(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面に、一方向に一様で当該方向と直交する方向に沿って、深いＶ溝と浅いＶ溝からなる周期的なパターンを形成された面状の光学素子と、
上記光学素子に光を入射させる光源手段とからなり、
上記光学素子に形成された周期パターンの最小単位の断面形状は、傾きが交互に逆向きとなった４つ以上の辺を有していることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記周期パターンの最小単位の断面形状を構成する、一方の傾きの辺が互いに平行となり、逆の傾きの辺が互いに平行となっていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記周期パターンの最小単位の断面形状は４つの辺を有し、その両端の２辺の長さが互いに異なり、その中央の２辺の長さも互いに異なっていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記周期パターンの最小単位の断面形状は６つの辺を有し、中央の２辺がそれぞれ当該中央の辺に接する両側の辺より長いことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項５】
一方の表面に、一方向に一様で当該方向と直交する方向に沿って、深いＶ溝と浅いＶ溝からなるパターンを連続的に形成された面状の光学素子と、
上記光学素子に光を入射させる光源手段とからなり、
上記光源手段の光強度が最大となる出射方向が前記光学素子の光入射位置により変化しており、
上記連続的なパターンは傾きが交互に逆向きとなった４つ以上の辺を有する断面を単位として構成され、かつ、当該パターンの断面形状は前記出射方向の位置による変化を打ち消す傾向となるように場所により異なっていることを特徴とする面光源装置。
【請求項６】
前記光源手段が、
光を発生する光源と、
側面から入射した該光源からの光を伝達するとともに、上面から外部に光を出射する透明な導光板と、
からなることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記光源手段が、
光を発生する光源と、
該光源からの光を反射させ前記光学素子に伝達する反射板と、
からなることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項８】
空間光変調パネルと、
請求項１に記載の面光源装置と、
を備えた画像表示装置。
【請求項９】
一方の表面に、一方向に一様で当該方向と直交する方向に沿って、深いＶ溝と浅いＶ溝からなる周期的なパターンを形成され、当該周期パターンの最小単位の断面形状は傾きが交互に逆向きとなった４つ以上の辺を有していることを特徴とする面状光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面光源装置、当該装置に用いる面状光学素子に関する。また、本発明は、当該面光源装置を用いた画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルは薄型、軽量といった特徴を有することから、近年、ノート型ないしブック型パーソナルコンピュータ、携帯用テレビ等の表示画面、携帯用端末機器の表示部、表示用端末機などに広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、液晶表示パネルはそれ自身発光機能を有しないので、表示用の面光源装置が別途必要となる。また、ノート型パーソナルコンピュータや携帯用テレビ等の携帯用機器などは、ほとんどのものがバッテリーで駆動されているため、長時間駆動の要求から発光パワーの有効利用が望まれている。
【０００４】
（従来の面光源装置）
図１は、液晶表示パネルと共に用いられている従来の面光源装置Ａを示す分解斜視図である。この面光源装置Ａは、導光板１の上面に拡散板２とプリズムシート３を配置し、下面に反射シート４を重ね、導光板１の側面に蛍光ランプのような線状光源５を設けたものである。プリズムシート３は、一方向に沿って一様で当該方向と直交する方向に周期的なパターンを形成されたものであって、周期パターンの最小単位は２つの辺を有する断面三角形状のプリズム６によって構成されている。一般的には、プリズム６は断面が２等辺３角形（底辺の角度は４５度や４０度となっている）で、１次元方向に並んでいる。反射シート４の表面には、反射光強度が全体で均一となるように、鏡面反射する部分と乱反射する部分とが適当な密度パターンで形成されている。
【０００５】
しかして、線状光源５の光は導光板１の端面から内部に入射し、反射シート４で反射して上面側へ向かい、導光板１の上面から出射した光は拡散板２によって明るさがムラなく均一となるように拡散される。プリズムシート３は拡散板２によって拡散された光をプリズム６によって集光し、輝度を高める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように面光源装置Ａに設けられたプリズムシート３は、光を集光することによって横方向に漏れる光を低減し、光の利用効率を向上せしめている。そこで、このプリズムシート３を用いた場合の効果を確認するため、プリズムシート３を用いた場合とプリズムシート３を用いない場合の輝度の角度依存性（指向特性）を測定した。この結果を図２に示す。図２の横軸θXは、プリズムシート３の上面に対する法線方向をＺ軸方向、周期パターンの配列方向をＸ軸方向としたとき、ＺＸ平面においてＺ軸となす角度（Ｘ軸の正方向への角度を正とする）である（図１参照）。縦軸は相対輝度である。また、破線ロはプリズムシート３を使用しないとき（つまり、導光板１からの出射光）の相対輝度の角度依存性を示し、実線イはプリズムシート３を使用したときの（つまり、プリズムシート３からの出射光）の相対輝度の角度依存性を示している。
【０００７】
図２から分かるようにプリズムシート３を用いると、導光板１から出た出射光を比較的狭い範囲（図２の場合には、−４５度〜＋４５度）に集めることができる。液晶表示パネルを用いた応用システムにおいては、ほとんどがパーソナルユースであるため、視野角±３０〜±４５度の範囲で観察することが多いので、プリズムシート３を面光源装置Ａに装着することにより、視野角外の光を視野角内に変換することより、液晶表示パネルの正面における輝度を向上させている。これが面光源装置Ａにおいてプリズムシート３を用いている理由である。
【０００８】
しかしながら、図２の実線イを見ると、両端部（±７５度あたり）に２次のピークｐが生じており、プリズムシート３を用いた面光源装置Ａにおいても、目的とする視野角外の光が多く存在しており、この視野角外へ出射されている光が無駄になっている。
【０００９】
（光線挙動の３モード）
そこで、従来のプリズムシート３に光線７が入射する場合の光線の挙動を分析した結果、入射角度に応じて３種類のモードに分類できることが分かった。これを図３に示す。図３（ａ）は拡散板２を通過した光の各出射方向における輝度（指向特性）を示し、ランバート特性となっている。拡散板２を通過してプリズムシート３に入射した光線の挙動は、フロントモード、回帰モード及びサイドモードに分類することができる。
【００１０】
フロントモードとは、図３（ｃ）に示すように、下面からプリズム６内に進入した光線が、プリズム６の斜面に対して全反射角より小さな入射角で入射し、屈折しながらプリズム６の斜面から外部へ出射されるモードである。このフロントモードはプリズムシート３の本来の目的とするモードであって、プリズムシート３を通過する光線７の大部分はフロントモード光となる。フロントモードでは、図３（ｃ）に表わされているようにプリズム６を出射後に光線の広がりが狭められ、正面で輝度の大きな指向特性（図３（ｅ））が得られる。
【００１１】
回帰モードとは、図３（ｄ）に示すものであって、プリズム６内に進入した光線７がプリズム６の斜面で２回反射した後、再びプリズム６の下面から出射して導光板１に帰還するモードである。導光板１に戻った光線７は、導光板１で反射されて輝度がｋ倍（散乱などの損失により、ｋ＝約０.９）の光線７となって再度プリズムシート３に戻る。このとき大部分の光線７は、フロントモード光に変換されてプリズム６に入射する。
【００１２】
サイドモードとは、図３（ｂ）に示すものであって、プリズム６内に進入した光線７がプリズム６の一方の斜面で反射された後、対向する斜面で屈折しながら外部へ出射されるモードである。このサイドモードで出射される光線７は、プリズムシート３の法線方向に対して約９０度近傍の方向（つまり、θX＝約±９０度）へ出射されるので、有効利用されていない。図２に表われている実線イの２次のピークｐも当該サイドモード光によるものである。
【００１３】
従って、上記３モードのうち、サイドモードの光線を減少させることができれば、大きな角度で出射される光線を少なくして正面輝度をより向上させることができ、プリズムシートの性能を改善できると考えられる。
【００１４】
本発明は叙上の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、面光源装置においてサイドモードで外部へ出射する光線を低減させることによって正面輝度を向上させることにある。
また、そのために有効な面状光学素子を提供することにある。
さらに、その面光源装置を用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【発明の開示】
請求項１に記載の面光源装置は、一方の表面に、一方向に一様で当該方向と直交する方向に沿って、深いＶ溝と浅いＶ溝からなる周期的なパターンを形成された面状の光学素子と、上記光学素子に光を入射させる光源手段とからなり、上記光学素子に形成された周期パターンの最小単位の断面形状は、傾きが交互に逆向きとなった４つ以上の辺を有していることを特徴としている。
【００１６】
この面光源装置においては、周期パターンの最小単位が４つ以上の辺を有し、これらの辺が傾きが交互に逆向きとなるように配列されている。すなわち、光学素子の面方向に対して正の傾きの辺と負の傾きの辺が交互に配列している。しかも、この周期パターンは深いＶ溝と浅いＶ溝とからなっている。従って、ある辺で反射されて対向する辺から出射した光線の一部は、再び第３の辺から光学素子内に入って第３の辺と対向する辺で反射して回帰モード光となる。
【００１７】
従って、従来のプリズムシートであれば、サイドモード光として横方向に出射されて無駄となっていた光の一部を回帰モード光に変換できる。変換された回帰モード光は大部分がフロントモード光に変換される。よって、本発明の面光源装置によれば、無駄なサイドモード光を減少させてフロントモード光を増加させることができ、より正面輝度の大きな面光源装置を得ることができる。
【００１８】
請求項２に記載の実施態様は、請求項１記載の面光源装置において、前記周期パターンの最小単位の断面形状を構成する、一方の傾きの辺が互いに平行となり、逆の傾きの辺が互いに平行となっていることを特徴としている。
【００１９】
この実施態様によれば、入射角の等しい光線は同じ傾きの辺では同じ方向へ出射もしくは反射されるので、周期パターンのパターン形状の設計を簡単にすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の実施態様は、請求項１記載の面光源装置において、前記周期パターンの最小単位の断面形状は４つの辺を有し、その両端の２辺の長さが互いに異なり、その中央の２辺の長さが互いに異なっていることを特徴としている。
【００２１】
この実施形態による面光源装置にあっては、周期パターンの最小単位が左右非対称となっているので、光学素子に右方から入射するサイドモード光と左方から入射するサイドモード光によって回帰モードに変換される割合を異ならせることができる。従って、一方からのサイドモード光が強い場合には、サイドモード光の輝度差を緩和させることができる。
【００２２】
請求項４に記載の実施態様は、請求項１に記載の面光源装置において、前記周期パターンの最小単位の断面形状は６つの辺を有し、中央の２辺がそれぞれ当該中央の辺に接する両側の辺より長いことを特徴としている。
【００２３】
この実施形態においては、６辺から構成されているので４辺から構成されている場合よりもサイドモード光を回帰モード光に変換する効率が高く、しかも６辺程度であれば、光学素子もしくは成形用の原盤の製作が困難になることもない。
【００２４】
請求項５に記載の面光源装置は、一方の表面に、一方向に一様で当該方向と直交する方向に沿って、深いＶ溝と浅いＶ溝からなるパターンを連続的に形成された面状の光学素子と、上記光学素子に光を入射させる光源手段とからなり、上記光源手段の光強度が最大となる出射方向が前記光学素子の光入射位置により変化しており、上記連続的なパターンは傾きが交互に逆向きとなった４つ以上の辺を有する断面を単位として構成され、かつ、当該パターンの断面形状は前記出射方向の位置による変化を打ち消す傾向となるように場所により異なっていることを特徴としている。
【００２５】
この面光源装置によれば、場所によって周期パターンの断面形状を変化させることにより、光源手段の光強度が最大となる出射方向を補正することができるので、面光源装置の全体において輝度が最大となる方向を均一化することができる。
【００２６】
請求項６に記載の実施態様は、請求項１に記載の面光源装置において、前記光源手段が、光を発生する光源と、側面から入射した該光源からの光を伝達するとともに、上面から外部に光を出射する透明な導光板と、からなることを特徴としている。
【００２７】
この実施態様によれば、本発明による面光源装置を導光板を用いたエッジライト方式の面光源装置とすることができる。
【００２８】
請求項７に記載の実施態様は、前記光源手段が、光を発生する光源と、該光源からの光を反射させ前記光学素子に伝達する反射板と、からなることを特徴としている。
【００２９】
この実施態様によれば、本発明による面光源装置を導光板を用いないエッジライト方式の光源装置や、直下方式の面光源装置などとすることができる。
【００３０】
請求項８に記載の画像表示装置は、空間光変調パネルと、請求項１に記載の面光源装置と、を備えたことを特徴としている。
【００３１】
この画像表示装置においては、面光源装置で発生した光を液晶表示パネル等の空間光変調パネルにより白黒画像やカラー画像に変換して画像を表示することができる。この画像表示装置には、本発明の面光源装置を用いているので、正面輝度を向上させ、視認性を高めることができる。
【００３８】
請求項９に記載の面状光学素子は、一方の表面に、一方向に一様で当該方向と直交する方向に沿って、深いＶ溝と浅いＶ溝からなる周期的なパターンを形成され、当該周期パターンの最小単位の断面形状は傾きが交互に逆向きとなった４つ以上の辺を有していることを特徴としている。
【００３９】
この面状光学素子においても、周期パターンの最小単位が４つ以上の辺を有し、これらの辺が傾きが交互に逆向きとなるように配列されており、しかも、この周期パターンは、深いＶ溝と浅いＶ溝からなっているので、ある辺で反射されて対向する辺から出射した光線の一部は、再び第３の辺から光学素子内に入って第３の辺と対向する辺で反射して回帰モードの光となる。
【００４０】
従って、従来のプリズムシートであれば、サイドモード光として横方向に出射されて無駄となっていた光の一部を回帰モード光に変換できる。回帰モード光に変換された光は大部分がフロントモード光に変換される。よって、無駄なサイドモード光を減少させてフロントモード光を増加させることができ、面状光学素子を通過した光の正面輝度を高めることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図４は本発明に係る面光源装置Ｂの一実施形態を示す概略構成図である。この面光源装置Ｂは、バックライトユニット（光源手段）１１と面状の光学素子１２とから構成されている。バックライトユニット１１と光学素子１２の間には拡散板が配設されていてもよく、また光源手段の表面に拡散板や拡散シートを設けたり拡散処理を施したりしてもよく、光学素子１２の下面に拡散板や拡散シートを設けたり拡散処理を施してもよい。バックライトユニット１１は光学素子１２の配置されている上面側へ向けて面状に光を放出するものである。バックライトユニット１１の構成については、後ほど説明する。
【００４２】
光学素子１２の上面には、深いＶ溝１３ａと浅いＶ溝１３ｂが交互に形成されており、深いＶ溝１３ａと深いＶ溝１３ａの間の略Ｍ形をした部分が周期パターンの最小単位（略Ｍ形のプリズム）１４となっている。すなわち、光学素子１２の周期パターンはＹ軸方向には一様に延びており、Ｘ軸方向に最小単位１４の略Ｍ形パターンが繰り返している。最小単位１４は、正の傾き（説明上、図面に基づいて右上がりの傾斜を正とし、右下がりの傾斜を負とする）の長い辺１５ａ、負の傾きの短い辺１６ａ、正の傾きの短い辺１５ｂおよび負の傾きの長い辺１６ｂの４つの辺が交互に配列されて構成されている（図５参照）。ここで、同じ正の傾きの辺１５ａ，１５ｂどうしや負の傾きの辺１６ａ，１６ｂどうしは同じ傾きである必要はないが、正の傾きの辺１５ａ，１５ｂどうしの傾きが同じで、負の傾きの辺１６ａ，１６ｂどうしの傾きが同じであれば、光学素子１２の周期パターンの形状の設計が容易になる。
【００４３】
このような略Ｍ形をした周期パターンによれば、従来サイドモード光として無駄になっていた光線７を回帰モード光に変換することができ、回帰モード光は再び反射されてフロントモード光となるので、面光源装置Ｂの正面輝度を高めることができる。図５は本発明による光学素子１２の作用を説明する図であって、実線は本発明による光学素子１２の基本単位１４とその光線７の挙動を示し、想像線は従来のプリズムシート３のプリズム６とその光線７の挙動を示している。すなわち、従来例のプリズム６では、一方の辺１５ａで反射した光線は、全反射角よりも小さな入射角で他方の辺１６ｂへ入射するので、他方の辺１６ｂから外へ出射してサイドモード光となる。これに対し、本発明に係る周期パターンの基本単位１４では、中央部に浅いＶ溝１３ｂが形成されているので、一方の長い辺１５ａで反射した光線は対向する短い辺１６ａから出て他方の短い辺１５ｂから最小単位１４内に入る。このとき短い辺１６ａ，１５ｂを２度通過することによって光線が屈折するので、他方の長い辺１６ｂへの入射角は全反射角よりも大きくなり、光線７は長い辺１６ｂで下方へ反射されて回帰モード光となる。従って、本発明の周期パターンを備えた光学素子１２によれば、正面輝度を向上させることができ、光の有効利用効率が向上するという利点がある。
【００４４】
（本発明の光学素子と従来のプリズムシートの作用の比較）
つぎに、従来例のプリズムシート３と本発明による光学素子１２の作用を各モード毎に比較する。なお、説明を容易にするため、図６〜８においては、正の傾きの辺１５ａ，１５ｂどうしは平行としてあり、負の傾きの辺１６ａ，１６ｂどうしも平行としている。まず、図６（ｂ）は従来のプリズムシート３における正の傾きの辺１５ａを通過するフロントモード光の挙動を示し、図６（ａ）は本発明の光学素子１２における対応するフロントモード光の挙動を示す。図６（ａ）の本発明の周期パターンの場合においても全て光線７はフロントモード光となっており、図６（ａ）（ｂ）のいずれにおいても、フロントモード光は同じ屈折方向へ出射され、全体としてフロントモード光の光量が等しいことは容易に分かる。なお、丸囲み数字は光線領域の対応関係を示している。
【００４５】
また、図７（ｂ）は従来のプリズムシート３における正の傾きの辺１５ａで反射する回帰モード光の挙動を示し、図７（ａ）は本発明の光学素子１２における対応する光線７の挙動を示す。図７（ａ）の本発明の周期パターンにおいても、領域▲１▼から入射した光は領域▲１▼へ帰還し、領域▲２▼から入射した光は領域▲２▼へ帰還し、領域▲３▼から入射した光はへ領域▲３▼へ帰還しており、従来例と同じように全て回帰モード光となっている。図６（ａ）（ｂ）のいずれにおいても、回帰する光量は等しくなっているので、全体として回帰モード光の光量も等しいことが分かる。
【００４６】
図８（ｂ）は従来のプリズムシート３における正の傾きの辺１５ａで反射するサイドモード光の挙動を示し、図８（ａ）は本発明の光学素子１２における対応する光線７の挙動を示す。図８（ｂ）の従来例の場合においては、領域▲１▼，▲２▼，▲３▼の光線７は全てサイドモード光となっている。これに対し、図８（ａ）の場合では、領域▲２▼の光は長い辺１５ａで反射した後、対向する短い辺１６ａから出射してサイドモード光となり、領域▲３▼の光も短い辺１５ｂで反射した後、対向する長い辺１６ｂから出射してサイドモード光となるが、領域▲１▼の光は正の傾きの長い辺１５ａで反射した後、短い辺１６ａ及び１５ｂを通過し、長い辺１６ｂで反射して下方へ向かい回帰モード光となる。
【００４７】
従って、本発明による光学素子１２を用いれば、従来例のプリズムシート３でフロントモード光及び回帰モード光となっていた光線はそのままフロントモード光及び回帰モード光となり、さらに従来例ではサイドモード光となっていた光線の一部は回帰モード光となることが分かる。よって、本発明の光学素子１２を用いると、サイドモード光を減少させて回帰モード光を増加させ、ひいてはフロントモード光を増加させることができる。
【００４８】
また、従来例のプリズムシート３を基本として、浅いＶ溝１３ｂの部分を設計する際には、回帰モード光とフロントモード光を全く考える必要がなく、サイドモード光の減少のみを考慮すればよいので、設計が容易に行なえる。
【００４９】
（光学素子の製造方法）
図９（ａ）〜（ｅ）は上記光学素子１２の製造（複製）方法の一例を説明する断面図である。図９（ａ）に示すものは光学素子１２の原盤１７であって、切削加工法によって作製される。原盤１７が製作されると、図９（ｂ）（ｃ）に示すように原盤１７の上にニッケルを堆積させて電鋳法によりスタンパ１８を作製し、スタンパ１８を原盤１７から分離する。ついで、図９（ｄ）に示すように、反転パターン１９を形成されたスタンパ１８を用いて射出成形、押出成形、シート成形等の成形法によってポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリメチルクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂から光学素子１２を成形し、図９（ｅ）のような光学素子１２を得ることができる。また、上記スタンパ１８を用いて２Ｐ法（Photo-Polymerization 法）によりガラス基板２０上に光学素子１２を成形することもできる。２Ｐ法による場合には、電気化学工業（株）社製  ＯＰ−１５０５（屈折率ｎ＝１.５５）のような紫外線硬化型樹脂を用いる。
【００５０】
（光学素子の別な実施形態）
図１０に示すものは本発明に係る光学素子１２の周期パターンの一部（最小単位２１）を示す図である。この周期パターンは、最小単位２１と最小単位２１の間を仕切る深いＶ溝１３ａと深いＶ溝１３ａの中間に中間の深さのＶ溝１３ｂを設け、深いＶ溝１３ａと中間の深さのＶ溝１３ｂとの間にそれぞれ浅いＶ溝１３ｃを設けたものである。従って、最小単位２１は８つの正及び負の傾きの辺が交互に配列した形状となっている。
【００５１】
これは図５の基本単位１４において、浅いＶ溝（＝中間の深さのＶ溝）１３ｂの両側の頂上部分にさらに浅いＶ溝１３ｃを設けた構造となっている。従って、このような構造によれば、図１０に示すように、サイドモード光を回帰モード光に変換する割合を増加させることができる。
【００５２】
また、こうして生じた図１０の基本単位２１の４つの頂上部分にさらに浅いＶ溝を設けることにより、さらに回帰モード光に変換される割合を増加させることも可能であって、これを繰り返せば無限にＶ溝を増加させてゆくことが可能になる。しかし、Ｖ溝を増加させてゆくと、周期パターンが非常に微細になり、光学素子１２の作製が困難になる。
【００５３】
周期パターンの最小単位２１の幅を液晶表示パネルの画素周期に近づけると、モアレが発生するため、図１１に示す最小単位の幅Ｗ１は通常３０μｍ程度となっている。この最小単位２１に１つのＶ溝１３ｂを設けた場合にはＶ溝１３ｂの片幅Ｗ２は５μｍ程度となり、３つのＶ溝１３ｃ，１３ｂ，１３ｃを設けた場合には浅いＶ溝１３ｃの片幅Ｗ３は１μｍ程度となる。従って、光学素子１２の原盤１７を切削加工法により作製すれば、原盤１７のパターンのエッジ部分がサブミクロンの丸味を帯びるため、Ｖ溝を増やす効果が薄れる。従って、光の利用効率と原盤作製の容易さを比較すると、Ｖ溝を１つ設けた図６のような４つの辺からなる最小単位１４により構成された光学素子１２が望ましい。
【００５４】
（光学素子のさらに別な実施形態）
図１２は本発明に係るさらに別な光学素子１２の周期パターンの最小単位２２を示す図である。この周期パターンの最小単位２２は、６つの正と負の傾きの辺１５ａ，１５ｂ，１５ｃ；１６ａ，１６ｂ，１６ｃを交互に配列されており、中央の辺１５ｂ，１６ｂの長さ（傾斜長）がその両側の辺１６ａ，１５ｃの長さよりも長くなっていて、ほぼ左右対称な形状となっている。このような最小単位２２は、従来例の断面三角形状のプリズム６に中央の頂点を挟んで両側にＶ溝１３ｂ，１３ｂを形成することにより得ることができる。なお、この実施形態でも、正の傾きの辺１５ａ，１５ｂ，１５ｃどうしが平行で、負の傾きの辺１６ａ，１６ｂ，１６ｃどうしを平行にすれば、設計をし易くなる。
【００５５】
この光学素子１２では、最小単位２２がほぼ左右対称となっているので、左右のサイドモード光を同様に減少させることができ、しかもＶ溝も１３ｂ，１３ｂの２つしか設けていないので、一番小さな辺１６ａ，１５ｃも余り短くならず、原盤等の作製も可能である。
【００５６】
（光学素子のさらに別な実施形態）
図１３（ａ）（ｂ）は本発明に係るさらに別な光学素子１２の周期パターンの最小単位２３を示す図である。この周期パターンの最小単位２３は、４つの正と負の傾きの辺１５ａ，１５ｂ；１６ａ，１６ｂを交互に配列してあり、両端の辺１５ａ，１６ｂの長さが異なり、中央の辺１５ｂ，１６ａの長さも異なっている。このような最小単位２３は、従来例の断面三角形状のプリズム６において頂点の位置している中央から左右いずれかに偏らせてＶ溝１３ｂを形成することにより得ることができる。
【００５７】
このようにＶ溝１３ｂを中央から偏らせて設けた最小単位２３を有する光学素子１２においては、図１３（ａ）に示すように、Ｖ溝１３ｂに近い側から入射するサイドモード光は、大きな割合で回帰モード光に変換され、図１３（ｂ）に示すように、Ｖ溝１３ｂから遠い側より入射するサイドモード光は、比較的小さな割合で回帰モード光に変換される。
【００５８】
よって、左右のうちいずれか片側へ出射されるサイドモード光が極端に多い場合には、この実施形態のようにＶ溝１３ｂを中心からずらすことが好ましい。例えば、図１６（ａ）は一方側部に光源２５を有するエッジライト方式のバックライトユニット１１を備えた面光源装置Ｃ１を示している。このようなバックライトユニット１１の場合には、光源２５と反対側を向いたＬ方向で最も輝度が大きくなるので、光学素子１２には、左右非対称な最小単位２３が図１６（ｂ）〔図１６（ａ）のｋ−ｋ線断面における最小単位２３の形状を示す〕のような向きとなるように周期パターンを形成すればよい。
【００５９】
（第２のサイドモード光）
図１４は２次のサイドモード光を説明するための図である。従来のプリズムシート３にあっては、プリズムシート３の形状や屈折率によっては、図３（ｂ）に示したのとは異なる２次のサイドモード光が存在する。この２次のサイドモードとは、図１４に示すように、プリズム６内に進入した光線７がプリズム６の一方の斜面で反射され、対向する斜面で屈折しながら一旦外部へ出射された後、この光線７（１次のサイドモード光）が隣接プリズム６に再入射し、プリズムシート３の底面で全反射してプリズム６側からプリズムシート３とほぼ平行な方向へ出射されるモードである。
【００６０】
このような２次のサイドモード光は、中央に浅いＶ溝１３ｂを設けた左右対称な最小単位２３の場合には、図１５（ｂ）に示すように、光学素子１２に入射した領域▲１▼〜▲３▼の全ての光線７が光学素子１２の底面で全反射した後、２次のサイドモード光として光学素子１２から出射される。従って、このような構造の最小単位２３では、２次のサイドモード光を回帰モード光に変換できない。
【００６１】
これに対し、図１３（ａ）の最小単位２３と同様に、従来例の断面三角形状のプリズム６において頂点の位置している中央から左右いずれかに偏らせて浅いＶ溝１３ｂを形成した最小単位２３を用いることにより、２次のサイドモード光の一部を回帰モード光に変換することができる。すなわち、図１５（ａ）に示すように光学素子１２の底面から入射した領域▲１▼〜▲３▼の光線７のうち、領域▲１▼及び▲３▼の光線７は図１５（ｂ）の場合と同じように、光学素子１２の底面で全反射して２次のサイドモード光となるが、領域▲２▼の光線７は光学素子１２内に再入射して光学素子１２の底面から外部へ出射し、回帰モード光となる。
【００６２】
従って、２次のサイドモード光が多い場合には、図１５（ａ）の最小単位２３のようにＶ溝１３ｂを中心からずらすことが好ましい。もっとも、図１３（ａ）の場合と、図１５（ａ）の場合とでは、浅いＶ溝１３ｂをずらす方向は逆向きとなる。図１３（ａ）の場合には、サイドモード光の出て行く方向と反対向きにＶ溝１３ｂをずらせたが、図１５（ａ）の場合には、２次のサイドモード光の出て行く方向へＶ溝１３ｂをずらせる必要がある。従って、１次のサイドモード光で再入射しないものと、再入射する２次のサイドモード光の２種類のサイドモード光が存在する場合には、いずれのサイドモード光が大きいかを見極めて、Ｖ溝１３ｂをいずれの向きにずらすか決定すればよい。例えば、図１６（ａ）のような面光源装置Ｃ１の場合にも、２次のサイドモード光を考慮すれば、図１６（ｂ）とは逆向きにＶ溝１３ｂをずらせる場合もある。
【００６３】
また、両端の辺１５ａと１６ｂがそれぞれ底面となす角度α，β〔図１５（ｂ）参照〕についても、光源の輝度分布との関係で、等しい角度（α＝β）に限らず、最適値を選択することができる。
【００６４】
（面光源装置のさらに別な実施形態）
図１７（ａ）はさらに別な実施形態による面光源装置Ｃ２を示す斜視図である。この面光源装置Ｃ２は、２辺に光源２５を有するエッジライト方式のバックライトユニット１１を備えている。光学素子１２は、図１３に示したような非対称な最小単位２３からなる周期パターンを有しており、周期パターンは導光板２４の対角方向で一様になっている。このような光学素子１２においては、最小単位２３の各光源２５と垂直な断面を考えると、図１７（ｂ）〔図１７（ａ）のｎ1−ｎ1線断面〕の断面と図１７（ｃ）〔図１７（ａ）のｎ2−ｎ2線断面〕の断面とでそれぞれ光源２５に対して非対称となっている。この場合も、図１６の場合と同様、１次のサイドモード光と２次のサイドモード光のいずれを考慮するかによって、Ｖ溝１３ｂはいずれの向きにずれていても差し支えない。
【００６５】
（面光源装置のさらに別な実施形態）
図１８はさらに別な実施形態による面光源装置Ｃ３を示す斜視図である。この面光源装置Ｃ３は、２辺に光源２５を有するエッジライト方式のバックライトユニット１１と、２枚の光学素子１２，１２を備えている。一方の光学素子１２は、一方の光源と平行に一様となった周期パターンを形成されており、他方の光学素子は他方の光源と平行に一様となった周期パターンを形成されている。ここで周期パターンの最小単位はいずれの形状のものでもよく、例えば図４の最小単位１４、図１０の最小単位２１、図１２の最小単位２２、図１３の最小単位２３などのいずれでもよい。
【００６６】
（面光源装置のさらに別な実施形態）
導光板における出射光の輝度角度分布が場所依存性を有する場合には、図１３のような形状の最小単位の特性を利用して、場所によって連続的なパターンの断面形状を変化させるとよい。例えば、図１９（ａ）は導光板２４の両側に光源２５を有するエッジライト方式のバックライトユニット１１を備えた面光源装置Ｃ４を示している。このようなバックライトユニット１１においては、図示のように光源２５の近くでは、光源２５から遠ざかる方向よりも光源２５側へ戻る方向での輝度２６が大きくなっており、導光板２４の中央部では輝度２６の角度分布は対称になっている。従って、このような場合には、光学素子１２の光源２５に近い側の端部領域ではＶ溝１３ｂをパターン単位２７を光源２５から遠くなる向きに偏らせ、光学素子１２の中央部領域ではＶ溝１３ｂをパターン単位２７の中央部に設けるとよい。あるいは、パターン単位２７の形状を光学素子１２の端部から中央部にかけて次第に変化させるようにしてもよい。図１９（ｂ）（ｃ）（ｄ）はこのような光学素子１２のパターン単位２７を示しており、図１９（ｂ）（ｄ）はそれぞれ図１９（ａ）の端部２８ａ，２８ｃにおけるパターン単位２７の形状を示し、図１９（ｃ）は図１９（ａ）の中央部２８ｂにおけるパターン単位２７の形状を示している。
【００６７】
（バックライトユニット及び光源の構成）
上記バックライトユニット１１としては、特に限定するものではないが、以下に説明するように、種々の構造のものを使用することが可能である。図２０に示すものは直下方式のバックライトユニット１１であって、拡散板２９の下面に複数本の線状光源３０が平行に配列されており、線状光源３０の下方には反射板３１が配設されている。しかして、線状光源３０から上方へ出た光は拡散板２９で拡散されて上方へ出射され、線状光源３０から下方へ出た光は反射板３１で反射されて上方へ向かい拡散板２９で散乱されて上方へ出射される。
【００６８】
図２１に示すものはエッジライト方式のバックライトユニット１１であって、透明な導光板２４の一方側面ないし両側面に線状光源３０が配置され、導光板２４の上面に拡散板２９が重ねられている。導光板２４の下面には、反射光の光強度分布が一様となるように乱反射域と正反射域のパターンを形成された反射面３２が設けられている。しかして、線状光源３０の光は導光板２４の側面から内部に入り、反射面３２で反射されて上方へ向かい、導光板２４の上面を抜けて拡散板２９で散乱される。
【００６９】
図２２に示すものは導光板２４を用いないエッジライト方式のバックライトユニット１１であって、拡散板２９と反射板３３の間に空間３４を形成し、当該空間３４の一方側部もしくは両側側部に線状光源３０を配置している。反射板３３の内面には、線状光源３０の光を上方へ乱反射させるための処理、たとえば凹凸などを施している。しかして、線状光源３０の光は反射板３３の内面で反射されて上方へ向かい、拡散板２９で散乱される。
【００７０】
上記各バックライトユニット１１の線状光源３０としては、熱陰極蛍光ランプや冷陰極蛍光ランプ等を用いることができる。熱陰極蛍光ランプ３０ａは、例えば図２４（ａ）に示すように、内面に蛍光体３７を塗布されたガラス管３８内に水銀蒸気やアルゴンガス等を封入し、端部にフィラメント電極（加熱陰極）３９を設けたものである。冷陰極蛍光ランプ３０ｂは、例えば図２４（ｂ）に示すように、内面に蛍光体３７を塗布された一端封じのガラス管３８内に水銀蒸気やアルゴンガス等を封入し、他端に電極（冷陰極）４０を設けたものである。
【００７１】
図２３に示すものは面状光源３５を用いたバックライトユニット１１であって、拡散板２９と反射板３６との間に面状光源３５が挟まれている。しかして、面状光源３５から上方へ出た光線は拡散板２９で散乱され、面状光源３５から下方へ出た光線は反射板３６で反射された後再び上方へ向かって拡散板２９で散乱される。
【００７２】
面状光源３５としては、平面蛍光ランプ３５ａや電界発光を利用したＥＬ（エレクトロルミネセンス）ランプ３５ｂを用いることができる。平面蛍光ランプ３５ａは、図２５に示すように、内面に蛍光体３７を塗布された偏平ガラス管４１内に水銀蒸気やアルゴンガス等を封入し、端部のステム４２に電極４３を設けたものである。ＥＬランプ３５ｂは、例えば図２６に示すように、発光層（蛍光物質を混入した誘電体）４４の上面に電極リード４５を備えた表面電極４６を重ね、発光層４４の下面に絶縁層４７を介して電極リード４８を備えた裏面電極４９を重ね、その上下両面を吸湿フィルム５０を介してパッケージフィルム５１で封止したものである。
【００７３】
また、光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）５２や白熱電球５８や等の点状光源を用い、複数の点状光源を直線状ないし面状に配置してもよい。なお、図２７はＬＥＤ５２の概略断面図であって、ベース５３に埋め込まれたリード線５４の上面にＬＥＤチップ５５をダイボンドし、他方のリード線５６とＬＥＤチップ５５とをワイヤボンディングし、ＬＥＤチップ５５を透明プラスチックレンズ５７内に封止している。また、図２８は白熱電球５８の概略図であって、ガラス球５９の内部を真空ないし不活性ガス封入状態にし、口金６０に支持された金属フィラメント６１をガラス球５９内に納めてある。
【００７４】
また、光源を用いることなく太陽光を利用することも可能である。例えば、図２９に示すように、くさび形をした導光板２４の側面から太陽光を導入し、傾斜した反射面３２で反射させることによって導光板２４の上面から太陽光を出射させるようにしてもよい。
【００７５】
（面光源装置を用いた画像表示装置）
上記面光源装置Ｂは、各種の画像表示装置に用いることができる。例えば、図３０は本発明に係る面光源装置Ｂを用いた画像表示装置Ｄの構成を示すブロック図である。空間光変調パネル８１とは、面光源装置Ｂから出射されたほぼ均一な面状の光を入力信号に応じた白黒画像やカラー画像に変換して表示するものであって、例えば液晶表示パネルである。入力インターフェイス８２は入力信号を空間光変調パネル８１で処理可能な信号に変換する。また、電源８３は面光源装置Ｂと、入力インターフェイス８２と、空間光変調パネル８１を駆動するドライバ８４に電力を供給する。
【００７６】
図３１〜図３３は画像表示装置の具体的構成を示す図である。図３１に示す画像表示装置Ｄ１にあっては、導光板２４を用いたエッジライト方式のバックライトユニット１１の上に拡散板２９と本発明に係る光学素子１２を重ね、その上方に上下両面に偏光板８５，８５を重ねた液晶表示パネル８６（空間光変調パネル８１）を配置し、上の偏光板８５の上面に反射防止用のＡＲコート膜８７を形成したものである。
【００７７】
また、図３２に示す画像表示装置Ｄ２は、直下方式のバックライトユニット１１、本発明に係る光学素子１２、偏光板８５、液晶表示パネル８６（空間光変調パネル８１）及び偏光板８５を筺体８８内に納めたものである。
【００７８】
また、図３３に示す光学的構成の画像表示装置Ｄ３は、直下方式のバックライトユニット１１と光学素子１２と液晶表示パネル８６（空間光変調パネル８１）を備えており、前方には接眼レンズ８９が配置されている。しかして、接眼レンズ８９を通して液晶表示装置Ｄ３上の画像９０ａを見ると、拡大虚像９０ｂを見ることができる。
【００７９】
これらの画像表示装置Ｄ１〜Ｄ３に本発明の面光源装置Ｂを用いれば、画像表示装置Ｄ１〜Ｄ３の正面を含む所定の視野角内での輝度を高めることができ、視認性を高めることができる。
【００８０】
（画像表示装置を備えた各種機器）
上記画像表示装置は、各種機器の画像表示手段や映像手段などとして用いられる。図３４に示すものはノート型やブック型などと云われる可搬型のパーソナルコンピュータＥであって、内部にＣＰＵやメモリ等を内蔵しており、蓋９１の内面には図３１に示したような構造の画像表示装置Ｄ１が設けられ、さらにキーボード９２やディスクドライブ装置９３などを備えている。
【００８１】
図３５に示すものはヘッドマウントディスプレイＦであって、頭部に装着するためのハット部９４にゴーグル状をしたケース９５とイアホン９６が設けられており、ケース９５内には図３３に示したような構成の２つの画像表示装置Ｄ３が左眼用及び右眼用として納められている。画像表示装置Ｄ３は、虚像９０ｂが調整安静位（人間が暗闇の中で見つめているだろうという視点位置）に設定できるよう、一定の輻輳角（目の寄り角）を与えるように配置されている。左眼及び右眼によって独立して捉えられた動画像は人間の融像作用によって一つの動画像として認識される。このようなヘッドマウントディスプレイＦは、操縦訓練用のシュミレーション装置やバーチャルリアリティのゲーム機器等として利用されている。
【００８２】
図３６及び図３７に示すものは設置型及び携帯用の液晶テレビ（テレビ受像機）Ｇ，Ｈであって、図３２に示したような構造の画像表示装置Ｄ２からなる画面９７と、受信用のアンテナ９８、オン−オフスイッチ９９、チャンネル選択スイッチ１００等を備えている。
【００８３】
図３８はビデオカメラＪであって、このビデオカメラＪはビューファインダ部１０１以外にも、撮影中の画像や再生画像を表示するための画像表示部１０２を備えている。この画像表示部１０２には、図３１に示したような構造の画像表示装置Ｄ１を用いることができる。
【００８４】
図３９は携帯用の小型情報端末機Ｋであって、図３１の画像表示装置Ｄ１を用いた画面１０３と、画面１０３上に配置されたペン入力可能なタッチパネル等の入力手段１０４と、メモリカード１０５などの差込み口１０６等を備えている。
【００８５】
これらの各種機器に本発明に係る画像表示装置を用いることにより画面の輝度を高めて視認性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】同上の面光源装置における輝度角度分布（指向特性）を示す図である。
【図３】光線挙動の３モードを説明するための図である。
【図４】本発明に係る面光源装置を示す斜視図である。
【図５】同上の光学素子の作用説明図である。
【図６】（ａ）は本発明の光学素子におけるフロントモード光の挙動を示す図、（ｂ）は従来のプリズムシートにおけるフロントモード光の挙動を示す図である。
【図７】（ａ）は本発明の光学素子における回帰モード光の挙動を示す図、（ｂ）は従来のプリズムシートにおける回帰モード光の挙動を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明の光学素子におけるサイドモード光の挙動を示す図、（ｂ）は従来のプリズムシートにおけるサイドモード光の挙動を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は同上の光学素子の製造方法を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る光学素子の他の実施形態の一部（最小単位）を示す図である。
【図１１】同上の光学素子の寸法関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る光学素子のさらに他の実施形態の一部（最小単位）を示す図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は本発明に係る光学素子のさらに他の実施形態の一部（最小単位）と作用を示す図である。
【図１４】第２のサイドモード光を説明する図である。
【図１５】（ａ）は上記第２のサイドモード光の一部を回帰モード光に変換するための構造を示す図、（ｂ）は比較のための図である。
【図１６】（ａ）は本発明に係る面光源装置の別な実施形態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のｋーｋ線に沿った拡大断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明に係る面光源装置のさらに別な実施形態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のｎ1−ｎ1線に沿った拡大断面図、（ｃ）は（ａ）のｎ2−ｎ2線に沿った拡大断面図である。
【図１８】本発明に係る面光源装置のさらに別な実施形態を示す斜視図である。
【図１９】（ａ）は本発明に係る面光源装置のさらに別な実施形態を示す図である。（ｂ）〜（ｄ）はその光学素子の異なる場所における連続的なパターンの形状を示す図である。
【図２０】バックライトユニットの一例を示す斜視図である。
【図２１】バックライトユニットの他例を示す斜視図である。
【図２２】バックライトユニットのさらに他例を示す斜視図である。
【図２３】バックライトユニットのさらに他例を示す斜視図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）は線状光源の一例である蛍光ランプを示す一部破断した図である。
【図２５】面状光源の一例である平面蛍光ランプを示す一部破断した斜視図である。
【図２６】面状光源の他例であるＥＬランプの内部構成を示す斜視図である。
【図２７】点状光源の一例であるＬＥＤを示す断面図である。
【図２８】点状光源の他例である白熱電球をを示す概略図である。
【図２９】光源のさらに別な例を示す斜視図である。
【図３０】画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図３１】画像表示装置の具体的構成を示す概略図である。
【図３２】別な画像表示装置の具体的構成を示す断面図である。
【図３３】さらに別な画像表示装置の光学的構成を示す図である。
【図３４】パーソナルコンピュータの斜視図である。
【図３５】ヘッドマウントディスプレイの一部破断した斜視図である。
【図３６】液晶テレビの斜視図である。
【図３７】携帯用の別な液晶テレビの斜視図である。
【図３８】ビデオカメラの斜視図である。
【図３９】情報端末機の斜視図である。
【符号の説明】
Ｂ  面光源装置
１１  バックライトユニット（光源手段）
１２  光学素子
１４，２１〜２３，２７  周期パターンの最小単位
１５ａ，１５ｂ，…  正の傾きの辺
１６ａ，１６ｂ，…  負の傾きの辺
２４  導光板
２９  拡散板
３０  線状光源
３５  面状光源
Ｄ，Ｄ１〜Ｄ３  画像表示装置
【図１】
0003548812.tif 000002
【図２】
0003548812.tif 000003
【図３】
0003548812.tif 000004
【図４】
0003548812.tif 000005
【図５】
0003548812.tif 000006
【図６】
0003548812.tif 000007
【図７】
0003548812.tif 000008
【図８】
0003548812.tif 000009
【図９】
0003548812.tif 000010
【図１０】
0003548812.tif 000011
【図１１】
0003548812.tif 000012
【図１２】
0003548812.tif 000013
【図１３】
0003548812.tif 000014
【図１４】
0003548812.tif 000015
【図１５】
0003548812.tif 000016
【図１６】
0003548812.tif 000017
【図１７】
0003548812.tif 000018
【図１８】
0003548812.tif 000019
【図１９】
0003548812.tif 000020
【図２０】
0003548812.tif 000021
【図２１】
0003548812.tif 000022
【図２２】
0003548812.tif 000023
【図２３】
0003548812.tif 000024
【図２４】
0003548812.tif 000025
【図２５】
0003548812.tif 000026
【図２７】
0003548812.tif 000027
【図２６】
0003548812.tif 000028
【図２８】
0003548812.tif 000029
【図２９】
0003548812.tif 000030
【図３０】
0003548812.tif 000031
【図３１】
0003548812.tif 000032
【図３２】
0003548812.tif 000033
【図３３】
0003548812.tif 000034
【図３４】
0003548812.tif 000035
【図３５】
0003548812.tif 000036
【図３６】
0003548812.tif 000037
【図３７】
0003548812.tif 000038
【図３８】
0003548812.tif 000039
【図３９】
0003548812.tif 000040