明を実施する場合において、プリズム
板１２に用いる素材としては、光線を効率よく通過させ
る物質であればよいが、光線の透過距離がほぼプリズム
板１２の板厚と同一でごく短いので、樹脂基板２に用い
る素材ほどの透明性は要求されない。このため、アクリ
ル樹脂のほかに、樹脂基板２に用いられる素材（後述）
のほか、ベースフィルムとプリズム部分を別部材で構成
してもよい。

【００４９】また、プリズム板１２の作成方法は、切削
および研削等の機械加工またはキャスト成形（ＵＶ硬化
樹脂によってプリズム部分をベースフィルムに付加する
方法も選択可能）、押し出し成形、熱加圧成形、射出成
形等の各種成形方法が適用可能である。

【００５０】樹脂基板２の素材としては、光を効率よく
通過させる物質であれば良く、その透明性、加工性から
アクリル樹脂が最も適している。しかしながら、本発明
の実施としては、特にこれに限定されるものではなく、
これに代えて、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネイト樹
脂、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂等の各種熱可塑
性の透明樹脂等が使用可能である。また、エボキシ樹
脂、アリルジグリコールカーボネイト樹脂等の熱硬化性
透明樹脂や各種ガラス材料等の無機透明材料も場合によ
っては適用可能である。

【００５１】樹脂基板２の作成方法としては、切削およ
び研削加工等の機械加工またはキャスト成形、押し出し
成形、熱加圧成形、射出成形等の各種成形方法の適用が
可能であるが、生産性の点からは射出成形法が最も優れ
ている。

【００５２】光散乱パターン６は、本実施の形態におい
ては、面積密度の異なるドット状のパターンとしたが、
パターン形状はこれに限定されるものでなく、光源ラン
プ１から離れるにしたがって面積密度が増加するもので
あればよく、例えば、三角形および四角形等の多角形や
星形、楕円形、曲線と直線とから構成される形状等のパ
ターンとしてもよい。

【００５３】また、反射板９として使用している金属
（例えば、銀、アルミ等）を蒸着したフィルムは、その
特性および取扱性の点で最も適しているが、これに代え
て、金属鏡面加工した金属板や、本発明の面状光源装置
を挿入するためのフレームに金属を蒸着して構成する反
射材でも良い。その他、紙およびプラスチック等で構成
された白色の反射板等、各種の反射材を適用可能であ
る。

【００５４】

【実施例】本発明の面状光源装置の実施例として、以下
の構成の面状光源装置を作成し、その輝度を観測した。

【００５５】実施例−１は、実施の形態の欄にて説明し
た図１に示す構成の面状光源装置である。樹脂基板２と
して、全周面を平滑に研磨した透明なアクリル樹脂製の
平板（サイズ：２４０ｍｍ×１６０ｍｍ、板厚：３ｍ
ｍ）を射出成形により作成した。光散乱パターン８は、
光源ランプ１から離れるにしたがって、面積密度が大き
くなるドットパターン（パターンピッチ：１ｍｍ、最小
ドット径：０．７ｍｍ、最大ドット径：１）でスクリー
ン印刷方式で施される。このとき、スクリーン印刷のた
めのインクは、光線を拡散および／または反射させるた
めのガラスビーズを含有したアクリルビニル樹脂を用い
た。

【００５６】光散乱パターン８の曇価（このとき曇価
は、ＪＩＳ：Ｋ７１０５「プラスチックの光学的特性試
験法」に記載の測定方法にしたがって測定した）は、ほ
ぼ９０，８５，８０，７５，７０％となるように、イン
クに含有するガラスビーズの量を調整して、５種類の散
乱パターン８を作成した。散乱パターン８の形状は、大
きさ、パターンピッチともに５種類すべて同一である。

【００５７】樹脂基板２の長辺かつ散乱パターン８の最
小ドット径の施されている一側端面３に沿って所定距離
をおいて当接する光源ランプ１として冷陰極管（外周直
径：２．６ｍｍ、長さ２４０ｍｍ）を使用する。ランプ
リフレクタ４および反射材６は、銀を蒸着させたＰＥＴ
フィルムを使用する。また、反射板９には、発泡ポリエ
ステル製の反射板を使用し、拡散板１３は、に散乱ビー
ズをコートしたポリエステルフィルムを用いた。

【００５８】ここで、高輝度な面状光源装置を提供する
ために、まず、望ましい散乱パターン８の曇価を選択す
るべく、上述の曇価の異なる散乱パターン８を備える５
種類の面状光源装置について輝度を測定する。このとき
面状光源装置は、最良の散乱パターン８の曇価を選択す
るために輝度の測定がなされるものであるから、プリズ
ム板１２を設けていない。

【００５９】上記曇価の異なる５種類の面状光源装置に
おいて、以下に述べる方法で輝度を測定し、画面上に放
出する光線の出射角度分布を観測する。図７（ａ）に示
すように、面状光源装置の画面中央部を基準点Ｏとし、
輝度測定装置Ｋを、基準点Ｏから画面に垂直（正面）方
向に所定距離（５０ｃｍ）をおいて位置させた箇所を０
度とする。そして、図４（ｂ）に示すように、基準点０
を中心に、一側端面３および側端面５の方向に、それぞ
れ輝度測定装置Ｋを７０度まで移動させて、所定角度ご
とに輝度を測定する。

【００６０】測定距離（基準点Ｏから輝度測定装置Ｋの
先端までの距離）は、輝度測定装置Ｋの移動にかかわら
ず一定（５０ｃｍ）である。このとき、一側端面３の方
向への輝度測定装置Ｋの移動をプラスとし、側端面５の
方向への輝度測定装置Ｋの移動をマイナスで表してい
る。輝度測定装置Ｋは、トプコン社製輝度計（ＢＭ−
７，視野１°）を使用し、光源ランプ１として使用した
冷陰極管は、管電流５ｍＡｒｍｓ、点灯周波数６０ＫＨ
ｚの正弦波で点灯している。

【００６１】ここで、輝度測定装置Ｋで測定されるの
は、輝度（単位：ｃｄ／ｍ₂ ）である。しかしながら、
輝度は、視野角度をθとすると、実際の光束密度（ある
視野角度θにおける単位立体角当りの光束量）の１／ｃ
ｏｓθ倍となっており、各視野角度θにおける光束密度
を表していない。よって、実際の光束密度に対応させる
ために、以下に示す数式３に光束比を定義し、測定した
輝度の値を光束比に換算して、図８および図９に示す図
表にプロットしている。

【００６２】光束比（％）＝（視野角度θにおける輝度
測定値×ｃｏｓθ／視野角度θ＝０°における輝度測定
値）×１００

【００６３】上述の測定方法に基づいて、面状光源装置
の輝度を測定し、数式３から光束比を計算した結果を図
８に示す。ここで、光散乱パターン８の曇価９０％の面
状光源装置を試料−１、光散乱パターン８の曇価９０％
の面状光源装置を試料−１、光散乱パターン８の曇価８
５％の面状光源装置を試料−２、光散乱パターン８の曇
価８０％の面状光源装置を試料−３、光散乱パターン８
の曇価７５％の面状光源装置を試料−４、光散乱パター
ン８の曇価７０％の面状光源装置を試料−５としてい
る。

【００６４】図８から明らかなように、曇価が低いほど
急峻な分布となり曇価が高くなるにしたがって徐々にな
だらかな分布になっている。プリズム板１２は、屈折に
よって光線の進行方向を所望の一定方向へ変化させるの
で、大きなピークを有する（急峻な）分布である方が効
果的であるため、散乱パターン８の曇価は８０％以下が
望ましいことが判った。

【００６５】この実施例−１においては散乱パターン８
の曇価を７０％として、プリズム板１２を備える面状光
源装置を作成し、輝度を測定した。図８の図表により、
主光線の出射方向は、およそ５２°であるから、光線が
プリズム板１２へ入射する角度θ₀ はおよそ５２°であ
る。

【００６６】プリズム板１２を、屈折率（ｎ）が１．４
９であるアクリル樹脂によって作成し、プリズム単位Ｐ
の入射面１３の傾斜角度θ₂ をそれぞれ６０°，７０
°，７５°，８０°，８５°として、数式２から光線方
向変換面１４の傾斜角度θ₃ を計算によって求めた。計
算結果は、θ₂ ＝６０°のときθ₃ ＝６２．７°、θ₂
＝７０°のときθ₃ ＝６１°、θ₂ ＝７５°のときθ₃
＝６０．１°、θ₂ ＝８０°のときθ₃ ＝５９．２°、
θ₂ ＝８５°のときθ₃ ＝５８．２°となる。上記数式
２に基づいた計算結果から、５種類のプリズム板１２を
作成した。このとき、プリズム板１２の板厚は０．１ｍ
ｍとし、ピッチを０．１ｍｍで一定である。

【００６７】そして、上記５種類のプリズム板１２をそ
れぞれ備える図１の面状光源装置を５種類作成し、上述
と同様の測定方法にて輝度を測定した。その結果を図９
に示す。横軸は視野角度θであり、縦軸は相対輝度比で
ある。相対輝度比は、θ₂ ＝６０°，θ₃ ＝６２．７°
のプリズム単位Ｐを用いて作成したプリズム板１２を備
える面状光源装置における視野角度θ＝０°の輝度測定
値を１００（％）として、それぞれの輝度測定を相対値
として表している。

【００６８】図９に示すように、入射面１３の傾斜角度
θ₂ が大きくなるほど高輝度になるが、傾斜角度θ₂ が
７５°を越えると、それほど特性的に変化しないことが
判った。したがって、傾斜角度θ₂ は、７０°以上、望
ましくは７５°を越えるものであるが、傾斜角度θ₂ を
大きくすると、それに伴ってプリズム単位Ｐの頂角が小
さくなってしまうので、プリズム板１２の加工の面か
ら、傾斜角度θ₂ は８０°以下を選択することが望まし
い。

【００６９】続いて、実施例−２の面状光源装置の構成
を説明する。実施例−２では、図５ないし図６に基づい
て説明した面状光源装置を作成した。樹脂基板２とし
て、透明なアクリル樹脂製の楔形状の板（サイズ：２４
０ｍｍ×１６０ｍｍ、一側端面３側の板厚：３ｍｍ、側
端面７の板厚：１ｍｍ）を射出成形により作成した。こ
の時、あらかじめ樹脂基板２の下面用の金型に、光散乱
パターン８を施すための微小な凹凸を形成しておく。金
型の凹凸は、転写された光散乱パターン８の曇価が７０
％となるように粗面化加工されている。光散乱パターン
８は、光源ランプ１から離れるにしたがって、面積密度
が大きくなるドットパターンであり、一定のパターンピ
ッチ（パターンピッチ：０．１ｍｍ、最小ドット径：
０．０７ｍｍ、最大ドット径：０．１ｍｍ）で施され
る。

【００７０】プリズム板１２は、屈折率（ｎ）が１．４
９であるアクリル樹脂によって作成し、プリズム単位Ｐ
の入射面１３の傾斜角度θ₂ を７５°として、数式２か
ら計算によって求め、光線方向変換面１４の傾斜角度θ
₃ ＝６０．１とした。このとき、プリズム板１２の板厚
は０．１ｍｍとし、ピッチを０．１ｍｍで一定である。
その他の構成は、実施例−１と同一である。

【００７１】このような面状光源装置の各視野角度θに
おける輝度を上述した測定方法と同一の方法にて測定
し、実施例−１とほぼ同様な特性を確認した。

【００７２】上述したように、本発明の実施例としての
面状光源装置は、プリズム板１２のプリズム単位Ｐの角
度を数式２に基づいて設定することによって、高輝度な
面状光源装置を提供できることが判明した。

【００７３】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の面状光
源装置は、光散乱パターンの曇価を限定することによっ
て、主光線が集束している光線をプリズム板に入射させ
ることができる。そして、プリズム板から出射する光線
の主光線が正面方向となるような、プリズム板のプリズ
ム単位の角度およびプリズム板に入射する光線の入射角
度との関係に基づいてプリズム板を構成しているので、
主光線が集束している光線の進行方向を、プリズム単位
の光線方向変換面にて屈折させて、面状光源装置の画面
垂直方向（正面方向）に変更できるので、高輝度な面状
光源装置が実現可能となる。

【００７４】また、プリズム板のプリズム単位の角度お
よびプリズム板に入射する光線の入射角度との関係を導
き出したことによって、プリズム単位Ｐの入射面から入
射する光線の主光線は、すべて光線方向変換面に進行す
るようにプリズム単位の角度を定めることができるの
で、さらに多くの光線の損失を抑えることができる。

【００７５】このように、プリズム単位の機能を最大限
に発揮できることから、高輝度かつ低消費電力化された
面状光源を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の面状光源装置の構造を示す
断面図である。

【図２】本発明の要部であるプリズム単位を説明するた
めのプリズム板の概略図である。

【図３】図１に示す本発明の面状光源装置の光散乱パタ
ーンを説明するための概略図である。

【図４】プリズム単位の傾斜角度θ₂ ，θ₃ および入射
角度θ₀ の関係を示す図表である。

【図５】図１とは異なる本発明の一実施例の面状光源装
置の構造を示す断面図である。

【図６】図５に示す本発明の面状光源装置の光散乱パタ
ーンを説明するための概略図である。

【図７】本発明の面状光源装置の輝度を測定する方法を
説明するための概略図である。

【図８】光散乱パターンの曇価決定のための輝度測定結
果を示す図表である。

【図９】本発明の面状光源装置の輝度を測定した結果を
示す図表である。

【図１０】従来の面状光源装置の構造を示す断面図であ
る。

【図１１】図１０に示す面状光源装置の光散乱パターン
を説明するための概略図である。

【図１２】図１０とは別の従来の面状光源装置の構造を
示す断面図である。

【図１３】図１２に示す面状光源装置の光散乱パターン
を説明するための概略図である。

【図１４】図１０に示す面状光源装置の光線の進行状態
を説明するための概略図である。

【図１５】図１２とは別の従来の面状光源装置の構造を
示す断面図である。

【図１６】図１２に示す面状光源装置のプリズム板内の
光線の進行状態を説明するための概略図である。

【図１７】図１２に示す面状光源装置のプリズム板から
の出射光線の進行状態を説明するための概略図である。

【図１８】図１２に示す面状光源装置のプリズム板の入
射光線および出射光線を示す概略図である。

【図１９】図１８に基づいて測定したプリズム板への入
射光線の入射角度に基づく出射光線および透過率の関係
を示す図表である。

【図２０】図１５とは別の従来の面状光源装置の構造を
示す断面図である。

【図２１】図２０に示す面状光源装置のプリズム板内の
光線の進行状態を説明するための概略図である。

【図２２】図２１とは別の面状光源装置のプリズム板内
の光線の進行状態を説明するための概略図である。

【符号の説明】

２樹脂基板８光散乱パターン１２プリズム板１３入射面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性材料からなる樹脂基板の少なくと
も一面以上の側端面付近に光源ランプを当接させて構成
するサイドライト方式の面状光源装置において、プリズム単位を等間隔に備えるプリズム板を、該プリズ
ム単位のある面を前記樹脂基板に当接する向きに前記樹
脂基板の表面に設け、さらに、前記光源ランプから発す
る光線がプリズム板に入射する際の入射面の角度を７０
°以上とし、光線を反射させる光散乱パターンを前記樹脂基板の裏面
に設け、該散乱パターンの曇価を８０％以下としたこと
を特徴とする面状光源装置。
【請求項２】前記プリズム板の上部および下部に拡散
板を設けたことを特徴とする請求項１に記載の面状光源
装置。
【請求項３】前記樹脂基板は、光源ランプを当接した
側端面から遠ざかるにつれて厚みが減じる断面形状ほぼ
楔形であることを特徴とする請求項１または２に記載の
面状光源装置。
【請求項４】前記光散乱パターンは、光散乱物質を含
有するインクを用いて樹脂基板に印刷されることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の面状光源装
置。
【請求項５】前記光散乱パターンは、前記樹脂基板の
裏面に微小な凹凸面を施すことによって形成されること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の面状
光源装置。
【請求項６】前記プリズム板のプリズム単位は、光線
が入射する前記入射面と該入射面から入射した光線が進
行する光線方向変換面を備えており、前記入射面の傾斜
角度θ₂ 、前記光線方向変換面の傾斜角度θ₃ およびプ
リズム板へ光線が入射する角度θ₀ との関係が θ₃ ＝９０°＋［Ｓｉｎ^-1｛Ｓｉｎ（θ₂ −θ₀ ）／
ｎ｝−θ₂ ／２を満たすことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
に記載の面状光源装置。