WO2004079408A1 - 光偏向素子及び光源装置 - Google Patents

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WO2004079408A1
WO2004079408A1 PCT/JP2004/002531 JP2004002531W WO2004079408A1 WO 2004079408 A1 WO2004079408 A1 WO 2004079408A1 JP 2004002531 W JP2004002531 W JP 2004002531W WO 2004079408 A1 WO2004079408 A1 WO 2004079408A1
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light
prism
light source
plane
deflecting element
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PCT/JP2004/002531
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Inventor
Tomoyoshi Yamashita
Masae Ono
Makoto Ookawa
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
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    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the present invention relates to an edge-light type light source device constituting a liquid crystal display device or the like used as a display unit in a notebook personal computer, a liquid crystal television, a mobile phone, a portable information terminal, or the like, and an optical deflection element used therefor. More particularly, the present invention relates to an improvement in a light deflecting element arranged on a light exit surface side of a light guide. Background technology:
  • color liquid crystal display devices have been widely used in various fields as monitors for portable notebook personal computers and personal computers, or as display units for liquid crystal televisions, video-integrated liquid crystal televisions, mobile phones, portable information terminals, and the like. I have.
  • liquid crystal display devices have been actively pursued with larger screens and higher definition.
  • the liquid crystal display device basically includes a pack light unit and a liquid crystal display element unit.
  • the backlight unit there are a direct-down type in which a light source is arranged directly below the liquid crystal display element, and an edge-light type in which a light source is arranged so as to face the side end surface of the light guide.
  • the edge light method is frequently used from the viewpoint of compactness.
  • a display device having a relatively small screen size and a relatively narrow viewing direction range for example, a liquid crystal display device used as a display unit of a mobile phone
  • an edge-lighting method is used from the viewpoint of reducing power consumption.
  • a backlight unit that reduces the spread angle of the luminous flux emitted from the screen as much as possible and emits light concentrated in a required angle range is used. Has been getting better.
  • Such a display device having a limited range of observation directions is a light source device that emits light in a relatively narrow range in order to increase the efficiency of use of the light amount of the primary light source and reduce power consumption.
  • Open 2 0 0 1-1 4 3 5 15 It has been proposed to use a prism sheet having a prism-forming surface on both sides adjacent to the surface.
  • a prism sheet having a prism-forming surface on both sides adjacent to the surface.
  • a plurality of prism rows parallel to each other are formed on each of a light incident surface, which is one surface, and a light exit surface, which is the other surface. And the prism rows are arranged at corresponding positions.
  • the light having a peak of the emitted light in a direction inclined with respect to the light emitting surface from the light emitting surface of the light guide and emitting in an appropriate angle range is emitted to the light incident surface of the prism sheet.
  • the light is made incident from one of the prism surfaces, internally reflected by the other prism surface, and further subjected to refraction by the prism on the light exit surface, so that light is concentrated and emitted in a relatively narrow required direction.
  • the inclination angle of one of the prism surfaces constituting the prism array of the prism sheet with respect to the sheet normal direction is 4.7 to 5.7 degrees, and the other is inclined. It has been proposed to improve the luminance in the sheet normal direction by setting the inclination angle of the prism surface to the sheet normal direction to 34.2 to 35 degrees. However, in such a prism sheet in which the inclination angle of one prism surface of the prism array with respect to the sheet normal direction is extremely small, the apex angle of the prism array is reduced to about 40 degrees, and a fine prism is formed. In addition to the difficulty in shaping the shape, when it was used to construct a light source device, there was also a problem with the quality of the light source, such as observing black streaks due to “crushing” at the end of the prism array.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-343507 discloses a prism of a prism sheet. It has been proposed to form a flat portion at the end of the row parallel to the sheet surface.
  • a flat portion parallel to the sheet surface is formed at the front end of the prism array, when a light source device is configured using the flat portion, black streaks due to “crushing” of the front end of the prism array are generated.
  • An object of the present invention is to cause a defect such as a black streak due to ⁇ crushing '' at the end of a prism row of a light deflecting element in a light source device configured by using a light deflecting element such as a prism sheet, which causes a decrease in luminance. It is an object of the present invention to provide a light source device which has high luminance and high quality by suppressing the light source device without any problems.
  • a light incident surface on which light is incident, and a light exit surface on the opposite side from which the incident light exits, and a plurality of prism rows are arranged in parallel on the light incident surface;
  • Each of the prism rows is located at the tip and has a tip plane having an inclination angle of 1 ° to 50 °, a first prism face located on one side of the tip plane, and a second prism face located on the other side of the tip plane.
  • a light deflecting element comprising:
  • the dimension of the front end portion plane in a cross section orthogonal to the extending direction of the prism row is 0.008 P to 0.088 when the pitch of the prism row is P. P.
  • At least one of the first prism surface and the second prism surface has a convex curved surface.
  • at least one of the first prism surface and the second prism surface includes a plurality of surfaces, and each of the plurality of surfaces includes a flat surface or a convex curved surface.
  • the plurality of surfaces include a plane adjacent to the front end plane and a convex curved surface adjacent to the plane.
  • the convex curved surface has a cross section orthogonal to the extending direction of the prism row, and has an arc shape. In one embodiment of the present invention, the convex curved surface has a ratio r / P of the radius of curvature r to the pitch P of the prism rows of 2 to 50. In one embodiment of the present invention, the prism surface formed of the convex curved surface or the plurality of surfaces of the first prism surface and the second prism surface has a front edge and a bottom edge. The ratio d / P of the maximum distance d between the virtual plane to be connected and the prism surface to the pitch P of the prism array is 0.1 to 5%.
  • a primary light source a light incident surface on which light emitted from the primary light source is incident, and a light emitting surface on which light to be guided is emitted are emitted.
  • a light source device comprising: a light guide having the light guide element; and the light deflection element disposed adjacent to the light exit surface of the light guide.
  • the inclination angle of the plane of the tip of the light deflecting element is such that peak light of the light emitted from the light exit surface of the light guide is equal to the plane of the tip of the light deflecting element.
  • the angle is set so as not to enter the light deflecting element via the optical deflecting element.
  • the peak light is emitted from the light emitting surface in a direction at an angle of 10 ° to 40 ° with respect to the light emitting surface.
  • the first prism surface of the prism array is located closer to the primary light source than the second prism array, and the first prism surface is a flat surface;
  • the second prism surface is formed of a convex curved surface or a plurality of surfaces, and each of the plurality of surfaces is formed of a flat surface or a convex curved surface.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a light source device of the present invention.
  • c Figure 3 is a partial cross-sectional view schematically showing the shape of the prism row of the light deflector of the present invention
  • c view is a partial cross-sectional view schematically showing the shape of the prism row of the light deflector of the present invention
  • 4 1 is a schematic perspective view showing a light source device of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the light distribution emitted from the light diffusing element.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing one embodiment of a light source device according to the present invention.
  • the light source device of the present invention has a light guide in which at least one side end surface is a light incident surface 31 and one surface substantially orthogonal to this is a light exit surface 33. 3, a primary light source 1 arranged opposite the light incident surface 3 1 of the light guide 3 and covered with the light source reflector 2, and an optical deflection element arranged adjacent to the light exit surface of the light guide 3 4, a light diffusing element 6 disposed on the light exit surface 4 2 of the light deflecting element 4 so as to face and face the light deflecting element 4; And a light reflecting element 5 disposed opposite to a back surface 34 opposite to the light emitting surface 33.
  • the light guide 3 is arranged parallel to the XY plane, and has a rectangular plate shape as a whole.
  • the light guide 3 has four side end surfaces, of which at least one side end surface of a pair of side end surfaces parallel to the YZ plane is a light incident surface 31.
  • the light incident surface 31 is disposed so as to face the primary light source 1, and light emitted from the primary light source 1 enters the light guide 3 from the light incident surface 31.
  • the light source may be disposed so as to face another side end surface such as a side end surface 32 opposite to the light incident surface 31.
  • the two main surfaces of the light guide 3 that are substantially perpendicular to the light incident surface 3 1 are each located substantially parallel to the XY plane, and one of the surfaces (the upper surface in the figure) is the light exit surface 3 3 .
  • At least one of the light emitting surface 33 and the rear surface 34 has a rough directional directional light emitting function and a large number of lens arrays such as a prism array, a lenticular lens array, and a V-shaped groove.
  • the light emitting surface 33 emits light having directivity in the emitted light distribution in a plane (XZ plane) orthogonal to the light incident surface 31 and the light emitting surface 33.
  • this angle a is preferably 10 to 40 degrees.
  • the full width at half maximum of the distribution is preferably 10 to 40 degrees.
  • the rough surface or lens array formed on the surface of the light guide 3 should have an average inclination angle 0a according to IS 04 287/1-198 4 in the range of 0.5 to 15 degrees. However, it is preferable from the viewpoint of achieving a uniformity of luminance in the light emitting surface 33.
  • the average inclination angle 0a is more preferably in the range of 1 to 12 degrees, and more preferably in the range of 1.5 to 11 degrees. This is because if the average inclination angle 0a of the rough surface or the lens array is less than 0.5 degrees, the amount of light emitted from the light guide 3 tends to be small, and sufficient luminance tends not to be obtained.
  • the light emitted from the light exit surface 33 The angle a of the peak light in the emission light distribution of High directivity emission characteristics such that the full width at half maximum of the light distribution is in the range of 10 to 40 degrees on the XZ plane, which is within the box and is perpendicular to both the light entrance surface 31 and the light exit surface 33.
  • This light can be emitted from the light guide 3, the emission direction can be efficiently deflected by the light deflecting element 4, and a surface light source device having high luminance can be provided.
  • the average inclination angle ⁇ a is preferably set to an optimum range by the ratio (LZt) of the thickness (t) of the light guide 3 to the length (L) in the direction in which the incident light propagates. That is, when the light guide 3 having an LZt of about 20 to 200 is used, the average inclination angle 0a is preferably set to 0.5 to 7.5 degrees, more preferably. Is in the range of 1 to 5 degrees, more preferably in the range of 1.5 to 4 degrees. When the light guide 3 has an L / t of less than about 20, the average inclination angle ⁇ a is preferably set to 7 to 12 degrees, more preferably 8 to 11 degrees. Range.
  • the average inclination angle 0a of the rough surface formed on the light guide 3 is measured by measuring the rough surface shape using a stylus type surface roughness meter in accordance with ISO 4287 / 1-19804. With the coordinate of the direction as X, a child can be obtained from the obtained inclination function f (x) using the following equations (1) and (2).
  • L is the measured length
  • ⁇ a is the tangent of the average inclination angle 0a.
  • the light guide 3 preferably has a light emission rate in the range of 0.5 to 5%, more preferably in the range of 1 to 3%. This is because, by setting the light emission rate within these ranges, the light guide 3 can be separated from the light guide 3 as in the case of the average inclination angle ⁇ a of the rough surface formed on the surface of the light guide 3 and the lens array forming surface. This is because a sufficient amount of light to be emitted is ensured, sufficient luminance is obtained, and a large amount of light is prevented from being emitted in the vicinity of the primary light source 1, and the uniformity of luminance at the light exit surface 33 is increased. .
  • the angle a of the peak light in the emission light distribution of the light emitted from the light emission surface 33 is in the range of 10 to 40 degrees, and the light incidence surface
  • the light guide 3 emits light with high directivity such that the full width at half maximum of the emitted light distribution on the XZ plane perpendicular to both the light exit surface and the light exit surface is within the range of 10 to 40 degrees.
  • the light exit direction can be efficiently deflected by the light deflecting element 4, thus having high brightness Surface light source device can be provided.
  • the light emission rate from the light guide 3 is defined as follows.
  • the light intensity (1.) of the outgoing light at the edge on the light incident surface 31 side of the light emitting surface 33 and the outgoing light intensity (I) at a distance L from the edge on the light incident surface 31 side Assuming that the thickness (dimension in the Z direction) of the light guide 3 is t, the following relationship (3) is satisfied.
  • the light emission rate A is obtained by plotting the logarithm of the light intensity of the light emitted from the light emission surface 23 on the vertical axis, and (L / t) on the horizontal axis, and plotting the relationship between them.
  • the other main surface to which the directional light emitting function is not provided is provided in order to control the directivity of the light emitted from the light guide 3 in a plane (YZ plane) parallel to the primary light source 1. It is preferable to form a lens surface in which a large number of lens rows extending in a direction substantially perpendicular to the light incident surface 31 by about 80 to 90 degrees (substantially X direction) are arranged.
  • a rough surface is formed on the light exit surface 33, and a number of lenses extending in a direction substantially perpendicular to the light incident surface 31 (substantially X direction) on the back surface 34.
  • a lens surface composed of an array of rows is formed.
  • a lens surface may be formed on the light emitting surface 33 and the back surface 34 may be roughened.
  • the lens array when a lens array is formed on the back surface 34 or the light emitting surface 33 of the light guide 3, the lens array includes a prism array extending substantially in the X direction, a lenticular lens array, and a V-shape.
  • a prism array having a substantially triangular cross section in the YZ direction is preferable.
  • the apex angle is preferably in the range of 70 to 150 degrees. This is because, by setting the apex angle in this range, the light emitted from the light guide 3 can be concentrated by +, and the luminance of the surface light source device can be sufficiently improved. In other words, by setting the prism apex angle within this range, the focused light having a full width at half maximum of 35 to 65 degrees of the emission light distribution on a plane perpendicular to the XZ plane including the peak light in the emission light distribution is obtained. Light can be emitted, and the brightness of the surface light source device can be improved. it can.
  • the apex angle is preferably in the range of 80 to 100 degrees, and when the prism array is formed on the back surface 34, the apex angle is preferred. Is preferably in the range of 70 to 80 degrees or 100 to 150 degrees.
  • the light diffusing fine particles are mixed and dispersed inside the light guide instead of or in combination with forming the light emitting function portion on the light emitting surface 33 or the back surface 34 as described above.
  • a directional light emitting function may be provided.
  • the light guide 3 is not limited to the cross-sectional shape as shown in FIG. 1, but may have various cross-sectional shapes such as a wedge shape and a boat shape.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the shape of the prism array in the light deflection Hatago 4.
  • the surface of the light deflecting element 4 that is located on the light guide 3 side of the two main surfaces is a light incident surface 41, and the other surface is a light exit surface 42.
  • a large number of prism rows 41A are arranged in parallel on the light entrance surface 41, and each prism row has a first prism face 44 located on the primary light source side and a second prism row located on the far side from the primary light source. It has two prism surfaces with two prism surfaces 45.
  • the first prism surface 44 is a flat surface
  • the second prism surface 45 is a convex curved surface.
  • a flat surface (a front end surface) 46 is formed at a front end portion of a prism array 41 A having two prism surfaces 44 and 45. That is, the prism array 41A is composed of a front end surface 46, a first prism surface 44 located on one side thereof, and a second prism surface 45 located on the other side.
  • the front end surface 46 is formed at the front end of the prism array, it is possible to prevent "crushing", that is, deformation of the end of the prism array 41A when the light deflecting element 4 is disposed on the light guide 3. It is possible to provide a high-quality light source device free of black streaks (black lines) caused by the “crushing”.
  • the inclination angle b with respect to the prism forming surface (the surface corresponding to the bottom surface of the prism array 41 A) 43 of the front end surface plane 46 is set in the range of 1 to 50 degrees, so that It is possible to suppress the occurrence of an interference pattern or the like due to the staking of the deflecting element 4 and the light guide 3, and it is possible to suppress a decrease in luminance due to the provision of the front end surface 46.
  • the inclination angle of the tip end surface 46 be in the range of 5 to 45 degrees, because it improves the luminance, and more preferably, it is in the range of 7 to 35 degrees.
  • the tip plane 46 rises to the right side on the side opposite to the next light source.
  • the peak light PL1 of the light emitted from the light exit surface 33 has an inclination angle b substantially equal to or greater than the inclination angle of the peak light PL1 with respect to the prism forming surface 43. This is because by setting the inclination angle b of the tip plane 46 in this way, it is possible that the emission peak light PL 1 from the light guide 3 enters the light deflection element 3 via the tip plane 46.
  • the emission peak light PL 1 enters the optical deflecting element 3 from the first prism surface 44, and most of the light is totally reflected by the second prism surface 45, and becomes prismatic as the deflection peak light PL 2. This is because the light is emitted in the normal direction of the formation surface 43.
  • the front end surface 46 has an inclination angle b smaller than the inclination angle of the emission peak light PL 1 with respect to the prism forming surface 43, or ascends to the primary light source side as shown in FIG. With such an inclination angle b, as shown in FIG. 3, a part of the peak light PL 1 emitted from the light guide 3 enters the light deflecting element 3 via the tip plane 46.
  • the light is refracted and emitted as a deflection peak light PL 3 in a direction largely shifted from the normal direction of the prism forming surface 43, thereby reducing the luminance in the normal direction of the prism forming surface 43.
  • the dimension (hereinafter, also referred to as “length”) S of the tip end plane 46 in a cross section (XZ cross section) orthogonal to the extending direction of the prism row 41 A is the pitch of the prism row.
  • (X direction dimension of the bottom surface of the prism array 41A) is preferably in the range of 0.008 P to 0.088 P as P, and more preferably 0.017 P to 0.08 P. 0 5 3 P, more preferably 0. 0 1 7 P ⁇ 0. 0 3 5 c which is in the range of P, the brightness decreases as the length of the tip section plane 4-6 is greater than 0. 0 8 8 P Is smaller than 0.008 P, on the other hand, it tends to be difficult to form a fine prism shape.
  • the light deflecting element 4 of the present invention has an inclination angle p of the first prism surface 44 of 5 to 20 degrees, an inclination angle ⁇ of the second prism surface 45 of 35 to 40 degrees, ⁇ and ⁇ . It is preferable that the absolute value (— ⁇ I) of the difference be 15 to 35 degrees because high luminance can be obtained as a light source device.
  • the inclination angles ⁇ and ⁇ of the prism surfaces 44 and 45 are, as shown in FIG. 2, the prism forming surface at the intersection of the prism surfaces 44 and 45 and the front end surface 46. 43 The angle to the normal to 3.
  • the first pre The inclination angle ⁇ of the prism surface 44 is small, and the sum of the inclination angles ⁇ and ⁇ (that is, the intersection angle between the first prism surface 44 and the second prism surface 45) ⁇ is about 40 to 60 degrees
  • the sum of the inclination angles ⁇ and ⁇ that is, the intersection angle between the first prism surface 44 and the second prism surface 45
  • ⁇ is about 40 to 60 degrees
  • the front end portion plane 46 when the front end portion plane 46 is not formed, the occurrence of black streaks due to “crushing” at the front end of the prism array becomes remarkable.
  • the inclination angle ⁇ is equal to the tangent plane of the curved surface at the intersection of the curved surface and the front end surface 46 and the prism forming surface 43. Means the angle made with the normal.
  • the first prism surface 44 is a curved surface.
  • the angle formed between the first prism surface 44 and the tip plane 46 is indicated by ⁇
  • the second prism surface 45 and the tip plane 4 are indicated by ⁇ .
  • the second prism surface 45 is formed as a convex curved surface (particularly, the XZ cross section orthogonal to the Y direction, which is the extending direction of the prism array 41A, has an arc shape). I have. By making at least the second prism surface 45 a convex surface in this way, the light condensing effect as the light deflecting element 4 is further improved, and
  • the ratio (r / P) of the radius of curvature (r) of the convex surface to the pitch (P) of the prism array 41A is preferably in the range of 2 to 50, more preferably 3 to 50. 30, and more preferably in the range of 5 to 12. This is because when r / P is less than 2 or more than 50, sufficient light-collecting characteristics cannot be exhibited, and the brightness tends to decrease.
  • the second program is preferably in the range of 2 to 50, more preferably 3 to 50. 30, and more preferably in the range of 5 to 12.
  • the convex curved surface constituting the rhythm surface 45 is not limited to the arcuate cross-sectional shape defined by r / P as described above, and may be a non-arcuate cross-sectional shape.
  • the ratio of the maximum distance d between the imaginary plane 45 'connecting the leading edge and the bottom edge of the convex surface constituting the second prism surface 45 to the convex surface to the pitch (P) of the prism array ( d ZP) is preferably set to 0.1 to 5%. This means that d / P is less than 0.1% or more than 5%
  • the content is in the range of 0.2 to 3%, more preferably 0.2. In the range of ⁇ 2%.
  • the present invention is not limited to such a convex curved surface, and at least the second prism surfaces 45 have two or more different inclination angles (angles with respect to the normal of the prism formation surface 43).
  • the upper surface is composed of the upper planes, the smaller the inclination angle of these planes is,
  • the difference in inclination angle between the plane close to the light emitting surface and the plane farthest from the light emitting surface may be set to 15 degrees or less. Thereby, similarly, a high light-collecting effect can be exhibited, and high luminance can be obtained as the light source device.
  • the difference in the inclination angle between the plane closest to the light emitting surface and the plane farthest from the light emitting surface is preferably in the range of 0.5 to 10 degrees, and more preferably in the range of 1 to 7 degrees.
  • the second prism surface 45 by configuring the second prism surface 45 to have such a structure, it is possible to easily design an optical deflecting element having a desired light condensing property, and to provide an optical deflecting element having a certain optical characteristic. It can be manufactured stably.
  • At least one of the planes having different inclination angles as described above may be replaced by a convex curved surface, and all the planes may be replaced by a convex curved surface.
  • the shape of the convex curved surface can be such that the shape of the XZ section is a circular arc or a non-circular arc.
  • the second prism surface is constituted by a plurality of convex curved surfaces, it is preferable that the shape of each curved surface is different.
  • a convex curved surface having an arcuate cross-section and a convex curved surface having a non-arcuate cross-section can be combined, and it is preferable that at least one convex curved surface has a non-circular cross-sectional shape.
  • the curvature may be changed for each convex curved surface. Examples of the non-arc shape include a part of an elliptical shape and a part of a parabolic shape.
  • the ratio (r ZP) of the radius of curvature (r) to the pitch ( ⁇ ) of the prism array is preferably in the range of 2 to 50, and more preferably 3 to 50. ⁇ 30, more preferably in the range of 5 ⁇ 12.
  • the second prism surface is composed of a plurality of planes or convex curved surfaces having different inclination angles
  • the top edge and the bottom edge (valley portion) of the second prism surface are required.
  • the maximum distance d between a virtual plane (corresponding to 45 'in FIG. 2) and a plurality of planes or a convex curved surface (actual prism surface) is the pitch (P) of the prism row, as described above.
  • the ratio (d / P) is preferably 0.1 to 5%, more preferably 0.2 to 3%, and even more preferably 0.2 to 2%.
  • Such a plane or a convex curved surface having a different inclination angle typically has an emission light luminance distribution (in the XZ plane) when light totally reflected by each plane and each convex curved surface exits from the light exit surface 42. ) Is designed so that the peak angle at is approximately constant. The degree does not necessarily have to be substantially constant, but it can be designed so that all peak angles are within 15 degrees. All peak angles are preferably in the range of 10 degrees or less, more preferably 7 degrees or less, and even more preferably 5 degrees or less.
  • the primary light source 1 is a linear light source extending in the Y direction.
  • a fluorescent lamp or a cold cathode tube can be used.
  • the primary light source 1 is not limited to a linear light source, and a point light source such as a light emitting diode (LED) light source, a halogen lamp, a metahalo lamp, or the like may be used. In particular, it is used for display devices with relatively small screen dimensions, such as mobile phones and personal digital assistants.
  • LED light emitting diode
  • the primary light source 1 can be further installed not only on one side end face of the light guide 3 but also on the other side end face as necessary. .
  • a substantially point-like light source such as an LED light source
  • the light incident on the light guide 3 emits light.
  • the light propagates through the light guide 3 radially with the primary light source 1 substantially at the center, and the light emitted from the light emitting surface 3 3 also radiates around the primary light source 1. It emits in a shape.
  • the prism array 41 A formed on the light incident surface 41 of the light deflecting element 4 must have a primary shape. Arrange them in a generally arcuate shape so that they surround light source 1.
  • the prism rows 41A in parallel in a substantially arc shape so as to surround the primary light source 1, the light is emitted radially from the light emitting surface 33 in the same plane as the light emitting surface 33. Most of the incident light is incident on the prism array 41A of the light deflection element 4 substantially perpendicularly.
  • outgoing light can be efficiently directed to a specific direction in the entire area of the light emitting surface 33 of the light guide 3, and the uniformity of luminance can be improved.
  • a substantially arc-shaped prism array 41A formed on the light deflecting element 4 selects the degree of the arc according to the distribution of light propagating in the light guide 3, and is in the same plane as the light exit surface 33. In this case, it is preferable that most of the light radially emitted from the light emitting surface 33 be incident on the prism array 41A of the light deflecting element 4 substantially perpendicularly. Specifically, the radius of the substantially circular arc is gradually increased in a substantially concentric shape with the point light source 1 such as an LED substantially at the center.
  • Prism array 4 1 A approximately arc shape
  • the range of the shape radius is determined by the positional relationship and size between the position of the point-like primary light source 1 in the surface light source device and the effective area of the surface light source device corresponding to the display area of the liquid crystal display element.
  • the light source reflector 2 guides the light of the primary light source 1 to the light guide 3 with little loss.
  • a plastic film having a metal deposition reflective layer on the surface can be used as the material.
  • the light source reflector 2 is wound from the outer surface of the edge of the light reflecting element 5 through the outer surface of the primary light source 1 to the edge of the light emitting surface of the light diffusing element 6. I have.
  • the light source reflector 2 can be wound around the light emitting surface edge of the light deflecting element 4 from the outer surface of the light reflecting element 5 through the outer surface of the primary light source 1, avoiding the light diffusing element 6.
  • a reflecting member similar to the light source reflector 2 can be attached to a side end surface other than the side end surface 31 of the light guide 3.
  • the light reflection element 5 for example, a plastic sheet having a metal vapor deposition reflection layer on the surface can be used.
  • a light reflection layer or the like formed on the back surface 34 of the light guide 3 by metal deposition or the like can be used as the light reflection element 5.
  • the light guide 3 and the light deflecting element 4 of the present invention can be made of a synthetic resin having a high light transmittance.
  • a synthetic resin include methacrylic resin, acrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, and vinyl chloride resin.
  • methacrylic resin is optimal because of its high light transmittance, heat resistance, mechanical properties, and moldability.
  • methacrylic resin is a resin containing methyl methacrylate as a main component, and preferably contains 80% by weight or more of methyl methacrylate.
  • the transparent synthetic resin plate is hot-pressed using a mold member having a desired surface structure. It may be formed, or may be formed at the same time as molding by screen printing, extrusion molding, or injection molding.
  • the structural surface can be formed using a heat or photo-curable resin.
  • it is active on the surface of transparent substrates such as transparent films or sheets made of polyester resin, acrylic resin, polycarbonate resin, vinyl chloride resin, polymethacrylimide resin, etc.
  • a rough surface structure or a lens array arrangement structure made of an energy ray-curable resin may be formed, or such a sheet may be integrally bonded to a separate transparent substrate by a method such as adhesion or fusion.
  • the active energy ray-curable resin polyfunctional (meth) acrylic compounds, vinyl compounds, (meth) acrylic esters, aryl compounds, metal salts of (meth) acrylic acid and the like can be used. .
  • the visual field range is appropriately controlled according to the purpose without causing a decrease in luminance as much as possible. Therefore, the light diffusion element 6 can be arranged adjacent to the light exit surface 42 of the light deflection element 4. By arranging the light diffusing element 6 in this way, it is possible to suppress glare, uneven brightness, and the like, which cause deterioration in quality, and to improve quality.
  • the light diffusing element 6 may be formed integrally with the light deflecting element 4 on the light emitting surface side of the light deflecting element 4, or the light diffusing elements 6 may be individually placed on the light emitting surface side of the light deflecting element 4. May be. It is preferable to dispose the light diffusing elements 6 individually. When the light diffusing elements 6 are individually installed, the light diffusing element 6 has an uneven surface on the incident surface 61 facing the light deflecting element 4 in order to prevent the sticking with the light deflecting element 4. It is preferable to provide. Similarly, it is necessary to consider sticking between the emission surface 62 of the light diffusion element 6 and the liquid crystal display element disposed thereon, and the emission surface 62 of the light diffusion element 6 also has an uneven structure. Is preferably provided. When this uneven structure is provided only for the purpose of preventing stateing, the structure is preferably such that the average inclination angle is 0.7 degrees or more, and more preferably the average inclination angle is 1 degree or more. Yes, more preferably 1.5 degrees or more.
  • the light diffusing element 6 having a light diffusing property for appropriately diffusing the light emitted from the light deflecting element 4 in consideration of the balance such as the luminance characteristic and the visibility. preferable. That is, if the light diffusing property of the light diffusing element 6 is too low, it is difficult to sufficiently widen the viewing angle, and the visibility is reduced, and the effect of improving the quality may not be sufficient. If the value is too high, the effect of narrowing the field of view by the light deflecting element 4 will be impaired, and the total light transmittance will also decrease, which tends to lower the luminance.
  • the light diffusing element 6 of the present invention an element in which the full width at half maximum of the emitted light distribution when parallel light is incident is in the range of 1 to 13 degrees is used.
  • the full width at half maximum of the emission light distribution of the light diffusion element 6 is preferably in the range of 3 to 11 degrees, and more preferably in the range of 4 to 8.5 degrees.
  • the full width at half maximum of the emitted light distribution of the light diffusing element 6 indicates, as shown in FIG. 5, how much a parallel light beam incident on the light diffusing element 6 diffuses and spreads when emitted. refers to the full width of the angular spread angle in the half to the peak value of the light diffuser 6 in intensity distribution of the transmitted diffused light emitted ( ⁇ ⁇ H).
  • Such a light diffusion property can be provided by mixing a light diffusing agent into the light diffusion element 6 or by providing an uneven structure on at least one surface of the light diffusion element 6.
  • the degree of the concavo-convex structure formed on the surface is different between the case where it is formed on one surface of the light diffusion element 6 and the case where it is formed on both surfaces.
  • the average inclination angle is preferably in the range of 0.8 to 12 degrees, more preferably 3.5 to 7 degrees, More preferably, it is 4 to 6.5 degrees.
  • the average inclination angle of the concave structure formed on one surface is preferably in the range of 0.8 to 6 degrees, more preferably 2 to 6 degrees. It is 4 degrees, more preferably 2.5 to 4 degrees.
  • the average inclination angle on the incident surface side of the light diffusion element 6 be larger than the average inclination angle on the emission surface side.
  • the haze value of the light diffusing element 6 is preferably in the range of 8 to 82% from the viewpoint of improving luminance characteristics and visibility, more preferably in the range of 30 to 70%, and more preferably. Ranges from 40 to 65%.
  • light emitted from the light guide 3 is emitted in a specific direction such as a normal direction using the light deflection element 4, and the emitted light is emitted using the light diffusion element 6 having anisotropic diffusion property. It can also be emitted in a desired direction.
  • the light diffusion element 6 can be provided with both the functions of anisotropic diffusion and light deflection angle. For example, an uneven structure is used in which a large number of lenticular lens rows extending in one direction are arranged in parallel, and a large number of cylindrical lens shapes extending in one direction by a required dimension are discretely arranged in parallel. In such a case, by making the cross-sectional shape asymmetric, both functions of anisotropic diffusion action and light deflection action can be provided.
  • the light deflecting element 4 and the light diffusing element 6 may contain a light diffusing material for the purpose of adjusting the viewing angle as the light source device and improving the quality.
  • a light diffusing material transparent fine particles having a different refractive index from the material constituting the light deflecting element 4 and the light diffusing element 6 can be used.
  • light diffusion material light deflection
  • the content, particle size, refractive index, and the like must be appropriately selected so as not to impair the narrow-field effect of the element 4 and the appropriate diffusion effect of the light diffusing element 6.
  • the refractive index of the light diffusing material is such that if the refractive index difference between the light deflecting element 4 and the light diffusing element 6 is too small, the diffusion effect is small, and if it is too large, excessive scattering and refraction occurs.
  • the difference in refractive index is preferably in the range of 0.01 to 0.1, more preferably 0.03 to 0.1.
  • the average particle size is in the range of 0.5 to 20 / Xm. It is preferably in the range of 2 to 15 / m, more preferably in the range of 2 to 10m.
  • the liquid crystal display device is configured by disposing a liquid crystal display element on the light emitting surface (the light emitting surface 62 of the light diffusion device 6) of the light source device including the light emitting element 5 and the light diffusion element 6.
  • the liquid crystal display device is observed by an observer through the liquid crystal display element from above in FIG. Further, in the present invention, since a sufficiently collimated light having a narrow distribution can be made to enter the liquid crystal display element from the light source device, the gradation inversion in the liquid crystal display element is performed.
  • Image display with good brightness and uniformity of hue can be obtained without 2D, etc., and light irradiation concentrated in a desired direction can be obtained, and the efficiency of using the amount of light emitted from the primary light source for illumination in this direction can be improved. be able to.
  • a cold cathode tube was used as the primary light source, and 12 V DC was applied to the impeller (HIU-742A manufactured by Harrison) of the drive circuit to turn on the cold cathode tube at high frequency.
  • the normal 30 luminance is obtained by dividing the surface of the light source device or light guide into 3 x 5 squares of 20 mm square.
  • PC orchid 00 machine 2531 Calculated by averaging 15 points of the luminance value in the normal direction of each square.
  • the luminous intensity full width at half maximum of the light guide is fixed to black paper with a 4 mm ⁇ pinhole so that the pinhole is located at the center of the light guide surface, and the measurement circle of the luminance meter is 8 to 9 mm.
  • the distance was adjusted so as to be as close as possible, and the rotation of the gore rotation axis was adjusted around the pinhole in a direction perpendicular and parallel to the longitudinal axis of the cold cathode tube.
  • the full width at half maximum of the luminance of the light source device was adjusted so that the viewing angle of the luminance meter was 0.1 °, and the goo rotation axis was rotated with the center of the light emitting surface of the light source device as the measurement position.
  • the luminance distribution of the emitted light was measured with a luminance meter while the rotation axis was rotated from + 80 ° to 180 ° at 1 ° intervals in each direction, and the peak luminance and peak angle were determined.
  • the peak angle was 0 ° in the normal direction to the light source device, the primary light source side was negative, and the opposite side was positive.
  • One surface is matted with an average inclination angle of 1.1 ° by injection molding using an acrylic resin (Acrypet VH5 # 0000 [trade name] manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.).
  • a light guide whose surface is a cylindrical surface was fabricated.
  • the light guide had a wedge plate shape of 21.6 mm ⁇ 290 mm and a thickness of 2.0 mm to 0.7 mm.
  • the prism vertex angle of the prism row is made of acrylic ultraviolet curing resin so as to be parallel to the side (short side) of the length of the light guide, which is 2 16 mm.
  • a prism layer having a pitch of 50 ⁇ was arranged in parallel.
  • the maximum peak of the emitted light luminous intensity distribution in a plane perpendicular to both the light incident surface and the light emitting surface is 70 degrees with respect to the normal direction of the light emitting surface, and the full width at half maximum is 2 degrees. 2. 5 degrees.
  • an acrylic UV curable resin with a refractive index of 1.564 was used to form a prism with a pitch of 56.5 ⁇
  • a prism sheet comprising a series of PC leaks 02531 is provided in parallel.
  • the cross-sectional shape of the prism row is, assuming that the coordinates of the vertex of the prism is the origin and the length of the pitch P of the prism row is 1, the point 1 (1-1500, 65.209) in (X, z) coordinate display , Point 2 (0.00000, 0.000) and point 4 (15.443, 12.000) in this order, two straight lines, and points 4 and 5 (45.000, 65.000). 209) and a convex curve with a radius of 527.817 ⁇ .
  • the resulting prism sheet is oriented such that the surface on which the prism rows are formed faces the light exit surface side (mat surface side) of the light guide, and the prism ridge line is parallel to the light entrance surface of the light guide.
  • the prism surface (a prism surface corresponding to a straight line connecting point 1 and point 2 in the above cross-sectional shape) was placed on the light guide with the light source side, to obtain a light source device.
  • This light source device was evaluated as follows. That is, the emission light distribution in a plane perpendicular to both the light incident surface and the light emission surface was determined, and the peak light luminance ratio and the peak light angle based on Comparative Example 7 described later are shown in Table 2. Indicated. In addition, the light source device was made to emit light, and the appearance of the light emitting surface was visually observed. Table 2 shows the presence or absence of black streaks and interference patterns.
  • a prism sheet was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the cross-sectional shape of the prism row was as shown in Table 1 (points 1 to 5 were connected in this order).
  • the obtained prism sheet was placed on the same light guide in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a light source device.
  • the inclination angle of the plane of the end of the prism row is minus when the plane of the end shows a right-upward slope on the side opposite to the primary light source, and when the plane of the prism shows an upward-left slope on the primary light source side. Is shown as a plus (the same applies to Tables 3 and 5 below).
  • This light source device was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1. Table 2 shows the results.
  • the cross-sectional shape of the prism row, point 1 (-1 9.752, 54.269) and point 2 (0, 000, 0.000) and the joint Ida linear, and point 2 and point 4 (36.748 54 269), and a prism sheet was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the prism sheet was constituted by a convex curve having a radius of 468.915 / zm.
  • the obtained prism sheet was placed on the same light guide in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a light source device. This light source device was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1. Table 4 shows the results.
  • a prism sheet was prepared in the same manner as in Comparative Example 4, except that the cross-sectional shape of the prism array was as shown in Table 3 (points 1 to 4 were connected in this order).
  • the obtained prism sheet was placed on the same light guide in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a light source device.
  • This light source device was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1. Table 4 shows the results.
  • the cross-sectional shape of the prism array is defined as the straight line connecting point 1 (-14.178, 61.410) and point 2 (0.000, 0.000), and points 2 and 4 (42.322,
  • a prism sheet was produced in the same manner as in Comparative Example 1, except that the prism sheet was composed of a convex curve having a radius of 504.324 ⁇ m connected to 61.410).
  • the obtained prism sheet was mounted on the same light guide in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a light source device. This light source device was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1. The results D are shown in Table 6.
  • a prism sheet was produced in the same manner as in Comparative Example 6, except that the cross-sectional shape of the prism row was as shown in Table 5 (points 1 to 4 were connected in this order).
  • the obtained prism sheet was mounted on the same light guide in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a light source device 5.
  • This light source device was evaluated in the same manner as in Comparative Example 1.
  • Table 6 shows the results.
  • Prism shape coordinates Prism surface shape Tip flat Flat tip flat 1st pre 1st pre 2nd pre
  • a light source device was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The emission light luminance distribution in a plane perpendicular to both the light incident surface and the light emission surface of the light source device was obtained, and the luminance of the peak light was set to 1.00. The angle of the peak light was 0 °.
  • the light deflecting element of the present invention is provided with a flat end surface having a specific inclination angle at the front end portion of the prism array, it does not cause a decrease in luminance and is free from defects in appearance such as black streaks and interference patterns.
  • a light source device with excellent quality can be provided.

Abstract

光が入射する入光面（４１）とその反対側に位置し入射した光が出射する出光面（４２）とを有しており、入光面（４１）には複数のプリズム列（４１Ａ）が互いに並列に配列されており、プリズム列（４１Ａ）のそれぞれは先端部分に位置する傾斜角（ｂ）が１°～５０°の先端部平面（４６）とその一方の側に位置する第１のプリズム面（４４）と他方の側に位置する第２のプリズム面（４５）とから構成されている光偏向素子が提供される。この光偏向素子を、一次光源並びにそれから発せられる光が入射する光入射面および導光される光が出射する光出射面を有する導光体と組み合わせることで、輝度低下を招くことなく、黒筋や干渉模様などの外観上の欠陥のない品位に優れた光源装置が提供される。

Description

明細書 光偏向素子及び光源装置 技術分野：
本発明は、 ノートパソコン、 液晶テレビ、 携帯電話機、 携帯情報端末等におい て表示部として使用される液晶表示装置等を構成するエッジライ ト方式の光源装 置おょぴそれに使用される光偏向素子に関するものであり、 特に導光体の光出射 面側に配置される光偏向素子の改良に関するものである。 背景技術：
近年、 カラー液晶表示装置は、 携帯用ノートパソコンや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、 携帯電話機、 携帯情報 端末等の表示部として、 種々の分野で広く使用されてきている。 また、 情報処理 量の増大化、 ニーズの多様化、 マルチメディァ対応等に伴って、 液晶表示装置の 大画面化、 高精細化が盛んに進められている。
液晶表示装置は、 基本的にパックライ 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、 液晶表示素子部の直下に光源を配置した直下方 式のものや導光体の側端面に対向するように光源を配置したエッジライ ト方式の ものがあり、 液晶表示装置のコンパク ト化の観点からエッジライ ト方式が多用さ れている。
ところで、 近年、 比較的小さな画面寸法の表示装置であって観察方向範囲の比 較的狭い例えば携帯電話機の表示部として使用される液晶表示装置等では、 消費 電力の低減の観点から、 エッジライ ト方式のバックライ ト部として、 一次光源か ら発せられる光量を有効に利用するために、 画面から出射する光束の広がり角度 をできるだけ小さく して所要の角度範囲に集中して光を出射させるものが利用さ れてきている。
このように観察方向範囲が限定される表示装置であって、 一次光源の光量の利 用効率を高め消費電力を低減するために比較的狭い範囲に集中して光出射を行う 光源装置として、 特開 2 0 0 1— 1 4 3 5 1 5号公報において、 導光体の光出射 面に隣接して両面にプリズム形成面を有するプリズムシートを使用することが提 案されている。 この両面プリズムシートでは、 一方の面である入光面及び他方の 面である出光面のそれぞれに、 互いに平行な複数のプリズム列が形成されており、 入光面と出光面とでプリズム列方向を合致させ且つプリズム列どうしを対応位置 に配置している。 これにより、 導光体の光出射面から該光出射面に対して傾斜し た方向に出射光のピークを持ち適宜の角度範囲に分布して出射する光を、 プリズ ムシ一トの入光面の一方のプリズム面から入射させ他方のプリズム面で内面反射 させ、 更に出光面のプリズムでの屈折作用を受けさせて、 比較的狭い所要方向へ 光を集中出射させる。
このような光源装置によれば、 狭い角度範囲の集中出射が可能であるが、 光偏 向素子として使用されるプリズムシートとして両面に互いに平行な複数のプリズ ム列を、 入光面と出光面とでプリズム列方向を合致させ且つプリズム列どうしを 対応位置に配置することが必要であり、 この成形が複雑になる。
一方、 特開平 1 0— 2 5 4 3 7 1号公報では、 プリズムシ一トのプリズム列を 構成する一方のプリズム面のシート法線方向に対する傾斜角を 4 . 7 ~ 5 . 7度、 他方のプリズム面のシート法線方向に対する傾斜角を 3 4 . 2〜 3 5度とするこ とでシート法線方向の輝度の向上を図ることが提案されている。 しかし、 このよ うにプリズム列の一方のプリズム面のシート法線方向に対する傾斜角を極めて小 さく したようなプリズムシ一トでは、 プリズム列の頂角が 4 0度程度と小さくな り、 微細なプリズム形状の成形が困難になるとともに、 それを用いて光源装置を 構成した場合にプリズム列の先端の 「つぶれ」 により黒筋が観察されるなど光源 としての品位上の問題点も有していた。
また、 輝度の大幅な低下を招くことなくプリズム列の先端の耐擦傷性を向上さ せることを目的として、 特開 2 0 0 1— 3 4 3 5 0 7号公報にはプリズムシ一ト のプリズム列の先端部にシート面と平行な平坦部を形成することが提案されてい る。 しかし、 このようにプリズム列の先端部にシート面と平行な平坦部を形成し たプリズムシートでは、 それを用いて光源装置を構成した場合に、 プリズム列の 先端の 「つぶれ」 による黒筋の発生はある程度抑止できるものの、 導光体とプリ ズムシ一トとの接触面積が増えることにより、 スティッキングによる干渉模様の 発生や光源装置としての輝度低下を招くことがあるという問題点を有していた。 発明の開示：
本発明の目的は、 プリズムシートなどの光偏向素子を用いて構成される光源装 置における、 光偏向素子のプリズム列先端の 「つぶれ」 による黒筋などの不具合 の発生を、 輝度の低下を招くことなく抑止して、 輝度が高く、 品位に優れた光源 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、
光が入射する入光面とその反対側に位置し入射した光が出射する出光面とを有 しており、 前記入光面には複数のプリズム列が互いに並列に配列されており、 前 記プリズム列のそれぞれは先端部分に位置する傾斜角 1 ° 〜 5 0 ° の先端部平面 と該先端部平面の一方の側に位置する第 1のプリズム面と前記先端部平面の他方 の側に位置する第 2のプリズム面とから構成されていることを特徴とする光偏向 素子、
が提供される。
本発明の一態様においては、 前記プリズム列の延在方向と直交する断面におけ る前記先端部平面の寸法は、 前記プリズム列のピッチを Pとして 0 . 0 0 8 P〜 0 . 0 8 8 Pである。
本発明の一態様においては、 前記第 1のプリズム面及び前記第 2のプリズム面 の少なく とも一方は凸曲面からなる。 本発明の一態様においては、 前記第 1のプ リズム面及び前記第 2のプリズム面の少なく とも一方が複数の面からなり、 該複 数の面のそれぞれは平面または凸曲面からなる。 本発明の一態様においては、 前 記複数の面は、 前記先端部平面に隣接する平面と該平面に隣接する凸曲面とから なる。
本発明の一態様においては、 前記凸曲面は、 前記プリズム列の延在方向と直交 する断面が円弧形状をなすものである。 本発明の一態様においては、 前記凸曲面 は、 その曲率半径 rの前記プリズム列のピッチ Pに対する比 r / Pが 2 ~ 5 0で ある。 本発明の一態様においては、 前記凸曲面からなるプリズム面或いは前記第 1のプリズム面及ぴ前記第 2のプリズム面のうちの複数の面からなるものは、 そ の先端縁及ぴ底縁を結ぶ仮想平面とプリズム面との最大距離 dの前記プリズム列 のピッチ Pに対する割合 d / Pが 0 . 1〜 5 %である。 更に、 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が入射する光入射面おょぴ導光され 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側に隣接配置さ れた上記の光偏向素子とを備えることを特徴とする光源装置、
が提供される。
本発明の一態様においては、 前記光偏向素子の先端部平面の傾斜角は、 前記導 光体の光出射面から出射される光のうちのピーク光が前記光偏向素子の先端部平 面を介して該光偏向素子に入射することのないような角度とされている。 本発明 の一態様においては、 前記ピーク光は前記光出射面から該光出射面に対して 1 0 ° 〜4 0 ° の角度をなす方向に出射する。 本発明の一態様においては、 前記プ リズム列の第 1のプリズム面が前記第 2のプリズム列より前記一次光源の近くに 位置しており、 前記第 1のプリズム面は平面からなり、 前記第 2のプリズム面は 凸曲面からなるか又は複数の面からなり、 該複数の面のそれぞれは平面または凸 曲面からなる。 図面の簡単な説明 ：
図 1は、 本発明の光源装置を示す模式的斜視図である。
図 2は、 本発明の光偏向素子のプリズム列の概略形状を示す部分断面図である c 図 3は、 本発明の光偏向素子のプリズム列の概略形状を示す部分断面図である c 図 4は、 本発明の光源装置を示す模式的斜視図である。
図 5は、 光拡散素子の出射光分布の説明図である。 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、 本発明による光源装置の一つの実施形態を示す模式的斜視図である。 図 1に示されているように、 本発明の光源装置は、 少なく とも一つの側端面を光 入射面 3 1 とし、 これと略直交する一つの表面を光出射面 3 3とする導光体 3と、 この導光体 3の光入射面 3 1に対向して配置され光源リフレクタ 2で覆われた一 次光源 1 と、 導光体 3の光出射面上に隣接配置された光偏向素子 4と、 光偏向素 子 4の出光面 4 2上にこれと対向して隣接配置された光拡散素子 6と、 導光体 3 の光出射面 3 3とは反対側の裏面 3 4に対向して配置された光反射素子 5とから 構成される。
導光体 3は、 X Y面と平行に配置されており、 全体として矩形板状をなしてい る。 導光体 3は 4つの側端面を有しており、 そのうち Y Z面と平行な 1対の側端 面のうちの少なく とも一つの側端面を光入射面 3 1 とする。 光入射面 3 1は一次 光源 1と対向して配置されており、 一次光源 1から発せられた光は光入射面 3 1 から導光体 3内へと入射する。 本発明においては、 例えば、 光入射面 3 1 とは反 対側の側端面 3 2等の他の側端面にも光源を対向配置してもよい。
導光体 3の光入射面 3 1に略直交した 2つの主面は、 それぞれ X Y面と略平行 に位置しており、 いずれか一方の面 （図では上面） が光出射面 3 3となる。 この 光出射面 3 3または裏面 3 4のうちの少なく とも一方の面に粗面からなる指向性 光出射機能部や、 プリズム列、 レンチキュラーレンズ列、 V字状溝等の多数のレ ンズ列を光入射面 3 1と略平行に並列形成したレンズ面からなる指向性光出射機 能部を付与することによって、 光入射面 3 1から入射した光を導光体 3中を導光 させながら、 光出射面 3 3から光入射面 3 1およぴ光出射面 3 3に直交する面 ( X Z面） 内の出射光分布において指向性のある光を出射させる。 この X Z面内 における出射光分布のピークに対応するピーク光の方向が光出射面 3 3となす角 度を aとすると、 この角度 aは 1 0〜4 0度とすることが好ましく、 出射光分布 の半値全幅は 1 0〜4 0度とすることが好ましい。
導光体 3の表面に形成する粗面やレンズ列は、 I S 0 4 2 8 7 / 1 — 1 9 8 4 による平均傾斜角 0 aが 0 . 5〜 1 5度の範囲のものとすることが、 光出射面 3 3内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。 平均傾斜角 0 aは、 さらに好まし くは 1 ~ 1 2度の範囲であり、 より好ましくは 1 . 5〜 1 1度の範囲である。 こ れは、 粗面やレンズ列の平均傾斜角 0 aが 0 . 5度未満であると、 導光体 3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、 平均傾斜角 Θ aが 1 1度を超えると一次光源 1の近傍で多量の光が出射して、 光出射面 3 3 内での X方向における光の減衰が著しくなり、 光出射面 3 3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 3の粗面やレンズ列の形成さ れた面の平均傾斜角 Θ aを 0 . 5〜 1 5度の範囲内にすることにより、 光出射面 3 3から出射する光の出射光分布におけるピーク光の角度 aが 1 0〜4 0度の範 囲内にあり、 光入射面 3 1と光出射面 3 3との双方に垂直な X Z面における出射 光分布の半値全幅が 1 0〜4 0度の範囲内であるような指向性の高い出射特性の 光を導光体 3から出射させることができ、 その出射方向を光偏向素子 4で効率的 に偏向させることができ、 かくして高い輝度を有する面光源装置を提供すること ができる。
この平均傾斜角 Θ aは、 導光体 3の厚さ ( t ) と入射光が伝搬する方向の長さ ( L) との比 （LZ 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 3として LZ tが 2 0〜 2 0 0程度のものを使用する場合は、 平均傾 斜角 0 a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 3とし て L/ tが 2 0未満程度のものを使用する場合は、 平均傾斜角 Θ aを 7〜 1 2度 とすることが好ましく、 さらに好ましくは 8〜 1 1度の範囲である。
導光体 3に形成される粗面の平均傾斜角 0 aは、 I S O 4 2 8 7 / 1 _ 1 9 8 4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 ) 式おょぴ （2 ) 式を用いて求 めるこどができる。 ここで、 Lは測定長さであり、 Δ aは平均傾斜角 0 aの正接 である。
Δ a = ( 1 / L) 。リ ( d / d x ) f ( x ) I d x · ' · ( 1 ) 0 a = t a n _ 1 ( A a ) · · · ( 2 )
さらに、 導光体 3としては、 その光出射率が 0 . 5〜 5 %の範囲内にあるもの が好ましく、 より好ましくは 1〜3 %の範囲内である。 これは、 光出射率をこれ らの範囲内とすることにより、 導光体 3の表面に形成した粗面やレンズ列形成面 の平均傾斜角 Θ aの場合と同様に、 導光体 3から出射する十分な光量を確保し十 分な輝度が得られるとともに、 一次光源 1の近傍で光が多量に出射することを抑 え光出射面 3 3での輝度の均斉度が高められるからである。 更に、 光出射率を上 記範囲内とすることにより、 光出射面 3 3から出射する光の出射光分布における ピーク光の角度 aが 1 0〜 4 0度の範囲内にあり、 光入射面と光出射面との双方 に垂直な X Z面における出射光分布の半値全幅が 1 0〜4 0度の範囲内であるよ うな指向性の高い出射特性の光を導光体 3から出射させることができ、 その出射 方向を光偏向素子 4で効率的に偏向させることができ、 かく して高い輝度を有す る面光源装置を提供することができる。
本発明において、 導光体 3からの光出射率は次のように定義される。 光出射面 3 3の光入射面 3 1側の端縁での出射光の光強度 ( 1。） と光入射面 3 1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 3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 ( A / 1 0 0 ) [ 1— ( A/ 1 0 0 ) ] L / t · · · ( 3 ) ここで、 定数 Aが光出射率であり、 光出射面 3 3における光入射面 3 1 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 3か ら光が出射する割合の百分率 ( % ) である。 この光出射率 Aは、 縦軸に光出射面 2 3からの出射光の光強度の対数をとり、 横軸に （L / t ) をとり、 これらの関 係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。
また、 指向性光出射機能部が付与されていない他の主面には、 導光体 3からの 出射光の一次光源 1 と平行な面 （Y Z面） での指向性を制御するために、 光入射 面 3 1に対して 8 0〜 9 0度程度の略垂直の方向 （略 X方向） に延びる多数のレ ンズ列を配列したレンズ面を形成することが好ましい。 図 1に示した実施形態に おいては、 光出射面 3 3に粗面を形成し、 裏面 3 4に光入射面 3 1に対して略垂 直方向 （略 X方向） に延びる多数のレンズ列の配列からなるレンズ面を形成して いる。 本発明においては、 図 1に示した形態とは逆に、 光出射面 3 3にレンズ面 を形成し、 裏面 3 4を粗面とするものであってもよい。
図 1に示したように、 導光体 3の裏面 3 4あるいは光出射面 3 3にレンズ列を 形成する場合、 そのレンズ列としては略 X方向に延びたプリズム列、 レンチキュ ラーレンズ列、 V字状溝等が挙げられるが、 Y Z方向の断面の形状が略三角形状 のプリズム列とすることが好ましい。
本発明において、 導光体 3にレンズ列としてプリズム列を形成する場合には、 その頂角を 7 0〜 1 5 0度の範囲とすることが好ましい。 これは、 頂角をこの範 囲とすることによって導光体 3からの出射光を+分集光さることができ、 面光源 装置としての輝度の十分な向上を図ることができるためである。 すなわち、 プリ ズム頂角をこの範囲内とすることによって、 出射光分布におけるピーク光を含み X Z面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が 3 5〜 6 5度である集光され た出射光を出射させることができ、 面光源装置としての輝度を向上させることが できる。 なお、 プリズム列を光出射面 3 3に形成する場合には、 頂角は 8 0〜1 0 0度の範囲とすることが好ましく、 プリズム列を裏面 3 4に形成する場合には、 頂角は 7 0〜 8 0度または 1 0 0〜 1 5 0度の範囲とすることが好ましい。
なお、 本発明では、 上記のような光出射面 3 3または裏面 3 4に光出射機能部 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能を付与したものでもよい。 また、 導光体 3と しては、 図 1に示したような断面形状に限定されるものではなく、 くさび状、 船 型状等の種々の断面形状を持つものが使用できる。
図 2は、 光偏向秦子 4におけるプリズム列の形状の説明図である。 光偏向素子 4は、 その 2つの主表面のうち導光体 3側に位置する面が入光面 4 1とされ、 他 方の面が出光面 4 2とされている。 入光面 4 1には多数のプリズム列 4 1 Aが並 列に配列されており、 各プリズム列は一次光源側に位置する第 1のプリズム面 4 4と一次光源から遠い側に位置する第 2のプリズム面 4 5 との 2つのプリズム面 を有する。 図 2に示した実施形態においては、 第 1のプリズム面 4 4が平面から なり、 第 2のプリズム面 4 5が凸曲面からなる。
本発明の光偏向素子 4においては、 2つのプリズム面 4 4， 4 5を有するプリ ズム列 4 1 Aの先端部分に平面 （先端部平面） 4 6が形成されている。 即ち、 プ リズム列 4 1 Aは、 先端部平面 4 6とその一方側に位置する第 1のプリズム面 4 4と他方側に位置する第 2のプリズム面 4 5とから構成されている。 先端部平面 4 6をプリズム列の先端部に形成することにより、 光偏向素子 4を導光体 3上に 配置した際のプリズム列 4 1 Aの先端の 「つぶれ」 即ち形状変形を防止でき、 こ の 「つぶれ」 に起因する黒筋 （黒線） などの発生のない、 品位の優れた光源装置 を提供できる。 本発明においては、 この先端部平面 4 6のプリズム形成面 （プリ ズム列 4 1 Aの底面に対応する面） 4 3に対する傾斜角 bを 1〜 5 0度の範囲内 とすることにより、 光偏向素子 4と導光体 3 とのステイツキングによる干渉模様 などの発生を抑止できるとともに、 先端部平面 4 6を設けることによる輝度の低 下を抑止することができる。 特に、 先端部平面 4 6の傾斜角は 5〜4 5度の範囲 内とすることが輝度の向上をもたらすことから好ましく、 より好ましくは 7〜 3 5度の範囲内である。
また、 図 2に示したように先端部平面 4 6がー次光源とは反対の側に右上がり となるような傾斜角 bを有する場合には、 光源装置としての輝度を向上させるた めには、 先端部平面 4 6は、 光偏光素子 4に入射してくる光すなわち導光体 3の 光出射面 3 3からの出射光のうちのピーク光 P L 1のプリズム形成面 4 3に対す る傾斜角と略同一又はそれより大きな傾斜角 bを有していることが好ましい。 こ れは、 先端部平面 4 6の傾斜角 bをこのようにすることにより、 導光体 3からの 出射ピーク光 P L 1が先端部平面 4 6を介して光偏向素子 3に入射することは実 質上なくなり、 出射ピーク光 P L 1は第 1のプリズム面 4 4から光偏向素子 3に 入射し、 その大部分が第 2のプリズム面 4 5で全反射されて偏向ピーク光 P L 2 としてプリズム形成面 4 3の法線方向に出射するためである。 一方、 先端部平面 4 6が、 出射ピーク光 P L 1のプリズム形成面 4 3に対する傾斜角より小さな傾 斜角 bを有していたり、 図 3に示したように一次光源側に左上がりとなるような 傾斜角 bを有していたりすると、 図 3に示したように導光体 3からの出射ピーク 光 P L 1の一部は、 先端部平面 4 6を介して光偏向素子 3に入射するようになり、 ここで屈折して偏向ピーク光 P L 3としてプリズム形成面 4 3の法線方向より大 幅にずれた方向に出射し、 これによりプリズム形成面 4 3の法線方向輝度の低下 を招く傾向にある。
さらに、 本発明においては、 プリズム列 4 1 Aの延在方向と直交する断面 （X Z断面） における先端部平面 4 6の寸法 （以下、 「長さ」 ともいう） Sは、 プリ ズム列のピッチ （プリズム列 4 1 Aの底面の X方向寸法） を Pとして 0 . 0 0 8 P〜 0 . 0 8 8 Pの範囲内にあることが好ましく、 より好ましくは 0 . 0 1 7 P 〜0 . 0 5 3 P、 さらに好ましくは 0 . 0 1 7 P〜0 . 0 3 5 Pの範囲内である c これは、 先端部平面 4 6の長さが 0 . 0 8 8 Pを超えると輝度低下が大きくなる 傾向にあり、 逆に 0 . 0 0 8 P未満であると微細なプリズム形状の成形が困難に なる傾向にあるためである。
本発明の光偏向素子 4は、 第 1のプリズム面 4 4の傾斜角 pを 5〜 2 0度、 第 2のプリズム面 4 5の傾斜角 σを 3 5〜 4 0度、 Ρと σとの差の絶対値 ( — σ I ) を 1 5〜 3 5度とすることが、 光源装置として高い輝度を得ることができ ることから好ましい。 なお、 ここでいうプリズム面 4 4 , 4 5の傾斜角 ρ , σ と は、 図 2に示したように、 プリズム面 4 4， 4 5と先端部平面 4 6との交差部分 におけるプリズム形成面 4 3の法線に対する角度である。 このように第 1のプリ ズム面 4 4の傾斜角 σが小さく、 傾斜角 ρ と σとの和 （即ち第 1のプリズム面 4 4と第 2のプリズム面 4 5との交差角） γが 4 0〜6 0度程度の光偏向素子 4に おいては、 先端部平面 4 6を形成しない場合にプリズム列先端の 「つぶれ」 によ る黒筋などの発生が顕著となるため、 本発明はこのような光偏向素子 4における
5 特性改善に特に適している。 なお、 図 2に示したように第 2のプリズム面 4 5が 曲面からなる場合には、 傾斜角 σは曲面と先端部平面 4 6 との交差部分における 曲面の接平面とプリズム形成面 4 3の法線とのなす角をいう。 第 1のプリズム面 4 4が曲面からなる場合も同様である。 図 2には、 第 1プリズム面 4 4と先端部 平面 4 6とのなす角度が αで示されており、 第 2プリズム面 4 5と先端部平面 4
10 6とのなす角度が 3で示されている。
図 2に示した実施形態においては、 第 2のプリズム面 4 5を凸曲面 (特にプリ ズム列 4 1 Aの延在方向である Y方向と直交する X Z断面が円弧形状をなすも の） としている。 このように少なく とも第 2のプリズム面 4 5を凸曲面とするこ とによって、 光偏向素子 4としての集光効果をより向上させ、 光源装置としての
]5 輝度をより高めることができる。 この場合、 プリズム列 4 1 Aのピッチ （P ) に 対する凸曲面の曲率半径 （r ) の比 （r / P ) を 2〜 5 0の範囲とすることが好 ましく、 より好ましくは 3〜 3 0、 さらに好ましくは 5〜 1 2の範囲である。 こ れは、 r / Pが 2未満であったり 5 0を超えたりすると、 十分な集光特性を発揮 できなくなり、 輝度が低下する傾向にある。 また、 本発明においては、 第 2のプ
23 リズム面 4 5を構成する凸曲面は上記のように r / Pで規定される断面円弧形状 のものに限らず、 断面非円弧形状のものであってもよい。 この場合、 第 2のプリ ズム面 4 5を構成する凸曲面の先端縁及ぴ底縁を結ぶ仮想平面 4 5 ' と凸曲面と の最大距離 dの、 プリズム列のピッチ （P ) に対する割合 （d Z P ) を、 0 . 1 〜 5 %とするのが好ましい。 これは、 d / Pが 0 . 1 %未満であったり 5 %を超
Z えたりすると、 集光特性が低下する傾向にあり、 十分な輝度向上を図れなくなる 傾向にあるためであり、 より好ましくは 0 . 2〜 3 %の範囲であり、 さらに好ま しくは 0 . 2〜 2 %の範囲である。
本発明においては、 このような凸曲面に限らず、 少なく とも第 2のプリズム面 4 5を互いに傾斜角 （プリズム形成面 4 3の法線に対する角度） の異なる 2っ以
30 上の平面より構成し、 これら平面の傾斜角が出光面に近いほど小さくなり、 最も 出光面に近い平面と最も出光面から遠い平面との傾斜角の差が 1 5度以下となる ようにしてもよい。 これにより、 同様に高い集光効果を発揮させることができ、 光源装置として高い輝度を得ることができる。 この最も出光面に近い平面と最も 出光面から遠い平面との傾斜角の差は、 好ましくは 0 . 5〜 1 0度の範囲であり、 より好ましくは 1〜 7度の範囲である。 また、 第 2のプリズム面 4 5をこのよう な構造にすることにより、 所望の集光性を有する光偏向素子を容易に設計するこ とができるとともに、 一定の光学特性を有する光偏向素子を安定して製造するこ ともできる。
また、 本発明においては、 上記のような異なる傾斜角を有する平面の少なく と も 1っを凸曲面により置き換えることもでき、 全ての平面を凸曲面で置き換えて もよい。 この場合、 凸曲面の形状は、 その X Z断面の形状が円弧あるいは非円弧 となるようなものとすることができる。 さらに、 複数の凸曲面により第 2のプリ ズム面を構成する場合には、 各 ΰ曲面の形状が異なることが好ましい。 この場合、 断面円弧形状の凸曲面と断面非円弧形状の凸曲面とを組み合わせることもでき、 少なく とも 1つの凸曲面を断面非円弧形状とすることが好ましい。 複数の凸曲面 を断面円弧形状とする場合には、 各凸曲面でその曲率を変えたものであってもよ い。 非円弧形状としては、 楕円形状の一部、 放物線形状の一部等が挙げられる。 このような凸曲面は、 前述と同様に、 プリズム列のピッチ （Ρ ) に対する曲率 半径 （r ) の比 （r Z P ) を 2〜 5 0の範囲とすることが好ましく、 より好まし くは 3〜3 0、 さらに好ましくは 5〜 1 2の範囲である。
また、 第 2のプリズム面が傾斜角の異なる複数の平面あるいは凸曲面より構成 されるとき、 十分な集光特性を確保するためには、 第 2のプリズム面の先端縁と 底縁 （谷部） とを結ぶ仮想平面 （図 2における 4 5 ' に相当） と複数の平面ある いは凸曲面 （実際のプリズム面） との最大距離 dが、 前述と同様に、 プリズム列 のピッチ （P ) に対する割合 （d / P ) で 0 . 1〜 5 %とすることが好ましく、 より好ましくは 0 . 2〜 3 %の範囲であり、 さらに好ましくは 0 . 2 ~ 2 %の範 囲である。
このような傾斜角の異なる平面おょぴ凸曲面は、 典型的には各平面およぴ各凸 曲面で全反射した光が出光面 4 2から出射した際の出射光輝度分布 （X Z面内） におけるピーク角度が略一定の角度になるように設計されるが、 この各ピーク角 度は必ずしも略一定の角度となるようにする必要はなく、 全てのピーク角度が 1 5度以内の範囲内となるような範囲で設計することができる。 全てのピーク角度 は、 好ましくは 1 0度以下、 より好ましくは 7度以下、 さらに好ましくは 5度以 下の範囲である。
5 一次光源 1は Y方向に延在する線状の光源であり、 該一次光源 1としては例え ば蛍光ランプや冷陰極管を用いることができる。 なお、 本発明においては、 一次 光源 1は線状光源に限定されるものではなく、 発光ダイオード （L E D ) 光源、 ハロゲンランプ、 メタハロランプ等のような点光源を使用することもできる。 特 に、 携帯電話機や携帯情報端末等の比較的小さな画面寸法の表示装置に使用する
10 場合には、 L E D等の小さな点光源を使用することが好ましい。 また、 一次光源 1は、 図 1に示したように、 導光体 3の一方の側端面に設置する場合だけでなく、 必要に応じて対向する他方の側端面にもさらに設置することもできる。
例えば、 図 4に示すように一次光源 1として L E D光源等の略点状光源を導光 体 3のコーナー等に配置して使用する場合には、 導光体 3に入射した光は光出射
15 面 3 3と同一の平面内において一次光源 1を略中心とした放射状に導光体 3中を 伝搬し、 光出射面 3 3から出射する出射光も同様に一次光源 1を中心とした放射 状に出射する。 このような放射状に出射する出射光を、 その出射方向に関わらず 効率よく所望の方向に偏向させるためには、 光偏向素子 4の入光面 4 1に形成す るプリズム列 4 1 Aを一次光源 1を取り囲むように略弧状に並列して配置するこ
2D とが好ましい。 このように、 プリズム列 4 1 Aを一次光源 1を取り囲むように略 弧状に並列して配置することにより、 光出射面 3 3と同一の平面内においては、 光出射面 3 3から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子 4のプリズム列 4 1 A に対して略垂直に入射する。 かく して、 導光体 3の光出射面 3 3の全領域で出射 光を効率良く特定の方向に向けることができ、 輝度の均一性を向上させることが
S できる。 光偏向素子 4に形成する略弧状のプリズム列 4 1 Aは、 導光体 3中を伝 搬する光の分布に応じてその弧状の程度を選定し、 光出射面 3 3と同一の平面内 においては、 光出射面 3 3から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子 4のプリ ズム列 4 1 Aに対して略垂直に入射するようにすることが好ましい。 具体的には、 L E D等の点状光源 1を略中心とした略同心円状に略円弧の半径が少しずつ大き
30 くなるように並列して配置されたものが挙げられる。 プリズム列 4 1 Aの略弧形 状の半径の範囲は、 面光源装置における点状一次光源 1の位置と、 液晶表示素子 の表示ェリアに相当する面光源装置の有効ェリアとの位置関係や大きさによって 決定される。
光源リフレクタ 2は一次光源 1の光をロスを少なく導光体 3へ導くものである。 その材質としては、 例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルム を用いることができる。 図 1に示されているように、 光源リ フレクタ 2は、 光反 射素子 5の端縁部外面から一次光源 1 の外面を経て光拡散素子 6の出射面端縁部 へと卷きつけられている。 他方、 光源リ フレクタ 2は、 光拡散素子 6を避けて、 光反射素子 5の端縁部外面から一次光源 1の外面を経て光偏向素子 4の出光面端 縁部へと卷きつけることも可能であり、 或いは、 光偏向素子 4をも避けて、 光反 射素子 5の端縁部外面から一次光源 1の外面を経て導光体 3の光出射面端縁部へ と巻きつけることも可能である。
このような光源リフレクタ 2と同様な反射部材を、 導光体 3の側端面 3 1以外 の側端面に付することも可能である。 光反射素子 5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 5として、 反射シートに代えて、 導光体 3の裏面 3 4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。
本発明の導光体 3及ぴ光偏向素子 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、 メタクリル榭脂、 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、 塩化ビュル系樹脂が例示できる。 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 8 0重量％以上であるも のが好ましい。 導光体 3及び光偏向素子 4の粗面の表面構造ゃプリズム列等の表 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。 更に、 ポリエステル系樹脂、 ァ クリル系樹脂、 ポリカーボネート系樹脂、 塩化ビュル系樹脂、 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） ァク リル化合物、 ビニル化合物、 (メタ） アク リル酸エステル類、 ァリル化合物、 (メタ） アク リル酸の金属塩等を使用することができる。
さらに、 本発明においては、 このように光偏向素子 4によって狭視野化され高 輝度化された光源装置において、 輝度の低下をできる限り招くことなく、 視野範 囲を目的に応じて適度に制御するために、 光偏向素子 4の出光面 4 2上に光拡散 素子 6を隣接配置することができる。 このように光拡散素子 6を配置することに よって、 品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑等を抑止し品位向上を図ること もできる。
光拡散素子 6は、 光偏向素子 4の出光面側に光偏向素子 4と一体化させて形成 してもよいし、 光拡散素子 6を個別に光偏向素子 4の出光面側に载置してもよい。 個別に光拡散素子 6を配置する方が好ましい。 個別に光拡散素子 6を载置する場 合には、 光拡散素子 6の光偏向素子 4に対向する入射面 6 1には、 光偏向素子 4 とのステイツキングを防止するため、 凹凸構造を付与することが好ましい。 同様 に、 光拡散素子 6の出射面 6 2においても、 その上に配置される液晶表示素子と の間でのスティッキングを考慮する必要があり、 光拡散素子 6の出射面 6 2にも 凹凸構造を付与することが好ましい。 この凹凸構造は、 ステイツキング防止の目 的のみに付与する場合には、 平均傾斜角が 0 . 7度以上となるような構造とする ことが好ましく、 さらに好ましくは平均傾斜角が 1度以上であり、 より好ましく は 1 . 5度以上である。
本発明においては、 輝度特性、 視認性おょぴ品位等のパランスを考慮して光偏 向素子 4からの出射光を適度に拡散させる光拡散特性を有する光拡散素子 6を使 用するのが好ましい。 すなわち、 光拡散素子 6の光拡散性が低すぎる場合には、 視野角を十分に広げることが困難となり視認性を低下させるとともに、 品位改善 効果が十分でなくなることがあり、 逆に光拡散性が高すぎる場合には光偏向素子 4による狭視野化の効果が損なわれるとともに、 全光線透過率も低くなり輝度が 低下する傾向にある。 そこで、 本発明の光拡散素子 6においては、 平行光を入射 したときの出射光分布の半値全幅が 1〜 1 3度の範囲であるものが使用される。 光拡散素子 6の出射光分布の半値全幅は、 好ましくは 3〜 1 1度の範囲、 さらに 好ましくは 4〜 8 . 5度の範囲である。 なお、 本発明において光拡散素子 6の出 射光分布の半値全幅とは、 図 5に示すように、 光拡散素子 6に入射した平行光線 が出射時にどの程度拡散して広がるかを示したもので、 光拡散素子 6を透過拡散 した出射光の光度分布におけるピーク値に対する半値での広がり角の全幅の角度 ( Δ Θ H) をいう。
このような光拡散特性は、 光拡散素子 6中に光拡散剤を混入したり、 光拡散素 子 6の少なく とも一方の表面に凹凸構造を付与することによって付与することが できる。 表面に形成する凹凸構造は、 光拡散素子 6の一方の表面に形成する場合 と両方の表面に形成する場合とでは、 その程度が異なる。 光拡散素子 6の一方の 表面に凹凸構造を形成する場合には、 その平均傾斜角を 0 . 8〜 1 2度の範囲と することが好ましく、 さらに好ましくは 3 . 5〜 7度であり、 より好ましくは 4 〜6 . 5度である。 光拡散素子 6の両方の表面に凹凸構造を形成する場合には、 一方の表面に形成する凹 構造の平均傾斜角を 0 . 8〜 6度の範囲とすることが 好ましく、 さらに好ましくは 2〜4度であり、 より好ましくは 2 . 5〜 4度であ る。 この場合、 光拡散素子 6の全光線透過率の低下を抑止するためには、 光拡散 素子 6の入射面側の平均傾斜角を出射面側の平均傾斜角よりも大きくすることが 好ましい。 また、 光拡散素子 6のヘイズ値としては 8〜8 2 %の範囲とすること i 輝度特性向上と視認性改良の観点から好ましく、 さらに好ましくは 3 0〜7 0 %の範囲であり、 より好ましくは 4 0〜 6 5 %の範囲である。
本発明においては、 光偏向素子 4を用いて導光体 3からの出射光を法線方向等 の特定な方向に出射させ、 この出射光を異方拡散性を有する光拡散素子 6を用い て所望の方向に出射させることもできる。 この場合、 光拡散素子 6に異方拡散作 用と光偏向角作用の両方の機能を付与することもできる。 例えば、 凹凸構造とし て、 一方向に長く延びた多数のレンチキュラーレンズ列を並列配置したものや一 方向に所要の寸法だけ延びた多数のシリンドリカルレンズ形状体を離散的に平行 に配置したものを用いたものでは、 その断面形状を非対称形状にすることで、 異 方拡散作用と光偏向作用の両機能を付与することができる。
また、 本発明においては、 光源装置としての視野角を調整し、 品位を向上させ る目的で、 光偏向素子 4や光拡散素子 6に光拡散材を含有させることもできる。 このような光拡散材としては、 光偏向素子 4や光拡散素子 6を構成する材料と屈 折率が異なる透明な微粒子を使用することができ、 例えば、 シリコーンビーズ、 ポリスチレン、 ポリメチルメタクリレート、 フッ素化メタクリ レート等の単独重 合体あるいは共重合体からなるもの等が挙げられる。 光拡散材としては、 光偏向
5 素子 4による狭視野効果や光拡散素子 6による適度な拡散効果を損なわないよう に、 含有量、 粒径、 屈折率等を適宜選定する必要がある。 例えば、 光拡散材の屈 折率は、 光偏向素子 4や光拡散素子 6を構成する材料との屈折率差が小さすぎる と拡散効果が小さく、 大きすぎると過剰な散乱屈折作用が生じるため、 屈折率差 を 0 . 0 1〜0 . 1の範囲とすることが好ましく、 さらに好ましくは 0 . 0 3〜
10 0 . 0 8、 より好ましくは 0 . 0 3〜0 . 0 5の範囲である。 また、 拡散材の粒 径が大きすぎると散乱が強くなりぎらつきや輝度の低下を引き起こし、 小さすぎ ると着色が発生するため、 平均粒径 0 . 5〜 2 0 /X mの範囲とすることが好まし く、 さらに好ましくは 2〜 1 5 / m、 より好ましくは 2〜 1 0 mの範囲である。 以上のような一次光源 1、 光源リフレクタ 2、 導光体 3、 光偏向素子 4、 光反
15 射素子 5および光拡散素子 6からなる光源装置の発光面 （光拡散素子 6の出射面 6 2 ) 上に、 液晶表示素子を配置することにより液晶表示装置が構成される。 液 晶表示装置は、 図 1における上方から液晶表示素子を通して観察者により観察さ れる。 また、 本発明においては、 十分にコリメートされた狭い分布の光を光源装 置から液晶表示素子に入射させることができるため、 液晶表示素子での階調反転
2D 等がなく明るさ、 色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、 所望の方 向に集中した光照射が得られ、 この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利 用効率を高めることができる。 実施例：
Z 以下、 実施例及び比較例によって本発明を具体的に説明する。 なお、 以下の実 施例及ぴ比較例における各特性値の測定は下記のようにして行った。
光源装置の法線輝度、 光度半値全幅の測定
一次光源として冷陰極管を用い、 その駆動回路のインパータ （ハリ ソン社製 H I U - 7 4 2 A ) に D C 1 2 Vを印加して、 冷陰極管を高周波点灯させた。 法線 30 輝度は、 光源装置あるいは導光体の表面を 2 0 m m四方の正方形に 3 X 5分割し、 PC蘭 00機 2531 各正方形の法線方向の輝度値の 1 5点平均をとることで求めた。 導光体の光度半 値全幅は、 4 mm φのピンホールを有する黒色の紙をピンホールが導光体表面の 中央に位置するように固定し、 輝度計の測定円が 8〜 9 mmとなるように距離を 調整し、 冷陰極管の長手方向軸と垂直の方向およぴ平行な方向でピンホールを中 心にゴ-ォ回転軸が回転するように調節した。 それぞれの方向で回転軸を + 8 0° 〜一 8 0° まで 1° 間隔で回転させながら、 輝度計で出射光の光度分布を測 定し、 ピーク角度、 光度分布の半値全幅 （ピーク値の 1 / 2以上の値の分布の広 がり角） を求めた。 また、 光源装置の輝度半値全幅は、 輝度計の視野角度を 0. 1度にし、 光源装置の発光面の中央を測定位置としてゴ-ォ回転軸が回転するよ うに調節した。 それぞれの方向で回転軸を + 8 0° 〜一 8 0° まで 1° 間隔で回 転させながら、 輝度計で出射光の輝度分布を測定し、 ピーク輝度、 ピーク角度を 求めた。 ピーク角度は光源装置に対し法線方向を 0° とし、 一次光源側を負とし、 それと反対側を正とした。
[比較例 1 ]
アク リル樹脂 （三菱レイヨ ン （株） 製ァク リペッ ト VH 5 # 0 0 0 [商品 名] ) を用い射出成形することによって一方の面が平均傾斜角 1. 1° のマット 面で他方の面が鐃面である導光体を作製した。 該導光体は、 2 1 6 mmX 2 9 0 mm、 厚さ 2. 0 mm- 0. 7 mmのクサビ板状をなしていた。 この導光体の鏡 面側に、 導光体の長さ 2 1 6 mmの辺 （短辺） と平行になるように、 アク リル系 紫外線硬化樹脂によってプリズム列のプリズム頂角 1 3 0° 、 ピッチ 5 0 πιの プリズム列が並列に連設配列されたプリズム層を形成した。 導光体の長さ 2 9 0 mmの辺 （長辺） に対応する一方の側端面 （厚さ 2. 0 mmの側の端面） に対向 するようにして、 長辺に沿って冷陰極管を光源リフレクタ （麗光社製銀反射フィ ルム） で覆い配置した。 さらに、 その他の側端面に光拡散反射フィルム （東レ社 製 E 6 0 [商品名] ) を貼付し、 プリズム列配列の面 （裏面） に反射シートを配 置した。 以上の構成を枠体に組み込んだ。 この導光体は、 光入射面および光出射 面の双方に垂直な面内での出射光光度分布の最大ピークが光出射面法線方向に対 して 7 0度をなし、 半値全幅が 2 2. 5度であった。
一方、 厚さ 1 8 8 mのボリエステルフィルムの一方の表面上に、 屈折率 1. 5 0 6 4のアクリル系紫外線硬化性樹脂を用いて、 ピッチ 5 6. 5 μ ΐηのプリズ PC漏賺 02531 ム列を並列に連設してなるプリズムシ一トを作製した。 プリズム列の断面形状は、 プリズムの頂点の座標を原点としプリズム列のピッチ Pの長さを 1 としたとき、 ( X , z ) 座標表示で、 点 1 (一 11. 500, 65. 209) 、 点 2 ( 0. 000, 0. 000) 及び点 4 ( 15. 443, 12. 000 ) の 3点をこの順に繋いだ 2つの直線、 及ぴ点 4 と点 5 (45. 000, 65. 209) とを繋いだ半径 527. 817 μ πιの凸曲線からなるものとした。 得られたプリズムシートを、 上記導光体の光出射面側 （マット面側） にプリズ ム列の形成された面が向き、 導光体の光入射面にプリズム稜線が平行となり、 第 1のプリズム面 （上記断面形状における点 1と点 2とを繋いだ直線に対応するプ リズム面） が光源側となるようにして、 導光体上に载置し、 光源装置を得た。 この光源装置の評価を次のようにして行った。 即ち、 光入射面および光出射面 の双方に垂直な面内での出射光分布を求め、 後述の比較例 7を基準とした場合の ピーク光の輝度比率、 及びピーク光の角度を表 2に示した。 また、 光源装置を発 光させてその発光面の外観を目視で観察し、 黒筋や干渉模様の有無を表 2に示し た。
[実施例 1〜1 8、 比較例 2〜3 ]
プリズム列の断面形状を表 1に示した通り （点 1〜点 5をこの順に繋いだも の） としたこと以外は、 比較例 1と同様にしてプリズムシートを作製した。 得ら れたプリズムシートを、 比較例 1と同様にして同様の導光体上に载置し、 光源装 置を得た。 なお、 表 1中、 プリズム列の先端部平面の傾斜角は、 該先端部平面が 一次光源と反対側に右上がりの傾斜を示す場合をマイナス、 一次光源側に左上が りの傾斜を示す場合をプラスで示した （後述の表 3及ぴ表 5においても同じ） 。 この光源装置について比較例 1 と同様にして評価を行った。 その結果を表 2に示 した。
Figure imgf000021_0001
Figure imgf000021_0002
2531
[表 2 ]
Figure imgf000022_0001
[比較例 4 ]
プリズム列の断面形状を、 点 1 (-19. 752, 54. 269)と点 2 (0, 000, 0. 000)とを繋 いだ直線、 及び点 2と点 4 (36. 748 54. 269)とを繋いだ半径 468. 915 /z mの凸曲線 で構成したこと以外は、 比較例 1 と同様にしてプリズムシートを作製した。 得ら れたプリズムシートを、 比較例 1 と同様にして同様の導光体上に载置し、 光源装 置を得た。 この光源装置について比較例 1 と同様にして評価を行った。 その結果 を表 4に示した。
[実施例 1 9 2 9、 比較例 5 ]
プリズム列の断面形状を表 3に示した通り （点 1〜点 4をこの順に繋いだも の） としたこと以外は、 比較例 4と同様にしてプリ ズムシートを作製した。 得ら れたプリ ズムシートを、 比較例 1 と同様にして同様の導光体上に载置し、 光源装 置を得た。 この光源装置について比較例 1と同様にして評価を行った。 その結果 を表 4に示した。
Figure imgf000023_0001
* 3 [表 4 ]
Figure imgf000024_0001
[比較例 6 ]
プリズム列の断面形状を、 点 1 (-14. 178, 61. 410)と点 2 (0. 000, 0. 000)とを繋 いだ直線、 及ぴ点 2と点 4 (42. 322, 61. 410)とを繋いだ半径 504. 324 μ mの凸曲線 で構成したこと以外は、 比較例 1 と同様にしてプリズムシートを作製した。 得ら れたプリズムシートを、 比較例 1と同様にして同様の導光体上に載置し、 光源装 置を得た。 この光源装置について比較例 1 と同様にして評価を行った。 その結果D を表 6に示した。
[実施例 3 0〜 3 2 ]
プリズム列の断面形状を表 5に示した通り （点 1〜点 4をこの順に繋いだも の） としたこと以外は、 比較例 6と同様にしてプリズムシートを作製した。 得ら - れたプリズムシートを、 比較例 1 と同様にして同様の導光体上に載置し、 光源装5 置を得た。 この光源装置について比較例 1 と同様にして評価を行った。 その結果 を表 6に示した。 プリズム形状座標 プリズム面形状 先端部平先端部平第 1プリ 第 1プリ 第 2プリ
第 1プリ 先端部平 面傾斜角面長さ比 ズム面と ズム ESIと ズム面と ズム面 面（点 2〜 (。 ) (対プリ 第 2プリ 先端部平先端部平 点 1 点 2 点 3 点 4 (点 1〜点 第 2プリズム面（点 3〜点 4) 点 3) スム Cツ ズム面の面の角度面の角度
2) テ） 交差角 r (。 ) β {° )
(。 )
比較例 6 (-14.178,61.410) (0.000,0.000) (0.000,0.000) (42.322,61.410) 平面 曲面（曲率半径 =504.324 μ m) なし 51.2
実施例 30 (-14.178,61.410) (-0.180,0.781) (1.497,1.870) (42.322,61.410) 平面 曲面（曲率半径 =504.324 ju 平面 -33 0.0354 51.5 70 161.8 実施例 31 (—14.178,61.410) (-0.298,1.292) (1.581,1.976) (42.322,61.410) 平面 曲面（曲率半径 =504.324 μ m) 平面 —20 0.0354 51.5 83 148.8 実施例 32 (-14.178,61.410) (—0.543,2.352) (1.336,1.668) (42.322,61.410) 平面 曲面（曲率半径 =50 324 β m ) 平面 20 0.0354 51.4 123 108.8
〕 *5 [表 6 ]
Figure imgf000026_0001
[比較例 7 ]
プリズムシ一トのプリズム列を、 2つのプリズム面がともに平面でプリズム頂 角が 6 5 . 4度である断面二等辺三角形 （ρ = σ = 3 2 . 7度） のものとしたこ と以外は、 比較例 1 と同様にして光源装置を得た。 この光源装置の光入射面およ ぴ光出射面の双方に垂直な面内での出射光輝度分布を求め、 そのピーク光の輝度 を 1 . 0 0とした。 また、 ピーク光の角度は 0 ° であった。 産業上の利用可能性：
本発明の光偏向素子は、 プリズム列の先端部に特定の傾斜角を有する先端部平 面を設けているので、 輝度の低下を招くことなく、 黒筋や干渉模様などの外観上 の欠陥のない品位に優れた光源装置を提供することができる。
D

Claims

請求の範囲
1 . 光が入射する入光面とその反対側に位置し入射した光が出射する出光 面とを有しており、 前記入光面には複数のプリズム列が互いに並列に配列されて
5 おり、 前記プリズム列のそれぞれは先端部分に位置する傾斜角 1 ° 〜5 0 ° の先 端部平面と該先端部平面の一方の側に位置する第 1のプリズム面と前記先端部平 面の他方の側に位置する第 2のプリズム面とから構成されていることを特徴とす る光偏向素子。
2 . 前記プリズム列の延在方向と直交する断面における前記先端部平面の 10 寸法は、 前記プリズム列のピッチを Pとして 0 . 0 0 8 P〜0 . 0 8 8 Pである ことを特徴とする、 請求項 1に記載の光偏向素子。
3 . 前記第 1のプリズム面及ぴ前記第 2のプリズム面の少なく とも一方は 凸曲面からなることを特徴とする、 請求項 1に記載の光偏向素子。
4 . 前記 ώ曲面は、 前記プリズム列の延在方向と直交する断面が円弧形状 15 をなすものであることを特徴とする、 請求項 3に記載の光偏向素子。
5 . 前記凸曲面は、 その曲率半径 rの前記プリズム列のピッチ Ρに対する 比 r / Pが 2〜 5 0であることを特徴とする、 請求項 4に記載の光偏向素子。
6 . 前記凸曲面からなるプリズム面は、 その先端縁及び底縁を結ぶ仮想平 面とプリズム面との最大距離 dの前記プリズム列のピッチ Pに対する割合 d Z P
23 が 0 . 1〜 5 %であることを特徴とする、 請求項 3に記載の光偏向素子。
7 . 前記第 1のプリズム面及び前記第 2のプリズム面の少なく とも一方が 複数の面からなり、 該複数の面のそれぞれは平面または凸曲面からなることを特 徴とする、 請求項 1に記載の光偏向素子。
8 . 前記複数の面は、 前記先端部平面に隣接する平面と該平面に隣接する Z 凸曲面とからなることを特徴とする、 請求項 7に記載の光偏向素子。
9 . 前記凸曲面は、 前記プリズム列の延在方向と直交する断面が円弧形状 をなすものであることを特徴とする、 請求項 8に記载の光偏向素子。
1 0 . 前記凸曲面は、 その曲率半径 rの前記プリズム列のピッチ Pに対す る比 r / Pが 2〜5 0であることを特徴とする、 請求項 9に記载の光偏向素子。
30 1 1 . 前記第 1のプリズム面及ぴ前記第 2のプリズム面のうちの複数の面 からなるものは、 その先端縁及ぴ底縁を結ぶ仮想平面とプリズム面との最大距離 dの前記プリズム列のピッチ Pに対する割合 d / Pが 0 . 1〜 5 %であることを 特徴とする、 請求項 7に記載の光偏向素子。
1 2 . —次光源と、 該一次光源から発せられる光が入射する光入射面およ 5 ぴ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側に 隣接配置された請求項 1〜 1 1のいずれかに記载の光偏向素子とを備えることを 特徴とする光源装置。
1 3 . 前記光偏向素子の先端部平面の傾斜角は、 前記導光体の光出射面か ら出射される光のうちのピーク光が前記光偏向素子の先端部平面を介して該光偏0 向素子に入射することのないような角度とされていることを特徴とする、 請求項 1 2に記載の光源装置。
1 4 . 前記ピーク光は前記光出射面から該光出射面に対して 1 0 ° 〜4 0 ° の角度をなす方向に出射することを特徴とする、 請求項 1 3に記載の光源装 5 1 5 . 前記プリズム列の第 1のプリズム面が前記第 2のプリズム列より前 記一次光源の近くに位置しており、 前記第 1のプリズム面は平面からなり、 前記 第 2のプリズム面は凸曲面からなるか又は複数の面からなり、 該複数の面のそれ ぞれは平面または凸曲面からなることを特徴とする、 請求項 1 2に記載の光源装 D
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