JPH1184111A - 面光源素子用プリズムシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 視野角が小さい表示器の背面照明として、薄
型で、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。 【解決手段】 側端１１を入射面とし、これと直交する
面を光出射面とする第１エレメント５０と、第１エレメ
ント５０の出射面の反対面に対向して配設された反射面
１３と、第１エレメント５０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３２とを備
えた第２エレメント５１と、第１エレメント５０の入射
面に対向して配置された光源１４とから面光源素子が構
成される。第１エレメント５０の光出射面の反対面は多
数のレンズ単位１６を有している。第２エレメント５１
の入射面には少なくとも一方のプリズム面から入射した
光を他方のプリズム面で反射させ出射面法線の方向の方
へと偏向させて出射面から出射させる頂角５２〜６６°
の多数のプリズム単位４０が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面光源装置に用いる
面光源素子に関する。本発明は特に面光源素子用プリズ
ムシートに関するものであり、このプリズムシートは液
晶表示装置等の背面照明手段を構成するのに好適に使用
されるものである。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】図３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４
５°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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】

【課題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。

【００１１】以上のような目的は、プリズム角が５２〜
６６°である多数の線状のプリズム単位が並列して形成
された入射面と該入射面と対向する出射面とを有してお
り、前記各プリズム単位の少なくとも一方のプリズム面
から入射した光を他方のプリズム面で反射させ前記出射
面の法線方向の方へと偏向させて該出射面から出射させ
ることを特徴とする面光源素子用プリズムシート、によ
り達成される。

【００１２】このプリズムシートは、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する
第１のエレメントと、上記第１のエレメントの出射面の
反対面に対向して配設された反射面と、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、
上記第１のエレメントの入射面に対向して配置された光
源とから構成され、上記第１のエレメントの光出射面の
反対面には光の進行方向に直交し所定方向に光を反射さ
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少なくとも一方のプリズム面から
入射した光を他方のプリズム面で反射させる多数のプリ
ズム単位が形成されている面光源素子、の前記第２のエ
レメントとして利用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】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。

【００１４】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。

【００１５】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、図４（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、図４（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。

【００１６】そのため、図４（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。

【００１７】ここで、出射平面あるいはその反対面に光
の進行方向と直角の線状の同一形状の線状の凸レンズ１
６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。
図５（ａ）はその構成の斜視図、図５（ｂ）はそのＡ−
Ａ′断面図である。

【００１８】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（図
５（ｂ）参照）。

【００１９】図６（ａ），（ｂ）は図５（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。

【００２０】図７（ａ），（ｂ）はそれぞれその測定方
法を示す図であり、図７（ａ）は測定位置を示す面光源
素子の正面図であり、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図
である。図７（ｂ）において、４０は輝度計である。

【００２１】図６（ａ）は図７において、中心点にお
ける出射光輝度の角度分布を示し、図６（ｂ）はランプ
より１０ｍｍ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。

【００２２】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（図５（ｂ）参照）を第２の
エレメントであるプリズム群によって屈折させることに
より、出射光２０，２１を偏向させ、所望方向に出射光
を集中出射させることをその原理とするものである。

【００２３】図８（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、θ₁ ，θ₂ 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 〜ψ₆ 及びφ₁ 〜φ₆ 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
度の取り方は図８（ａ），（ｂ）に示すとおりである。

【００２４】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
ψ₆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φ₆ で出射する。この所定角度ψ₆ 及びφ₆
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θ₁ ，θ₂ 及びレンズ単位の屈折率ｎで調
整することができる。

【００２５】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（図８のθ₁ ，θ₂ ）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。

【００２６】本発明においては、出射光分布が小さく特
定の角度への出射光量の多い第１のエレメントからの出
射光を、第２のエレメントにより導光体の光出射面の法
線方向の方へ偏向させ集中出射させるために、第２のエ
レメントのプリズム角（θ₁＋θ₂ ）を５２〜６６°と
する。即ち、第２のエレメントのプリズム角をこの範囲
内とすることにより、第１のエレメントからの出射光を
効率的に導光体の光出射面の法線方向（第２のエレメン
トの出射面の法線方向）の方へと偏向させることができ
るとともに、出射光の分布角度範囲が狭く該角度範囲の
出射光量の多い集中光として出射させることができる。
第２のエレメントのプリズム角は、好ましくは６０〜６
６°の範囲であり、更に好ましくは６３〜６６°の範囲
である。

【００２７】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
線に対称に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（図８のθ₁ ，θ₂ ）をθ₁ ＝
θ₂ ＝３０°とすればよい。

【００２８】

【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。

【００２９】図１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、図５（ｂ）に対応する図
である。

【００３０】同図において、１４は蛍光灯等の光源、１
５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。

【００３１】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５
０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、ψ₆ とφ₆
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。

【００３２】図２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（図８のθ₁ ，θ₂ ）を
θ₁＝θ₂ ＝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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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 （記号は総て図８（ａ）による） （ｉ）９０°−ψ＜θ₁ ，φ₁ ＝（θ₁ ＋ψ）−９０，
ｓｉｎφ₂ ＝ｓｉｎ（θ₁ ＋ψ−９０）／ｎ，φ₅ ＝９
０−（２θ₂ ＋θ₁ −φ₂ ），ｓｉｎφ₆ ＝ｎ×ｓｉｎ
φ₅ ，φ₆ ＝ｓｉｎ^-1（ｎ×ｓｉｎφ₅ ） （ii）９０°−ψ＞θ₁ ，φ₁ ＝９０−（θ₁ ＋ψ），
ｓｉｎφ₂ ＝ｓｉｎ（９０−θ₁ −ψ）／ｎ，φ₅ ＝９
０−（２θ₂ ＋θ₁ ＋φ₂ ），ｓｉｎφ₆ ＝ｎ×ｓｉｎ
φ₅ ， (iii) ９０°−ψ＝θ₁ ，φ₁ ＝０，φ₅ ＝９０−（２
θ₂ ＋θ₁ ），ｓｉｎφ₆ ＝ｎ×ｓｉｎφ₅ プリズムの右側より入射 （記号は総て図８（ｂ）による） （iv）９０°−ψ＜θ₂ ，ψ₁ ＝（θ₂ ＋ψ）−９０，
ｓｉｎψ₂ ＝ｓｉｎ（θ₂ ＋ψ−９０）／ｎ，ψ₅ ＝
（２θ₁ ＋θ₂ −ψ₂ ）−９０，ｓｉｎψ₆ ＝ｎ×ｓｉ
ｎψ₅ （ｖ）９０°−ψ＞θ₂ ，ψ₁ ＝９０−（θ₂ ＋ψ），
ｓｉｎψ₂ ＝ｓｉｎ（９０−θ₂ −ψ）／ｎ，ψ₅ ＝
（２θ₁ ＋θ₂ ＋ψ₂ ）−９０，ｓｉｎψ₆ ＝ｎ×ｓｉ
ｎψ₅ （vi）９０°−ψ＝θ₂ ，ψ₁ ＝０，ψ₅ ＝（２θ₂ ＋
θ₁ ）−９０，ｓｉｎψ₆ ＝ｎ×ｓｉｎψ₅ 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）。

【００３６】 入射角ψ＝５５° 左側プリズム角θ₁ 右側プリズム角θ₂ θ₁ θ₂ 左側よりの光 右側よりの光 （φ₆ ） （ψ₆ ） ３２° ２５° ８．９° ８．５° ３３° ２４° １１．５° １１．０° ３４° ２３° １４．０° １３．５° ３５° ２２° １６．５° １６．０° ３６° ２１° １９．１° １８．６° ３７° ２０° ２１．７° ２１．１° ３８° １９° ２４．３° ２３．７° ３９° １８° ２６．９° ２６．３° ４０° １７° ２９．６° ２９．０° ４１° １６° ３２．３° ３１．７° ４２° １５° ３５．１° ３４．４° 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。

【００３７】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。

【００３８】 θ₁ θ₂ 左側よりの光 右側よりの光 （φ₆ ） （ψ₆ ） ３２° ２５° ９．７° ８．４° ３３° ２４° １２．４° １１．０° ３４° ２３° １５．０° １３．６° ３５° ２２° １７．７° １６．２° ３６° ２１° ２０．３° １８．９° ３７° ２０° ２３．１° ２１．６° ３８° １９° ２５．８° ２４．３° ３９° １８° ２８．６° ２７．０° ４０° １７° ３１．４° ２９．８° ４１° １６° ３４．３° ３２．６° 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。

【００３９】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
樹脂及びポリカーボ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。

【００４０】［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（図９参照）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（図３参照）を測定して、出射角を画面法線に対し
て１５°（ψ₆ ＝φ₆ ）になる様に決定し、プリズム角
を左側３５°（＝θ₁ ）右側２２°（＝θ₂ ）とした
（図８（ａ），（ｂ）参照）。そして、その設定のプリ
ズムの先端角（＝θ₁ ＋θ₂ ）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１ｍｍ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。

【００４１】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６１ｍ
ｍ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した。第１のエレメントの
中央部をランプ側、及び中心点（図７（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（図７（ｂ）参照）。そのようにして求めたデータが
前述した図６（ａ），（ｂ）である。それらの点のピー
ク輝度値を表１に示す。

【００４２】

【表１】 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。そのデータを図１０
（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表２に示す。

【００４３】

【表２】 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。

【００４４】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。

【００４５】｛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。そのデータを図１１
（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表３に示す。

【００４６】

【表３】 ｛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、図６（ａ），（ｂ）
を見ても出射角６０°でピーク値９０％以上の輝度値が
あることからプリズム角をθ₁ ＝θ₂ ＝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。

【００４７】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
を図１２（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表４に示す。

【００４８】

【表４】 ｛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。

【００４９】｛５｝比較評価 この様にして作られた比較例の板を横６１ｍｍ×縦５６
ｍｍ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
データを図１３（ａ），（ｂ）に示す。又、それらの点
の輝度値を表５に示す。

【００５０】

【表５】 ｛６｝まとめ 例えば、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）と図１３
（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。

【００５１】［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）図９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 図１４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 図１５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 図１６に示すような形状であって、 ピッチＰ₁ ＝０．１０ｍｍ，θ₁ ＝３０°、 ピッチＰ₂ ＝０．１５ｍｍ，θ₂ ＝１０°、 ピッチＰ₃ ＝０．１５ｍｍ，θ₃ ＝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 図１７（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 図１７（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。

【００５２】｛２｝各第１のエレメントの出射特性 図７（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ＦＬ
Ｅ−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、図１８に
示す。

【００５３】＜出射光輝度の角度分布測定結果＞ 図９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図１９（ｂ）に示す。対比例とし
て表面型の輝度分布を図１９（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図２０（ａ）
に示す。又、裏面型の輝度分布を図２０（ｂ）に示す。
ピーク輝度は表面型の場合が法線から約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図
２１（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を図２１
（ｂ）に示す。ピーク輝度は表面型、裏面型共に法線か
ら約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図２２
（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を図２２（ｂ）に
示す。ピーク輝度は表面型、裏面型共に法線から約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図２３（ａ）に示す。
又、異方性レンチキュラーレンズＢの輝度分布を図２３
（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。

【００５４】｛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。

【００５５】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図２４
（ａ），（ｂ）に示す。

【００５６】｛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。その結果を表６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。

【００５７】

【表６】 表６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。

【００５８】｛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（図７（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。 図９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図２５
（ｂ）に示す。対比例として表面型の輝度分布を図２５
（ａ）に示す。出射角ピークは表面型の場合が１５〜２
０°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図２６（ａ）
に示す。又、表面型の輝度分布は図２６（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図
２７（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を図２７
（ｂ）に示す。出射角ピークは表面型の場合が１３〜１
５°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６０°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図２８
（ａ）に示す。又、裏面型の輝度分布を図２８（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図２９（ａ）に示す。
又、異方性レンチキュラーレンズＢの輝度分布を図２９
（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。

【００５９】｛６｝まとめ 図１９〜図２３のように第１エレメントの出射光が法線
にたいして対称、非対称にかかわらず、第２エレメント
の形状を最適に設定すれば、図２５〜図２９及び表６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。

【００６０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の面光源
素子用プリズムシートを用いて面光源素子を構成するこ
とにより、 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、 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。

【図面の簡単な説明】

【図１】面光源素子の断面図である。

【図２】面光源素子の断面図である。

【図３】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。

【図４】従来の面光源装置の断面図である。

【図５】第１のエレメントの斜視図及び断面図である。

【図６】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。

【図７】面光源素子（ランプセット後）の正面図（
は以後の測定点）及びそのＡ−Ａ′断面図であり、測
定方法の概念図である。

【図８】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。

【図９】第１のエレメントのレンズ単位の一例を示す図
である。

【図１０】実施例−１の出射光輝度の角度分布を示す図
である。

【図１１】実施例−２の出射光輝度の角度分布を示す図
である。

【図１２】実施例−３の出射光輝度の角度分布を示す図
である。

【図１３】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。

【図１４】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。

【図１５】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。

【図１６】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。

【図１７】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。

【図１８】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。

【図１９】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。

【図２０】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。

【図２１】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。

【図２２】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。

【図２３】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。

【図２４】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。

【図２５】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。

【図２６】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。

【図２７】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。

【図２８】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。

【図２９】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。

【符号の説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プリズム角が５２〜６６°である多数の
   線状のプリズム単位が並列して形成された入射面と該入
   射面と対向する出射面とを有しており、前記各プリズム
   単位の少なくとも一方のプリズム面から入射した光を他
   方のプリズム面で反射させ前記出射面の法線方向の方へ
   と偏向させて該出射面から出射させることを特徴とする
   面光源素子用プリズムシート。