WO2007015328A1

WO2007015328A1 - 面光源装置及びプリズムシート

Info

Publication number: WO2007015328A1
Application number: PCT/JP2006/309638
Authority: WO
Inventors: Yasuhiko Awano; Tokutaro Komatsu; Masato Taya; Yasushi Sugimoto; Tadashi Okuda; Teruo Teshima
Original assignee: Hitachi Chemical Co., Ltd.
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20100220498A1; JPWO2007015328A1; TW200707014A

Description

明細書

面光源装置及びプリズムシート

技術分野

[0001] 本発明は、液晶表示装置などに用いられる面光源装置及び力かる面光源装置に用いられるプリズムシートに関するものである。

背景技術

[0002] 液晶表示装置は液晶パネルの背面に配置したバックライトにより光を入射させて画像の表示を行っている。バックライトは液晶表示装置のなかで消費電力が最も大きい部品であり、特に携帯電話、携帯ゲーム機などの携帯機器では駆動用電池の使用時間の長さに大きく影響している。これら携帯機器の駆動用電池を長い時間使用できるようにするためには、ノックライトの輝度を低下させることなぐその消費電力をできるだけ低減する必要がある。すなわち、ノックライトにおいて光源力もの光をできるだけ正面方向へ出射するような工夫が必要となる。

[0003] ここで図 1に、主として携帯機器に用いられる、光源をサイドエッジに配置するタイプのバックライト 1の一例を示す。光源 4から出射された光は導光体入射部 5を経て導光体 3に入射する。導光体 3に入射した光は斜め方向に出射し、導光体 3の上に配置したプリズムシート 2により正面方向に向きを変えて出射される。このようなバックライト 1 において光源 4からの光を効率よく正面方向へ出射させるために重要なの力プリズムシート（第一のプリズムシート） 2である。

[0004] プリズムシート（第一のプリズムシート） 2には様々な形態のものが提案されているが、特にプリズム面の向きを上下どちらにするかに限っても、プリズム面を上向きにして用いるタイプでは例えば、特開平 8— 160204号公報、特開平 7— 201217号公報、国際公開第 96Z10148号パンフレットなどに記載されており、いっぽう、プリズム面を下向きにして用いるタイプでは例えば、特開平 8— 262441号公報、特開平 8— 27 1705号公報、特開平 11― 084111号公報などに記載されて！、る。

[0005] ところで、プリズムシート（第一のプリズムシート） 2において光を効率よく正面方向に向きを変えるために最も重要なの力プリズムの頂角の大きさである。前記に挙げた文献では、プリズムの頂角の設定範囲や計算方法についての記載はあるが、プリズムの斜面の傾斜と、プリズム内、および、プリズム近傍における光線の進む方向との関係から、プリズムの頂角が満たす条件を決定することにつ、て言及して、るのは、特開平 8— 160204号公報のみである。これについて図 2を用いて簡単に説明する。

[0006] 図 2は導光体 3の出射面側に、導光体と略平行となるよう、対向して配置した第一のプリズムシート 2のプリズムの断面図である。導光体 3からの出射光のピーク光 12aは、導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で、第一のプリズムシート 2に入射する。このとき、導光体 3の出射面の法線 9と、光源側の斜辺とのなす角度 Θ Fは式（5) を満たす。

[0007] 0° ≤ 0 F ≤ + 10° · · · (5)

1 2

(式（5)において、 φ = 5ίη"¹ (η"¹5ίη )で、 ηはプリズムを形成する材料の屈折率

2 1

である。 )

式（5)により、導光体からの出射光のピーク光が、光源側の斜辺 10aに当って全反射を起こして、光源側と反対の斜辺 11aより散乱光 14として、正面でない方向に出射してしまうことを抑帘1』できる。

[0008] 特開平 8— 160204号公報には、また、第一のプリズムシートの光源と反対側の斜辺からの出射光のピーク光 13aと、導光体の出射面の法線とのなす角度が 0° 、すなわちピーク光が正面方向に出射する場合の θ Bの値を中心に ± 10° の範囲で θ B を決められることが記載されている。これにより、導光体からの出射光のピーク光が、光源側と反対の斜辺 11aで全反射を起こして正面方向から外れてしまうことを抑制できる。

[0009] 以上の例では、第一のプリズムシートのみを使用することを想定して、プリズムの頂角の条件の決定を行っている。すなわち、第一のプリズムシートから出射された光のピーク光が、第二のプリズムシートや、さらにその上に配置されたプリズムシートに入射した場合に、これらのプリズムシートの頂角を決定するための条件を与えていない

[0010] 本発明は、従来の面光源装置に比べてさらに高輝度の面光源装置を提供するとともに、正面方向への集光性が高い面光源装置及び力かる面光源装置に用いられるプリズムシートを提供することを目的とする。

発明の開示

[0011] 前述の課題を解決するために、本発明に係る面光源装置は、光源と、少なくとも 1 つの側面を入射面とし、前記入射面と略垂直である出射面を有する導光体と、プリズムシートを備えるものであって、前記プリズムシートのプリズムが形成された面と反対側の面が、前記導光体の出射面と略平行となるように配置し、かつ、前記プリズムが前記導光体の入射面と略平行となるように配置してなり、前記プリズムシートのプリズムの、前記導光体の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内で、前記導光体の出射面の法線と、光源側の斜辺とのなす角度 Θ Fが式（1)を満足し、前記導光体の出射面の法線と、光源と反対側の斜辺とのなす角度 θ Bが式（2)を満足する。

[0012] 0 F≤ · · · (1)

1 2

(式（1)において、 φ =sin^_1 (n "^ίη )で、ここに ηは前記プリズムシートのプリズムを形成する材料の屈折率、 φ は前記導光体からの出射光のピーク光と、前記導光体の出射面の法線とのなす角度を表す。 )

90° — φ — φ ≤ Θ Β · · · (2)

2 cl 1

(式（2)において、 φ =sin^_1 (n ^_1)は前記プリズムシートの臨界角を表す。 )

cl 1

前記角度 0 Fが式（la)を満足し、前記角度 0 Bが式 (2a)を満足することを特徴とすることが好ましい。

[0013] 0 F≤ — δ · · · (la)

1 2 1

(式（la)において、 δ は前記導光体からの出射光の半値幅の半分の値を表す。） 90° — φ — φ + δ ≤ θ Β · · · (2a)

2 cl 2 1

(式（2a)において、 δ は前記導光体からの出射光のピーク光が前記プリズムシート

2

に前記導光体の出射面の法線とのなす角度 Φ で入射し、同様に前記導光体の出射面の法線とのなす角力の出射光のピーク光が前記プリズムシートに前記導光体の出射面の法線とのなす角度 Φ で屈折した光の半値幅の半分の値を表す。 )

2

なお、プリズムシートとは、透明な光学シートの片面に所定形状のプリズムを平行に所定間隔で複数配置してなるものである。また、プリズムが平行であるとは、プリズムの長手方向に延びる稜線が平行であることである。 [0014] 前記角度 Θ が式（lb)を満足し、前記角度 Θ ェが式（2b)を満足することが好ましい。

[0015] 0 F≤ — δ Χ 2· · · (lb)

1 2 1

90° — φ — φ + δ Χ 2≤ θ Β · · · (2b)

2 cl 2 1

前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 30° 以下であることを特徴とすることが好ましい。

[0016] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 15° 以上 30° 以下であることが好ましい。

[0017] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布がピークとなる出射角度が 60° 以上であることが好ましい。

[0018] プリズムのピッチが 30 μ m以上であることが好ましい。

[0019] 本発明に係るプリズムシートは、前記面光源装置に用いられるものである。

[0020] また、本発明に係る面光源装置は、光源と、少なくとも 1つの側面を入射面とし、前記入射面と略垂直である出射面を有する導光体と、少なくとも 2枚のプリズムシートを備えるものであって、前記プリズムシートのプリズムが形成された面を同じ向きに配置し、かつ、前記プリズムシートのプリズムが形成された面と反対側の面力前記導光体の出射面と略平行となるように配置し、かつ、前記プリズムが前記導光体の入射面と略平行となるように配置してなるものであり、前記導光体の出射面に対向して配置する第一のプリズムシートのプリズムの、前記導光体の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内で、前記導光体の出射面の法線と、光源側の斜辺とのなす角度 Θ Fが式（1)を満足し、前記導光体の出射面の法線と、光源と反対側の斜辺とのなす角度 θ Bが式（2)を満足し、前記第一のプリズムシートの出射光側に配置される i番目のプリズムシート (iは 2以上の整数)のプリズムの、前記導光体の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内で、前記導光体の出射面の法線と、光源側の斜辺とのなす角度 0 Fが式 (3)を満足し、前記導光体の出射面の法線と、光源と反対側の斜辺とのなす角度 θ Bが式 (4)を満足する。

[0021] 0 F≤ · · · (1)

1 2

(式（1)において、 φ =sin^_1 (n "^ίη )で、ここに ηは第一のプリズムシートのプリズムを形成する材料の屈折率、 φ ^sm (n ^_1)は前記導光体からの出射光のピーク光と、前記導光体の出射面の法線とのなす角度を表す。 )

90° — φ — φ ≤ ΘΒ ··· (2)

2 cl 1

(式（2)において、 φ は第一のプリズムシートの臨界角を表す。）

cl

θ¥≤

i 6… ）

(式（3)において、 φ =sin"¹(n"¹sin0 )で、ここに nは i番目のプリズムシートのプ

6 i 5 i

リズムを形成する材料の屈折率、 φ は i 1番目のプリズムシートからの出射光のピ

5

ーク光と、前記導光体の出射面の法線とのなす角度を表す。 )

90° — φ — φ ≤ θ B · · · (4)

(式 (4)において、 φ = sin^-1 (n^_1)は i番目のプリズムシートの臨界角を表す。）前記角度 0F、 0B、 0F、 0B、が次の式（la)、式（2a)、式（3a)及び式 (4a)を満足することが好ましい。

0F≤ — δ ··· (la)

1 2 1

(式（la)において、 δ は前記導光体からの出射光の半値幅の半分の値を表す。） 90° — φ — φ + δ ≤ θ Β ··· (2a)

2 cl 2 1

2

ΘΡ≤φ - δ · · · (3a)

i 6 3

(式（3a)において、 δ は i—1番目のプリズムシートからの出射光の半値幅の半分の

3

値を表す。 )

90° — φ — φ + δ ≤ θ Β ··· (4a)

6 ci 4 i

(式 (4a)において、 δ は i—1番目のプリズムシートからの出射光のピーク光が i番目

4

のプリズムシートに前記導光体の出射面の法線とのなす角 φ で入射し、同様に前記

5

導光体の出射面の法線とのなす角 Φ で屈折した光の半値幅の半分の値を表す。 )

6

前記角度 0F、 0B、 6F、 ΘΒ、が次の式（lb)、式（2b)、式（3b)及び式 (4b) を満足することが好ましい。 [0023] Θ Ρ≤ φ - δ Χ 2 · · · (lb)

1 2 1

90° — φ — φ + δ Χ 2≤ θ Β · · · (2b)

2 cl 2 1

0 F≤ — δ Χ 2 · · · (3b)

i 6 3

90° — φ — φ + δ Χ 2≤ θ Β - - - (4b)

6 ci 4 i

前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 30° 以下であることが好ましい。

[0024] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 15° 以上 30° 以下であることが好ましい。

[0025] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布がピークとなる出射角度が 60° 以上であることが好ましい。

[0026] プリズムのピッチが 30 μ m以上であることが好まし!/、。

[0027] 本発明に係るプリズムシートは、前述の面光源装置に用いられる第 i番目のプリズムシートである。

[0028] 従来の面光源装置に比べてさらに高輝度の面光源装置を提供するとともに、正面方向への集光性が高い面光源装置及び力かる面光源装置に用いられるプリズムシートを提供することが可能となった。

図面の簡単な説明

[0029] [図 1]図 1は、光源をサイドエッジに配置するタイプのバックライトの一例を示す図である。

[図 2]図 2は、第一のプリズムシートのプリズムの断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の面光源装置の一例を示す図である。

[図 4]図 4 (a)は本発明の面光源装置の第二または i番目のプリズムシートのプリズムの断面図であり、図 4 (b)は本発明の面光源装置の第一のプリズムシートのプリズムの断面図である。

[図 5]図 5は、本発明の面光源装置の実施例 1で使用した導光体 1の出射特性を示す。

[図 6]図 6は、本発明の面光源装置の実施例 1、および、比較例 1の輝度測定結果を示す。 [図 7]図 7は、本発明の面光源装置の実施例 2で使用した導光体 2の出射特性を示す。

[図 8]図 8は、本発明の面光源装置の実施例 2、および、比較例 1の輝度測定結果を示す。

[図 9]図 9は、本発明の面光源装置の実施例 3、および、実施例 4で使用した導光体 3 の出射特性を示す。

[図 10]図 10は、本発明の面光源装置の実施例 3、および、比較例 1の輝度測定結果を示す。

[図 11]図 11は、本発明の面光源装置の実施例 4、および、比較例 1の輝度測定結果を示す。

[図 12]図 12は、本発明の面光源装置の実施例 5と、比較例 1、比較例 2、および、比較例 3で使用した導光体 4の出射特性を示す。

[図 13]図 13は、本発明の面光源装置の実施例 5、および、比較例 1の輝度測定結果を示す。

[図 14]図 14は、本発明の面光源装置の実施例 5と、比較例 1、比較例 2、および、比較例 3の輝度測定結果を示す。

発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

[0031] 本発明は図 3に示すような、光源 4と、少なくとも 1つの側面を入射面とし、前記入射面と略垂直である出射面を有する導光体 3と、少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2b を備えることを特徴とする面光源装置 1におヽて、光源 4から出射して導光体 3を経て、第一のプリズムシート 2aに入射する光を効率よく向きを変えて、面光源装置 1の正面方向に出射する光の割合を増やすために、少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2b のプリズム形状の最適化を図る。以下、図 4を用いて本発明の面光源装置の少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2bにおける光の経路と、それにしたがって前記プリズムシートのプリズムの形状を決定する方法について説明する。図 4は、前記導光体 3の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内での、少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2bのプリズム形状を示している。実際にはプリズムにおける屈折や全反射などの現象は、プリズムの斜面で起こっている力ここでは角度を議論するため、プリズムの斜面は図 4において斜辺として表し、断面は図 4において直線として表した。

[0032] 図 4 (b)に示したように、導光体 3からの出射光のピーク光 12aが第一のプリズムシート 2aに、導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で入射し、同様に導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で屈折した光のピーク光 15aとなる。このとき、 φ は

2 2 式（6)から求められる。

[0033] sin =n sin · · · (6)

1 1 2

ここで、 nは第一のプリズムシートのプリズムを形成する材料の屈折率である。この屈折光のピーク光 15aを、第一のプリズムシートのプリズムの光源と反対側の斜辺 11 aで屈折させて第一のプリズムシートから出射させる。このとき、屈折光のピーク光 15 aが、第一のプリズムシートのプリズムの光源側の斜辺 10aに入射すると、全反射を起こして散乱して、最終的に面光源装置 1の正面方向に出射しない、損失分の光となる可能性が大きい。これを防ぐために、斜辺 10aと、前記導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 Θ Fは、式（1)を満足する必要がある。

[0034] 0 F ≤ · · · (1)

1 2

いっぽう、屈折光のピーク光 15aは、斜辺 11aと垂直な直線 16aと φ の角度をなし

3

て斜辺 11aに入射し、同様に斜辺 11aと垂直な直線 16aと φ の角度をなして出射光

4

のピーク光 13aとなって出射する。 φ は式（7)から求められる。

4

[0035] n sin 0 = sin 0 …（7)

1 3 4

このとき、屈折光のピーク光 15aが斜辺 11aにおいて全反射を起こすと、最終的に面光源装置 1の正面方向に出射しにくい方向に散乱する恐れがある。このような、屈折光のピーク光 15aが斜辺 1 laにお、て全反射を起こさな、ように、導光体 3の出射面の法線 9と斜辺 11aとのなす角度 θ Bは、式（2)を満足する必要がある。

[0036] 90° — φ — φ ≤ Θ Β · · · (2)

2 cl 1

ここで、 φ は第一のプリズムシートの臨界角を表す。以上から第一のプリズムシー cl

トのプリズムの Θ F、および、 θ Bは、式（1)と式（2)と力決定する。

[0037] 次に i番目のプリズムシートのプリズムの形状を決定する方法にっ、て説明する。ここで iは 2以上の整数である。なお、図 3には 2枚のプリズムシートが配置した面光源装置を示し、これに基づいて図 4には 2つのプリズムシートの断面を示している力これは iが 2の場合に相当するので、以下の説明で用いる符号は i番目のプリズムシートについても図 4のものをそのまま使用する。

[0038] 図 4 (a)に示したように、 i—1番目のプリズムシートからの出射光のピーク光 12bが i 番目のプリズムシート 2bに、導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で入射し、

5

同様に導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で屈折した光のピーク光 15bとな

6

る。ここで、 φ は式（8)から求められる。また、 φ は式（9)から求められる。

5 6

[0039] φ = 90° — φ - Θ Β · · · (8)

5 4 1

sin =n sin … (9)

5 i 6

ここで、 nは i番目のプリズムシートのプリズムを形成する材料の屈折率である。この屈折光のピーク光 15bを、 i番目のプリズムシートのプリズムの光源と反対側の斜辺 1 lbで屈折させて i番目のプリズムシートから出射させる。このとき、屈折光のピーク光 1 5bが、 i番目のプリズムシートのプリズムの光源側の斜辺 10bに入射すると、全反射を起こして散乱して、最終的に面光源装置 1の正面方向に出射しない、損失分の光となる可能性が大きい。これを防ぐために、斜辺 10bと、前記導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 Θ Fは、式（3)を満足する必要がある。

[0040] Θ F≤ φ · · · (3)

i 6

いっぽう、屈折光のピーク光 15bは、斜辺 l ibと垂直な直線 16bと φ の角度をなして斜辺 l ibに入射し、同様に斜辺 l ibと垂直な直線 16bと φ の角度をなして出射光

8

のピーク光 13bとなって出射する。 φ は式（10)から求められる。

8

[0041] n sin 0 =sin 0 · · · (10)

i 7 8

このとき、屈折光のピーク光 15bが斜辺 l ibにおいて全反射を起こすと、最終的に面光源装置 1の正面方向に出射しにくい方向に散乱する恐れがある。このような、屈折光のピーク光 15bが斜辺 1 lbにお、て全反射を起こさな、ように、導光体 3の出射面の法線 9と斜辺 l ibとのなす角度 θ Bは、式 (4)を満足する必要がある。

[0042] 90° — φ — φ ≤ θ B · · · (4)

ここで、 φ は i番目のプリズムシートの臨界角を表す。斜辺 l ibにおいて屈折により出射した光のピーク光 13bと導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度を φ としたとき、 φ は式（11)力求められる。

9

[0043] φ =90° — φ - θ Β ··· (11)

9 8 i

以上から第一のプリズムシートのプリズムの Θ F、および、 θ Bは、（式 3)と（式 4)と力決定される。

[0044] なお、導光体 3からの出射光や、 i- 1番目のプリズムシート 2aからの出射光は、実際には出射角度分布を持っている。これを考慮した場合、 0 F、 0 B、 0 F、および、 θ Bは、次の式（la)、式（2a)、式（3a)、および、式 (4a)を満足していることが好ましい。

[0045] 0F≤ — δ ··· (la)

1 2 1

90° — φ — φ + δ ≤ θ Β ··· (2a)

2 cl 2 1

θ F≤ φ — δ · · · (3a)

i 6 3

90° — φ — φ + δ ≤ θ Β ··· (4a)

6 ci 4 i

ここで、 δ は導光体 3からの出射光の半値幅の半分の値を示し、 δ は、導光体 3

1 2

力もの出射光のピーク光が第一のプリズムシート 2aに、導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 Φ で入射し、同様に導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で屈折

1 2 した光の半値幅の半分の値を示し、 δ は i 1番目のプリズムシートからの出射光の

3

半値幅の半分の値を示し、そして、 δ は、 i—l番目のプリズムシートからの出射光の

4

ピーク光 12bが i番目のプリズムシート 2bに、導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 Φ で入射し、同様に導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ で屈折した光の半

5 6

値幅の半分の値を示す。

[0046] さらに、導光体 3からの出射光の半値幅が拡がってしまう場合があるため、 0F、 0

B、 0F、および、 ΘΒは、次の式（lb)、式（2b)、式（3b)、および、式 (4b)を満足していることがより好ましい。

[0047] 0F≤ — δ Χ2··· (lb)

1 2 1

90° — φ — φ + δ Χ2≤ θ Β ··· (2b)

2 cl 2 1

0F≤ — δ Χ2··· (3b)

i 6 3

90° — φ — φ + δ Χ2≤ θ Β - - - (4b)

6 ci 4 i

以上のような関係を満足するために、導光体 3からの出射光分布の半値幅は 30° 以下である。これにより、前記の式（la)、式（2a)、式（3a)、および、式（4a)、あるいは、式（lb)、式（2b)、式（3b)、および、式 (4b)の関係を満足する 0 F、 Θ Β , 0 F 、および、 θ Bの範囲が、確定される。

[0048] 本発明の面光源装置 1は、前記導光体 3の出射光分布の半値幅が 15° 以上 30° 以下であることが好ましい。前記導光体 3の出射光分布の半値幅が 15° 以上であることが好ましい理由は、導光体 3からの出射光の出射角度分布にはある程度広がりを持たせて、利用できる光の割合を確保するためである。もし、前記導光体 3の出射光分布の半値幅が 15° 未満であると、少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2bにおいて、いかに効率良く向きを変えても、利用できる光の割合が最初力少ないことになるため、最終的に面光源装置 1の正面方向に出射される光を必要な分を確保することができなくなる。

[0049] 本発明の面光源装置 1は、前記導光体 3の出射光分布がピークとなる出射角度が 6 0° 以上であることが好ましい。これは、前記導光体 3からの出射光のピーク光と、前記導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ の値が 60° 以上であると、第一のプリズムシートにおいて、 15aをピーク光に持つ屈折光を、斜辺 11aに到達させ易くなるためである。もし、前記導光体 3からの出射光のピーク光と、前記導光体 3の出射面の法線 9とのなす角度 φ の値が 60° 未満であると、第一のプリズムシートにおいて、 15aをピーク光に持つ屈折光力斜辺 10aのほうに到達しやすくなり、その結果斜辺 10aにおいて全反射を起こし、最終的に面光源装置 1の正面方向に出射されなくなる可能性がある。

[0050] 本発明の面光源装置は、プリズムのピッチが 30 μ m以上であることが好ましい。これは少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2bを配置する面光源装置 1において、前記導光体 3からの出射光を、前記少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2bにおいて、回折などによる分光を起こさずに、効率よく屈折させることにより、面光源装置 1の正面方向に出射させるためである。もし、プリズムのピッチが 30 m未満であると回折などによる分光が起こり、前記導光体 3からの出射光の波長スペクトルを維持した状態で、面光源装置 1の正面方向に出射させることが難しくなる。

[0051] 本発明の少なくとも 2枚のプリズムシート 2a、 2bは、一体成形でもよいし、基材フィルムを用いて、その上にプリズム形状成形用の材料を用いてもよい。一体成形の場合に用いる材料としては、ポリエステル榭脂、アクリル榭脂、ポリカーボネート榭脂、塩化ビニル榭脂、ポリメタクリルイミド系榭脂、ポリエチレン榭脂、ポリプロピレン榭脂、ェチレン酢酸ビュル榭脂、ポリスチレン榭脂、ノルボルネン系モノマーの開環メタセシス重合体水素化ポリマー、などがある。いっぽう、基材フィルムを形成する材料としては、ポリエステル榭脂、アクリル榭脂、ポリカーボネート榭脂、塩化ビュル榭脂、ポリメタクリルイミド系榭脂などが挙げられる。基材フィルムの上に用いるプリズム形状成形用材料としては、紫外線硬化型榭脂、そのなかでも光透過性の良いアクリル系の紫外線硬化樹脂が望ましい。アクリル榭脂系の紫外線硬化榭脂としては、ウレタンアタリレ一ト系ゃエポキシアタリレート系などの樹脂がある。

[0052] プリズム形状の作製方法としては、電子線やレーザー光などにより直接描画する方法もあるが、この方法では量産性に乏しいところがあるため、実際には、原盤から転写して作る方法が採られる。原盤の作製方法としては、バイトを用いて機械加工法で作製する方法、基板上に電子線用レジストを塗布し、電子線描画したのち RIEで掘る方法、 X線放射光で露光'現像する方法、グレースケールマスクのパターンを露光' 現像する方法などがある。

[0053] 原盤力もプリズム形成用の材料にプリズム形状を転写する方法としては、押出成形、射出成形、熱転写法、および、 UV光転写法などがある。

[0054] 導光体 3は入射面力入射した光の向きを変えるための機構を、前記導光体 3の反射シート側の面に設け、向きを変えた光は前記導光体 3の内部で全反射を繰返ながら、特定の方向にピークを持つ指向性を持つ光として出射される。前記導光体 3の反射シート側の面に設ける、光の向きを変えるための機構としては、反射ドットを設ける方法や、反射グループと呼ばれる溝を設ける方法などがある。反射ドットは、 TiOや

2

BaSOなどの光学的に吸収がなく反射率の高い顔料とアクリル系バインダーを混練

4

して成る反射インクを、スクリーン印刷やインジヱクシヨンと呼ばれる方法で塗布する。いっぽう、反射グループと呼ばれる溝は、プリズムシートのプリズムと同様に、原盤から転写して作る方法が採られる。原盤の作製方法としては、バイトを用いて機械加工法で作製する方法、基板上に電子線用レジストを塗布し、電子線描画したのち RIE で掘る方法、 X線放射光で露光'現像する方法、グレースケールマスクのパターンを露光 ·現像する方法などがある。原盤からプリズム形成用の材料にプリズム形状を転写する方法としては、押出成形、射出成形、熱転写法、および、 UV光転写法などがある。本発明では、主として反射グループを設ける方式を主として実施する。

[0055] 前記導光体 3の出射面には、ホログラム拡散パターンが一体成形されていてもよい。前記ホログラム拡散パターンは、導光体 3からの出射光の輝度分布が略均一にする機能を持つ。

[0056] 反射シート 7は前記導光体 3に設けた、反射ドットや反射グループで反射させきれずに、通り抜けてしまった光を反射して、再び導光体 3内に戻すことにより、光源 4から光の利用効率を高めるためのものである。反射シート 7には、ポリエステル榭脂、ァクリル樹脂、ポリカーボネート榭脂、塩化ビニル榭脂、ポリメタクリルイミド系榭脂などにより作製した基材フィルムの片面にスパッタゃ蒸着により反射機能を有する膜を作製する方法がある。反射機能を有する膜として銀、アルミニウムなどがある。いっぽう、反射シートとしてポリエステル榭脂、アクリル榭脂、ポリカーボネート榭脂、塩化ビュル榭脂、ポリメタクリルイミド系榭脂、ポリエチレン榭脂、ポリプロピレン榭脂、エチレン酢酸ビュル榭脂、ポリスチレン榭脂、ノルボルネン系モノマーの開環メタセシス重合体水素化ポリマーなど透明性の高い榭脂を発泡させて作製する、微細発泡体を用いることもできる。このとき、気泡は独立発泡構造で、気泡の直径は平均値が 10 m未満のものである。

[0057] 光源 4としては、 LED (Light Emitting Diode)を 1個、または、複数個用いて構成される場合や、冷陰極管と呼ばれる、直径数 mm程度の蛍光灯の一種を用いる場合がある。

[0058] 導光体への入射部 5は、前記光源 4からの光のムラを解消させる目的で、光源 4から導光体 3の入射面までの間に設けた拡散機能を有する構造のことである。具体的には、前記導光体 3の入射面と対向するようにプリズムを配置したり、ドットを設けたりする。

[0059] 光源背面の反射機能 6としては、前記反射シート 7と同様の材質のもの、すなわち、ポリエステル榭脂、アクリル榭脂、ポリカーボネート榭脂、塩化ビュル榭脂、ポリメタクリルイミド系榭脂などにより作製した基材フィルムの片面にスパッタゃ蒸着により反射機能を有する膜を作製したものや、ポリエステル榭脂、アクリル榭脂、ポリカーボネート榭脂、塩化ビニル榭脂、ポリメタクリルイミド系榭脂、ポリエチレン榭脂、ポリプロピレン榭脂、エチレン酢酸ビュル榭脂、ポリスチレン榭脂、ノルボルネン系モノマーの開環メタセシス重合体水素化ポリマーなど透明性の高い榭脂を発泡させて作製する、微細発泡体を、光源 4の背面に、前記光源 4を囲うように設けるものである。これにより、光源 4から出射される光のうち、前記光源 4の背面方向に向う光を前記反射機能 6 により、前記導光体 3に入射させることにより、光源 4からの出射光の利用効率を高められる。

[0060] 実施例

以下、本発明の好適な実施例について説明する力本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

[0061] (実施例 1)

図 3に示すように、光源、導光体、および 2枚のプリズムシートからなる面光源装置を組み立てて光学特性を測定した。光源として、 LED (日亜ィ匕学製 NSCW215)を 4 灯を使用した。光源の背面には、表面に銀蒸着 (厚さ 1000 A)を施した、厚さ 0. 02 5mmのポリエステル榭脂製フィルムを曲率半径 1. 5mmに丸めたものを配置した。導光体としては、図 5に示す出射特性 (ピーク出射角度が 55° で半値幅が 10° )を持つ、導光体 1を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3° )が形成してある。導光体の出射面と反対側には、厚さ 0. 05mmのポリエステル榭脂製のフィルムの片方の面に銀蒸着 (厚さ 1000 A)を施してなる反射シートを配置した。導光体の出射面側に第一のプリズムシートを配置し、さらに、第一のプリズムシートの出射面側に第二のプリズムシートを配置した。第一のプリズムシート、第二のプリズムシートともに材質はポリカーボネート（屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 mである。第一のプリズムシートのプリズムのピッチは 25 m、 0 Fは 30° 、そして、 0 Bは 30 。である。いっぽう、第二のプリズムシートのプリズムのピッチは 25 m、 0 Fは 5° 、そして、 θ Bは 72° である。これらプリズムシートの製造は熱プレスで行った。ポリ力ーボネートのシートを金型上にセットして、その上力もプレス型で加圧する。このとき、型温度は 160°C、圧力は 90MPaで、加圧時間は 8秒である。以上のようにして組み立てた、面光源装置の輝度を測定した結果を図 6に示す。輝度の測定にはハイランドネ土製の三次元配光装置を用いた。なお、光源は駆動電流値 18mAで点灯させた。また、比較として、次に示す、比較例 1の輝度測定結果を併記した。以下、実施例との比較は全て比較例 1を基準に行った。

[0062] (比較例 1)

導光体としては、図 12に示す出射特性 (ピーク出射角度が 70° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 4を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側にプリズムのピッチが 30 m、頂角が 68° の二等辺三角形のプリズムを有するプリズムシート 1枚を、プリズム面を導光体の出射面側に向けて配置した。

[0063] (実施例 2)

導光体としては、図 7に示す出射特性 (ピーク出射角度が 55° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 2を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側に第一のプリズムシートを配置し、さらに、第一のプリズムシートの出射面側に第二のプリズムシートを配置した。第一のプリズムシート、第二のプリズムシートともに材質はポリカーボネート (屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 mである。第一のプリズムシートのプリズムのピッチは 25 m、 0 Fは 30° 、そして、 0 Bは 30° である。いっぽう、第二のプリズムシートのプリズムのピッチは 2 5 /ζ πι、 0 Fは 5° 、そして、 0 Βは 72° である。図 8に実施例 2の輝度測定結果と比較例 1の輝度測定結果を示す。

[0064] (実施例 3)

導光体としては、図 9に示す出射特性 (ピーク出射角度が 65° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 3を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側に第一のプリズムシートを配置し、さらに、第一のプリズムシートの出射面側に第二のプリズムシートを配置した。第一のプリズムシート、第二のプリズムシートともに材質はポリカーボネート (屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 mである。第一のプリズムシートのプリズムのピッチは 25 m、 0 Fは 30° 、そして、 0 Bは 30° である。いっぽう、第二のプリズムシートのプリズムのピッチは 2 5 /ζ πι、 0 Fは 5° 、そして、 0 Βは 60° である。図 10に実施例 3の輝度測定結果と比較例 1の輝度測定結果を示す。

[0065] (実施例 4)

導光体としては、図 9に示す出射特性 (ピーク出射角度が 65° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 3を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側に第一のプリズムシートを配置し、さらに、第一のプリズムシートの出射面側に第二のプリズムシートを配置した。第一のプリズムシート、第二のプリズムシートともに材質はポリカーボネート (屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 mである。第一のプリズムシートのプリズムのピッチは 30 m、 0 Fは 30° 、そして、 0 Bは 30° である。いっぽう、第二のプリズムシートのプリズムのピッチは 3 O ^ m, 0 Fは 5° 、そして、 0 Bは 60° である。図 11に実施例 4の輝度測定結果と比較例 1の輝度測定結果を示す。

[0066] (実施例 5)

導光体としては、図 12に示す出射特性 (ピーク出射角度が 70° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 4を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側に第一のプリズムシートを配置し、さらに、第一のプリズムシートの出射面側に第二のプリズムシートを配置した。第一のプリズムシート、第二のプリズムシートともに材質はポリカーボネート (屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 mである。第一のプリズムシートのプリズムのピッチは 30 m、 0 Fは 30° 、そして、 0 Bは 60° である。いっぽう、第二のプリズムシートのプリズムのピッチは 3 O ^ m, 0 Fは 15° 、そして、 0 Bは 35° である。図 13に実施例 4の輝度測定結果と比較例 1の輝度測定結果を示す。

[0067] (比較例 2)

導光体としては、図 12に示す出射特性 (ピーク出射角度が 70° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 4を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側に第一のプリズムシートを配置し、さらに、第一のプリズムシートの出射面側に第二のプリズムシートを配置した。第一のプリズムシート、第二のプリズムシートともに材質はポリカーボネート (屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 mである。第一のプリズムシートのプリズムのピッチは 30 m、 0 Fは 40° 、そして、 0 Bは 45° である。いっぽう、第二のプリズムシートのプリズムのピッチは 3 O ^ m, 0 Fは 20° 、そして、 0 Bは 45° である。図 14に比較例 2の輝度測定結果を示す。

[0068] (比較例 3)

導光体としては、図 12に示す出射特性 (ピーク出射角度が 70° で半値幅が 20° ) を持つ、導光体 4を使用した。なお、出射面側にホログラム拡散パターン (拡散角度 3 ° )が形成してある。導光体の出射面側に第一のプリズムシートのみ配置した。プリズムシートの材質はポリカーボネート（屈折率は 1. 58)で、厚さは 150 /z mである。プリズムシートのプリズムのピッチは 30 m、 0 Fは 34° 、そして、 θ Bは 20° である。比較例 3の輝度測定結果も図 14に示した。

[0069] 以上の実施例および比較例での面光源装置の仕様と輝度測定結果にっ、てまとめたものを表 1に示した。

[表 1]

[0070] 本発明の面光源装置は、光源力も導光体を経て出射した光を、少なくとも 2枚のプリズムシートにより、光の損失を抑えながら、段階的に向きを変えて、面光源装置の正面方向に出射するため、従来の面光源装置と比較して正面方向の輝度が高い面光源装置を供することができた。

[0071] 本発明の面光源装置は、導光体からの出射光の出射角度分布にある程度広がりを持たせることにより、正面方向の輝度を高めるのに利用できる光の割合を確保でき、かつ、少なくとも 2枚のプリズムシートのプリズム形状が、特定形状の決定条件を満足しているため、光の損失を抑えながら、段階的に向きを変えて、面光源装置の正面方向に出射でき、その結果、従来の面光源装置と比較して正面方向の輝度が高ぐさらに、集光性に優れた面光源装置を供することができた。 [0072] 本発明の面光源装置は、導光体力の出射光が第一のプリズムシートにおいて、屈折により、斜辺 11aに到達させ易くなり、さらに、かつ、少なくとも 2枚のプリズムシートのプリズム形状力請求項 1記載のプリズムの形状の決定条件を満足して、ることにより、従来の面光源装置と比較して正面方向の輝度が高ぐさらに、集光性に優れた面光源装置を供することができた。

[0073] 本発明の面光源装置は、回折などによる分光を起こりにくいので、少なくとも 2枚のプリズムシートのプリズム形状が、請求項 1記載のプリズムの形状の決定条件を満足していることにより、光の損失を抑えながら、段階的に向きを変えて、面光源装置の正面方向に出射するため、従来の面光源装置と比較して正面方向の輝度が高い面光源装置を供することができた。

Claims

請求の範囲 [1] 光源と、少なくとも 1つの側面を入射面とし、前記入射面と略垂直である出射面を有する導光体と、プリズムシートを備える面光源装置であって、前記プリズムシートのプリズムが形成された面と反対側の面力前記導光体の出射面と略平行となるように配置し、かつ、前記プリズムが前記導光体の入射面と略平行となるように配置してなる面光源装置であり、前記プリズムシートのプリズムの、前記導光体の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内で、前記導光体の出射面の法線と、光源側の斜辺とのなす角度 ΘFが式（1)を満足し、前記導光体の出射面の法線と、光源と反対側の斜辺とのなす角度 θ Bが式 (2)を満足することを特徴とする面光源装置。 0 F≤ …ひ） 1 2

90° — φ — φ ≤ Θ Β · · · (2)

2 cl 1

cl 1

[2] 前記角度 0 Fが式（la)を満足し、前記角度 0 Bが式 (2a)を満足することを特徴とする請求項 1記載の面光源装置。

0 F≤ — δ · · · (la)

1 2 1

2 cl 2 1

2

[3] 前記角度 Θ Fが式（lb)を満足し、前記角度 θ Bが式 (2b)を満足することを特徴とする請求項 1記載の面光源装置。

0 F≤ δ Χ 2· · · (lb) 90° — φ — φ + δ Χ 2≤ θ Β · · · (2b)

2 cl 2 1

[4] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 30° 以下であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の面光源装置。

[5] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 15° 以上 30° 以下であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の面光源装置。

[6] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布がピークとなる出射角度が 60° 以上であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の面光源装置。

[7] プリズムのピッチが 30 μ m以上であることを特徴とする請求項 1乃至 3いずれかに記載の面光源装置。

[8] 請求項 1乃至 7のいずれかに記載の面光源装置に用いられるプリズムシート。

[9] 光源と、少なくとも 1つの側面を入射面とし、前記入射面と略垂直である出射面を有する導光体と、少なくとも 2枚のプリズムシートを備える面光源装置であって、前記プリズムシートのプリズムが形成された面を同じ向きに配置し、かつ、前記プリズムシートのプリズムが形成された面と反対側の面力前記導光体の出射面と略平行となるように配置し、かつ、前記プリズムが前記導光体の入射面と略平行となるように配置してなる面光源装置であり、

前記導光体の出射面に対向して配置する第一のプリズムシートのプリズムの、前記導光体の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内で、前記導光体の出射面の法線と、光源側の斜辺とのなす角度 Θ Fが式（1)を満足し、前記導光体の出射面の法線と、光源と反対側の斜辺とのなす角度 θ Bが式（2)を満足し、前記第一のプリズムシートの出射光側に配置される i番目のプリズムシート (iは 2以上の整数）のプリズムの、前記導光体の入射面、および、出射面の双方と略垂直な断面内で、前記導光体の出射面の法線と、光源側の斜辺とのなす角度 0 Fが式（3)を満足し、前記導光体の出射面の法線と、光源と反対側の斜辺とのなす角度 0 Bが式 (4)を満足することを特徴とする面光源装置。

0 F≤ …ひ）

1 2

(式（1)において、 φ =sin^_1 (n "^ίη )で、ここに ηは第一のプリズムシートのプ

2 1 1 1

リズムを形成する材料の屈折率、 φ = sin—¹ (η ^_1)は前記導光体力の出射光のピーク光と、前記導光体の出射面の法線とのなす角度を表す。 )

90° — φ — φ ≤ ΘΒ ··· (2)

2 cl 1

cl

θ¥≤

i 6… ）

6 i 5 i

5

90° — φ — φ ≤ θ B · · · (4)

(式 (4)において、 φ = sin^-1 (n^_1)は i番目のプリズムシートの臨界角を表す。）

[10] 前記角度 0F、 ΘΒ、 0F、 ΘΒ、が次の式（la)、式（2a)、式（3a)及び式 (4a)を満足することを特徴とする請求項 9記載の面光源装置。

0F≤ — δ ··· (la)

1 2 1

2 cl 2 1

2

ΘΡ≤φ - δ · · · (3a)

i 6 3

3

値を表す。 )

90° — φ — φ + δ ≤ θ Β ··· (4a)

6 ci 4 i

4

5

6

[11] 前記角度 0F、 ΘΒ、 0F、 ΘΒ、が次の式（lb)、式（2b)、式（3b)及び式 (4b) を満足することを特徴とする請求項 9記載の面光源装置。

0F≤ δ Χ2··· (lb) 90° — φ — φ + δ Χ 2≤ θ Β · · · (2b)

2 cl 2 1

0 F≤ — δ Χ 2 · · · (3b)

i 6 3

90° — φ — φ + δ Χ 2≤ θ Β - - - (4b)

6 ci 4 i

[12] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 30° 以下であることを特徴とする請求項 9乃至 11の、ずれかに記載の面光源装置。

[13] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布の半値幅が 15° 以上 30° 以下であることを特徴とする請求項 9乃至 11のいずれかに記載の面光源装置。

[14] 前記断面内で、前記導光体の出射光分布がピークとなる出射角度が 60° 以上であることを特徴とする請求項 9乃至 11の、ずれかに記載の面光源装置。

[15] プリズムのピッチが 30 μ m以上であることを特徴とする請求項 9乃至 11のいずれかに記載の面光源装置。

[16] 請求項 9乃至 15のいずれかに記載の面光源装置に用いられる前記 i番目のプリズムシート。