(57)【要約】【課題】エッジライト方式の面光源装置において一次光源と組み合わせて正反射傾向の強い光源リフレクタを用いた場合においても、一次光源から到来し光入射端面に入射して導光体内へと導入される光が遮られることがなく、全体の輝度を低下させたり本来導光すべき光を遮蔽することによる暗線の発生を引き起こしたりすることなしに、長期にわたって光入射端面の近傍における輝線の発生を防止する手段を、特段の導光体製造工程を追加することなしに提供する。【解決手段】一次光源から発せられる光が入射する光入射端面３１及び導光される光が出射する光出射面３３及び該光出射面の反対側の裏面３４を有しており、光出射面３３に、光入射端面３１に沿って延在する複数の鋸刃状プリズム列３５が形成されており、鋸刃状プリズム列３５が形成されている領域は光入射端面３１に隣接する幅５０μｍ〜５００μｍの領域である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次光源と組み合わせて面光源装置を構成するのに使用され、前記一次光源から発せられる光を導光する面光源装置用導光体であって、
前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及び該光出射面の反対側の裏面を有しており、
前記光出射面および裏面の少なくとも一方に、前記光入射端面に沿って延在する複数の鋸刃状プリズム列が形成されており、前記鋸刃状プリズム列が形成されている領域は前記光入射端面に隣接する幅５０μｍ〜５００μｍの領域であることを特徴とする面光源装置用導光体。
【請求項２】
前記導光体の前記光入射端面における厚みは反対側の側端面における厚み以上であり、前記鋸刃状プリズム列は前記光入射端面に近い側の鋸刃第１プリズム面と前記光入射面から遠い側の鋸刃第２プリズム面とを有しており、前記光出射面に対する前記裏面のなす角をδとし、前記導光体の屈折率をｎとして、前記鋸刃第１プリズム面が前記光入射端面に対し０度以上ｃｏｓ−１（１／ｎ）−ｓｉｎ−１（１／ｎ）−２δ度以下の角度をなしており、前記鋸刃第２プリズム面が前記鋸刃第１プリズム面と３０度以上５０度以下の角度をなしていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
【請求項３】
前記鋸刃状プリズム列の配列ピッチは１０μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の面光源装置用導光体。
【請求項４】
前記鋸刃状プリズム列の配列ピッチは、前記光入射端面から離れるに従って漸減することを特徴とする、請求項１〜３に記載の面光源装置用導光体。
【請求項５】
前記鋸刃状プリズム列は、該鋸刃状プリズム列が形成された前記光出射面または裏面から突出していないことを特徴とする、請求項１〜４に記載の面光源装置用導光体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の面光源装置用導光体と、その光入射端面に対向して配置された一次光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光偏向素子とを有することを特徴とする面光源装置。
【請求項７】
前記光偏向素子は、その入光面に前記導光体の光入射端面に沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列を備えており、該プリズム列のそれぞれは前記導光体の光出射面からの光が入射する第１のプリズム面と入射した光が内面反射される第２のプリズム面とを有することを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置並びにそれに用いる導光体に関するものであり、特に、輝度むらの視認性の低減を企図した面光源装置及びそれに用いる導光体に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば、携帯用ノートパソコン等のモニターや液晶テレビやビデオ一体型液晶テレビ等の表示部として使用される液晶表示装置のバックライトに、或いは、携帯電話機などの携帯型電子機器のディスプレイパネルや各種機器のインジケータとして使用される比較的小型の液晶表示装置のバックライトに、或いは、駅や公共施設などにおける案内表示板や看板として使用される液晶表示装置のバックライトに、或いは、高速道路や一般道路における交通標識等の標示装置として使用される液晶表示装置のバックライトに、好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置は、携帯用ノート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等の表示部として、更にはその他の種々の分野で広く使用されてきている。液晶表示装置は、基本的にバックライトと液晶表示素子とから構成されている。バックライトとしては、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のものが多用されている。従来、エッジライト方式のバックライトとしては、矩形板状の導光体の少なくとも１つの端面を光入射端面として用いて、該光入射端面に沿って直管型蛍光ランプなどの線状または棒状の一次光源を配置し、該一次光源から発せられた光を導光体の光入射端面から導光体内部へと導入し、該導光体の２つの主面のうちの一方である光出射面から出射させるものが広く利用されている。
【０００３】
このようなバックライトでは、一次光源から発せられ導光体を経て出射する光の伝搬形態に起因して、発光面の輝度分布に不均一が生ずる（輝度均斉度が低下する）ことがある。この輝度均斉度低下の１つの形態として、一次光源に近接する領域の輝度がその他の領域より高くなることが挙げられる。
【０００４】
このような輝度均斉度低下を防止するための手法として、例えば実公昭４０−２６０８３号公報（特許文献１）、実開昭６０−６０７８８号公報（特許文献２）及び実開昭６２−１５４４２２号公報（特許文献３）には、導光体の光出射面の一次光源に近い位置に光吸収性を有する膜或いは光透過抑制のための光線調整膜を配置することが開示されている。この手法は、一次光源に近い領域において導光体光出射面から出射する光の強度が一次光源から遠い領域において出射する光の強度より大きいことへの対処として、単に一次光源との距離の小さい光出射面領域からの光出射を制限しようとするものである。
【０００５】
ところで、近年、液晶表示装置では、その外形寸法に対する表示画面寸法の比率をできるだけ大きくして、表示効率を高めることが要請されている。従って、面光源装置においても、その外形寸法に対する発光面寸法の比率をできるだけ大きくし、即ち発光面の周囲に枠状に存在する構造部分（「額縁」と呼ばれることがある）の寸法をできるだけ小さくすることが要求されている。
【０００６】
一方、面光源装置では、その薄型化も要請されており、この要請に応ずるために導光体の薄型化が必要である。導光体が薄型化（例えば厚さ０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度）するに従い、上記輝度均斉度の低下の特殊な形態として、導光体の光入射端面に近接した（例えば３ｍｍ程度以内）光出射面位置に対応して光入射端面と平行に周囲より明るい筋状の明部（輝線）が観察されることがある。即ち、一次光源から発せられた光が導光体の光入射端面と光出射面との境界をなす導光体稜線において二次的な光源として機能することによる影響が、面光源装置の発光面の輝度に現れるようになる。この影響は、主として光入射端面に近い領域に顕著に現れる。この現象は額縁幅が大きい場合には実際上は特に問題とならないが、上記のような小額縁幅の面光源装置では特にこの影響による輝度むらが視認されやすいという問題となる。この輝線による輝度均斉度低下の防止に、上記特許文献１〜３のような手法を採用すると、輝線発生のみならずその周囲全体の輝度が低下しやすいという問題が生ずる。
【０００７】
一方、このような輝線による局所的に急激な輝度変化を防止するための手法として、特開平９−１９７４０４号公報（特許文献４）には、導光体の光入射端面の光出射面及びその反対側の面との境界をなすエッジにインクなどの遮光部材を付することが提案されている。
【０００８】
また、以上のような輝線の発生に伴って、隣接輝線間に、光入射端面と平行に周囲より暗い筋状の暗部（暗線）が観察されることがある。特開平８−２２７０７４号公報（特許文献５）には、このような暗線の発生を防止するための手法として、光入射端面から遠ざかるにしたがって光吸収率が徐々に低下する光吸収パターンを有する光吸収層を形成することが開示されている。
【０００９】
上記特許文献４の手法は、導光体光入射端面のエッジに遮光性部材を付するものであり、該遮光性部材の一部は光入射端面にもかかるので、該光入射端面から入射する光の一部が遮られることになり、その分だけ一次光源から導光体へ入射する光量が減少し、全体の輝度が低下し易くなるとともに、エッジ近傍から入射する光のうち遮光性部材がなければ導光する光も遮光されるため、表示エリアに暗線が発生し易くなるという問題点を有している。また、この手法は、エッジ近傍の微小領域に遮光性部材を付与するという高度の技術が必要な上、この遮光性部材を付与する工程が必要となり、コストアップは避けられない。また、エッジに付与した遮光性部材はその取扱い或いは経年変化により脱落することがある等の問題がある。
【００１０】
さらに、上記特許文献５の手法では、光吸収パターンとしてドット状パターン等のパターンを採用しているが、この場合、部分的に光を吸収しない領域が存在し、この領域での遮光が不十分となるので、輝線が観察されてしまうなどの問題がある。
【特許文献１】実公昭４０−２６０８３号公報
【特許文献２】実開昭６０−６０７８８号公報
【特許文献３】実開昭６２−１５４４２２号公報
【特許文献４】特開平９−１９７４０４号公報
【特許文献５】特開平８−２２７０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、以上のような技術的課題を解決することにあり、とりわけ、エッジライト方式の面光源装置において一次光源と組み合わせて正反射傾向の強い光源リフレクタを用いた場合においても、一次光源から到来し光入射端面に入射して導光体内へと導入される光が遮られることがなく、全体の輝度を低下させたり本来導光すべき光を遮蔽することによる暗線の発生を引き起こしたりすることなしに、長期にわたって光入射端面の近傍における輝線の発生を防止する手段を、特段の導光体製造工程を追加することなしに提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記の課題を解決するものとして、
一次光源と組み合わせて面光源装置を構成するのに使用され、前記一次光源から発せられる光を導光する面光源装置用導光体であって、
前記一次光源から発せられる光が入射する光入射端面及び導光される光が出射する光出射面及び該光出射面の反対側の裏面を有しており、
前記光出射面および裏面の少なくとも一方に、前記光入射端面に沿って延在する複数の鋸刃状プリズム列が形成されており、前記鋸刃状プリズム列が形成されている領域は前記光入射端面に隣接する幅５０μｍ〜５００μｍの領域であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記導光体の前記光入射端面における厚みは反対側の側端面における厚み以上であり、前記鋸刃状プリズム列は前記光入射端面に近い側の鋸刃第１プリズム面と前記光入射面から遠い側の鋸刃第２プリズム面とを有しており、前記光出射面に対する前記裏面のなす角をδとし、前記導光体の屈折率をｎとして、前記鋸刃第１プリズム面が前記光入射端面に対し０度以上ｃｏｓ−１（１／ｎ）−ｓｉｎ−１（１／ｎ）−２δ度以下の角度をなしており、前記鋸刃第２プリズム面が前記鋸刃第１プリズム面と３０度以上５０度以下の角度をなしている。
【００１４】
本発明の一態様においては、前記鋸刃状プリズム列の配列ピッチは１０μｍ以上２５０μｍ以下である。本発明の一態様においては、前記鋸刃状プリズム列の配列ピッチは、前記光入射端面から離れるに従って漸減する。本発明の一態様においては、前記鋸刃状プリズム列は、該鋸刃状プリズム列が形成された前記光出射面または裏面から突出していない。
【００１５】
また、本発明によれば、以上のような面光源装置用導光体と、その光入射端面に対向して配置された一次光源と、前記導光体の光出射面上に配置された光偏向素子とを有することを特徴とする面光源装置、が提供される。
【００１６】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子は、その入光面に前記導光体の光入射端面に沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のプリズム列を備えており、該プリズム列のそれぞれは前記導光体の光出射面からの光が入射する第１のプリズム面と入射した光が内面反射される第２のプリズム面とを有する。
【発明の効果】
【００１７】
以上のような本発明によれば、導光体の光出射面および裏面の少なくとも一方において、光入射端面に隣接する幅５０μｍ〜５００μｍの領域に、光入射端面に沿って延在する複数の鋸刃状プリズム列を形成したことで、一次光源から到来し光入射端面に入射して導光体内へと導入される光が遮られることがなく、一次光源から導光体へ入射する光量の減少がなく即ち全体の輝度を低下させたり本来導光すべき光を遮蔽することによる暗線の発生を引き起こしたりすることなしに、長期にわたって光入射端面の近傍における輝線の発生を防止することができる。
【００１８】
また、この鋸刃状プリズム列は導光体製造用の射出成形型の加工によって容易に付加することができ、特段の製造工程を追加することを要しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は本発明による導光体を用いた面光源装置の一つの実施形態を示す模式的斜視図であり、図２はその部分断面図である。尚、これらの図には、面光源装置と組み合わせて使用される透過型液晶表示素子も図示されている。
【００２１】
図１および図２に示されているように、本実施形態の面光源装置は、少なくとも一つの側端面を光入射端面３１とし、これと略直交する一つの主面を光出射面３３とする導光体３と、この導光体３の光入射端面３１に対向して配置され光源リフレクタ２で覆われた線状の一次光源１と、導光体３の光出射面３３上に配置された光偏向素子４と、導光体３の光出射面３３とは反対側の裏面３４に対向して配置された光反射素子５とを含んで構成されている。
【００２２】
導光体３は、ＸＹ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ＹＺ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端面３１とする。光入射端面３１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端面３１に入射し導光体３内へと導入される。本発明においては、例えば、光入射端面３１とは反対側の側端面３２等の他の側端面にも光源を対向配置してもよい。
【００２３】
導光体３の光入射端面３１に略直交した２つの主面は、それぞれＸＹ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３３となる。
【００２４】
図３は、導光体３の模式的平面図であり、導光体３を光出射面３３の側から見た図である。この光出射面３３の光入射端面３１と接する位置から距離Ｗ（すなわち幅Ｗ）にわたって複数の鋸刃状プリズム列３５が形成されている。この鋸刃状プリズム列３５は、その稜線がＹ方向に略平行（すなわち光入射端面３１に略平行）となるように配置される。
【００２５】
図４は、導光体３の部分拡大断面図であり、特に鋸刃状プリズム列３５の形成された光出射面３３の領域の部分を拡大して示すものである。各鋸刃状プリズム列３５のＸＺ断面形状は、図４に示されるように、光入射端面３１に近い側にあるプリズム面（以下、鋸刃第１プリズム面と呼ぶ）３５ａと光入射端面３１から遠い側にあるプリズム面（以下、鋸刃第２プリズム面と呼ぶ）３５ｂとからなる鋸刃状である。鋸刃第１プリズム面３５ａは光入射端面３１と角度βをなしており、鋸刃第２プリズム面３５ｂは鋸刃第１プリズム面３５ａと角度γをなしている。ここで、鋸刃状プリズム列とは、光出射面３３に対する光入射端面３１に近い側のプリズム面の傾斜角（９０°−β）が、導光体表面３３の鋸刃状プリズム列の形成されていない領域に形成される後述の光出射機構の凹凸構造の平均傾斜角に比べて十分に大きな角度をなすプリズム列である。
【００２６】
光出射面３３の鋸刃状プリズム列３５が形成された領域を除いた領域には、粗面やレンズ列形成面からなる指向性光出射機構を付与することによって、光入射端面３１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３３から光入射端面３１および光出射面３３に直交する面（ＸＺ面）内において指向性のある光を出射させる。このＸＺ面内分布における出射光光度分布のピークの方向（ピーク光）が光出射面３３となす角度をαとする。角度αは例えば１０〜４０度であり、出射光光度分布の半値全幅は例えば１０〜４０度である。レンズ列形成面は、たとえば光入射端面３１と平行に延びた複数のプリズム列やレンチキュラーレンズ列を所要ピッチで配列してなる面である。
【００２７】
導光体３の表面に形成する粗面やレンズ列形成面は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜１５度の範囲のものとすることが、光出射面３３内での輝度の均斉度を図る点から好ましい。平均傾斜角θａは、さらに好ましくは１〜１２度の範囲であり、より好ましくは１．５〜１１度の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体３の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）すなわちＸ方向寸法との比（Ｌ／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Ｌ／ｔが２０〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａ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２０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを７〜１２度とすることが好ましく、さらに好ましくは８〜１１度の範囲である。
【００２８】
導光体３に形成される粗面の平均傾斜角θａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４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）から次の式（１）および式（２）
Δａ＝（１／Ｌ）∫０Ｌ｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ  ・・・  （１）
θａ＝ｔａｎ−１（Δａ）  ・・・  （２）
を用いて求めることができる。ここで、Ｌは測定長さであり、Δａは平均傾斜角θａの正接である。
【００２９】
さらに、導光体３としては、その光出射率が０．５〜５％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは１〜３％の範囲である。これは、光出射率が０．５％より小さくなると導光体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、光出射率が５％より大きくなると一次光源１の近傍で多量の光が出射して、光出射面３３内でのＸ方向における出射光の減衰が著しくなり、光出射面３３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の光出射率を０．５〜５％とすることにより、光出射面から出射する光の出射光光度分布（ＸＺ面内）におけるピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０〜８０度の範囲にあり、光入射端面と光出射面との双方に垂直なＸＺ面における出射光光度分布（ＸＺ面内）の半値全幅が１０〜４０度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、高い輝度を有する面光源装置を提供することができる。
【００３０】
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３３の光入射端面３１側の端縁での出射光の光強度（Ｉ０）と光入射端面３１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、次の式（３）
Ｉ＝Ｉ０（Ａ／１００）［１−（Ａ／１００）］Ｌ／ｔ  ・・・  （３）
のような関係を満足する。ここで、定数Ａが光出射率であり、光出射面３３における光入射端面３１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（百分率：％）である。この光出射率Ａは、縦軸に光出射面３３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。
【００３１】
なお、本発明では、上記のようにして光出射面３３に光出射機構を形成する代わりに或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構を付与してもよい。
【００３２】
また、指向性光出射機構が付与されていない主面である裏面３４は、導光体３からの出射光の一次光源１と平行な面（ＹＺ面）での指向性を制御するために、光入射端面３１を横切る方向に、より具体的には光入射端面３１に対して略垂直の方向（Ｘ方向）に延びる多数のプリズム列を配列したプリズム列形成面とされている。
【００３３】
図１に示したように、導光体３の裏面３４にレンズ列を形成する場合、そのレンズ列としては略Ｘ方向に伸びたプリズム列、レンチキュラーレンズ列、Ｖ字状溝等が挙げられるが、ＹＺ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く、より好ましくは衝撃等によるプリズム先端部の欠損等の危険性を避ける目的でプリズム頂部に平坦部あるいは曲面部を形成する。
【００３４】
本発明において、導光体３の裏面３４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８０〜１４０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からの出射光を適度に集光させることができ、面光源装置としての輝度の向上を図ることができるためである。
【００３５】
また、プリズム列の配列ピッチとして５０μｍが例示されるが、プリズム列の配列ピッチをたとえば１０〜３００μｍの範囲、好ましくは３０〜１５０μｍの範囲とすることができる。
【００３６】
本実施形態においては、導光体３の全体的形状は平行平板状である。ここで、導光体の全体的形状をいう場合には、表面３３として、鋸刃状プリズム列３５の形成されていない領域の形状を鋸刃状プリズム列３５の形成されている領域まで延長したものを想定する。また、鋸刃状プリズム列３５の形成されていない領域の形状は、粗面やレンズ列形成面からなる指向性光出射機構などの凹凸構造の頂部を通る平坦面（即ち外接平坦面）であるとする。同様に、裏面３４の形状は、レンズ列形成面の凹凸構造などの頂部を通る平坦面（即ち外接平坦面）であるとする。この定義に従えば、本実施形態では、鋸刃状プリズム列３５は、図４に示されているように、光出射面３３から突出している。
【００３７】
但し、本発明においては、導光体３の全体的形状としては、図１および図２に示したような平行平板形状に限定されるものではなく、光入射端面３１における厚みが反対側の側端面３２における厚みより厚いくさび状等の種々の形状が使用できる。
【００３８】
光偏向素子４は、導光体３の光出射面３３上に配置されている。光偏向素子４の２つの主面４１，４２は全体として互いに平行に配列されており、それぞれ全体としてＸＹ面と平行に位置する。主面４１，４２のうちの一方（導光体３の光出射面３３側に位置する主面）は入光面４１とされており、他方が出光面４２とされている。出光面４２は、導光体３の光出射面３３と平行な平坦面とされている。入光面４１は、多数のＹ方向に延びるプリズム列が互いに平行に配列されたプリズム列形成面とされている。プリズム列形成面は、隣接するプリズム列の間に比較的幅の狭い底部平坦部（例えば、プリズム列のＸ方向寸法と同程度あるいはそれより小さい幅の平坦部）を設けてもよいが、光の利用効率を高める点からは底部平坦部を設けることなくプリズム列をＸ方向に連続して配列することが好ましい。
【００３９】
図５に、光偏向素子４による光偏向の様子を模式的に示す。この図は、ＸＺ面内での導光体３からのピーク光（出射光分布のピークに対応する光）の進行方向の一例を示すものである。導光体３の光出射面３３から角度αで斜めに出射されるピーク光は、プリズム列の第１のプリズム面へ入射し第２のプリズム面により内面全反射されてほぼ出光面４２の法線の方向に出射する。また、ＹＺ面内では、上記のような導光体裏面３４のプリズム列の作用により広範囲の領域において出光面４２の法線方向の輝度の十分な向上を図ることができる。光偏向素子４のプリズム列のプリズム面の形状は、単一平面に限られず、例えば断面凸多角形状または凸曲面形状とすることができ、これにより、高輝度化、狭視野化を図ることができる。
【００４０】
光偏向素子４においては、所望のプリズム形状を精確に作製し、安定した光学性能を得るとともに、組立作業時や光源装置としての使用時におけるプリズム頂部の摩耗や変形を抑止する目的で、プリズム列の頂部に頂部平坦部あるいは頂部曲面部を形成してもよい。この場合、頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は、３μｍ以下とすることが、面光源装置としての輝度の低下やスティキング現象による輝度の不均一パターンの発生を抑止する観点から好ましく、より好ましくは頂部平坦部あるいは頂部曲面部の幅は２μｍ以下であり、さらに好ましくは１μｍ以下である。
【００４１】
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。この場合、一次光源１は、図１に示したように、導光体３の一方の側端面に対向して設置する場合だけでなく、必要に応じて反対側の側端面にもさらに設置することもできる。
【００４２】
光源リフレクタ２は一次光源１から発せられる光をロスを少なくして導光体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。図示されているように、光源リフレクタ２は、光偏向素子４を避けて、光反射素子５の端縁部外面から一次光源１の外面を経て導光体３の光出射面端縁部へと巻きつけられている。他方、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の外面を経て光偏向素子４の出光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の光入射端面３１以外の側端面に付することも可能である。
【００４３】
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のような正反射傾向の強いもの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３４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。
【００４４】
本発明の導光体３及び光偏向素子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、メタクリル樹脂、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、塩化ビニ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８０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の粗面等の表面構造やプリズム列又はレンチキュラーレンズ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、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、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上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）アクリル化合物、ビニル化合物、（メタ）アクリル酸エステル類、アリル化合物、（メタ）アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
【００４５】
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及び光反射素子５を含んでなる面光源装置の発光面（光偏向素子５の出光面４２）の上方に、図１および図２に示すように透過型の液晶表示素子８を配置することにより、本発明の面光源装置をバックライトとした液晶表示装置が構成される。液晶表示素子８は入射面８１および出射面８２を有する。面光源装置の発光面から発せられた光は、液晶表示素子８の入射面８１に入射し、液晶表示素子８にて画像情報信号に応じた光学的変調を受けて、画像光として出射面８２から出射する。液晶表示装置は、図１および図２における上方から観察者により観察される。
【００４６】
次に、以上のように形成された本実施形態の面光源装置における導光体３からの光出射について説明する。
【００４７】
図６は、鋸刃状プリズム列が形成されていない従来の導光体を用いた面光源装置のＸＺ部分断面図であり、参考のために示すものである。この場合、一次光源１から発せられた光の一部ａは直接或いはリフレクタ２により反射され導光体３の光入射端面３１に入射し導光体３内を全反射されつつ導光される。これを、以下、導光モードと呼ぶ。この参考例では、光入射端面３１から入射する全ての光が導光モードの光となる。この導光モードの光は、導光体３をくさび形状としたり、光出射面３３や裏面３４の表面状態を制御して光出射機構を形成したりすることにより、導光体から出射される。一方、導光体３の光出射面３３とリフレクタ２との間には機械的精度に応じた隙間を生じることがある。この場合、一次光源１から発せられた光の一部ｂはリフレクタ２により反射され、この隙間に入り込み、導光体３の光出射面３３より入射し導光体内を伝播する。この光は全反射条件を満足せず導光モードとならず最初の反射面である裏面３４よりフレネル式に従い一部が出射する。出射しなかった光は反射され、同様にフレネル式に従い光出射面３３より一部の光が出射する。以降これを繰り返し漏光しながら導光体３内を伝播していくことになる。この経路での入射光の多くは光入射端面３１近傍から入射することになり、これが輝線を形成することになる。
【００４８】
図７は鋸刃状プリズム列３５を形成した本発明の導光体３を用いた上記面光源装置のＸＺ部分断面図であり、図８はその部分拡大図であり鋸刃状プリズム列３５の近傍を示す図である。この場合、輝線の原因となる光を含む光、すなわち導光体３の光出射面３３の鋸刃状プリズム列形成領域とリフレクタ２との間の隙間に入り込み鋸刃状プリズム列形成領域に入射する光は、次のように振る舞う。一つは、最初に鋸刃状プリズム列３５の鋸刃第２プリズム面３５ｂに入射した光であり、この光は図８の光線ｃに示すような経路となり、ほとんどが導光体３の光入射端面３１に向かう光となり、輝線を生ずる光とはならない。また、鋸刃第１プリズム面３５ａに入射した光の一部（光線ｂ）は鋸刃第２プリズム面３５ｂにて反射され裏面３４に向かうことになるが、上記図６の参考例の場合に比べ光入射端面３１に近い位置において裏面３４で反射されることになる。この反射光は光出射面３３から出射するがその出射位置も図６の参考例の場合に比べ光入射端面３１に近い位置となる。即ち、最も強い輝線の現れる位置は光入射端面３１側にシフトする。このため、この出射光をリフレクタ２或いは額縁により遮蔽し、表示領域からは出射させないようにすることが容易になり、かくして輝線として観察されないようにすることができる。尚、鋸刃第１プリズム面３５ａより入射した光のうちの他の一部（光線ｅ）は鋸刃第２プリズム面３５ｂには当らずそのまま導光体３内を進むことになる。この光は導光モードの光であり、輝線発生には関係しない。
【００４９】
ここで、鋸刃状プリズム列３５の幅Ｗを大きくすれば、より高い輝線発生防止効果を得られるが、全体の輝度低下が発生する傾向にある。幅Ｗを光入射端面３１での導光体厚さｄの０．４倍以下、場合によっては０．２倍以下とすれば輝線抑制効果が得られ、導光体厚さｄによらず５００μｍ以下であれば輝線が実質上認識されない良好な輝度分布を得られる。一方、この幅Ｗを小さくし過ぎると、鋸刃状プリズム列３５に入らず直接光出射面３３の他の領域に入射する光が増加し輝線抑制効果が薄れることになる。幅Ｗをリフレクタ２と光出射面３３との間の隙間以上の寸法とすることで輝線が認識されない良好な輝度分布を得ることができ、機械寸法精度を考慮すれば幅Ｗを５０μｍ以上とすることで輝線抑制効果を得られる。なお、光入射端面３１での導光体厚さｄは、通常０．３〜６ｍｍである。
【００５０】
また、鋸刃状プリズム列３５の配列のピッチは、導光体製造に使用される成形用金型の加工精度及び成形時の転写性等から、１０μｍ以上とするのが好ましい。一方、輝線低減効果を得るには鋸刃状プリズム列が複数配列されている必要があることから、上記幅Ｗの範囲の上限値との関係で、ピッチは２５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以下である。
【００５１】
鋸刃状プリズム列３５の角度βは、導光体３の屈折率をｎとした場合、０度以上ｃｏｓ−１（１／ｎ）−ｓｉｎ−１（１／ｎ）度以下であるのが好ましい。その理由を、図９を参照して説明する。図９において、鋸刃第１プリズム面３５ａに入射し導光体内を伝播する光が鋸刃第１プリズム面３５ａの法線方向となす角をθとし、上述のように鋸刃第１プリズム面３５ａと光入射端面３１とのなす角をβとすれば、導光体内を伝播する光の光入射端面法線となす角度はθ＋βとなる。
【００５２】
この光が導光体裏面３４で正反射されることで生ずる反射光が導光体光出射面３３の法線方向となす角をθ’とする。θ’が臨界角以上となり、光が光出射面３３から外に漏出しない時の条件（即ち、導光モードの光［図８に示される光線ｅ参照］となる条件）は、
θ’≧ｓｉｎ−１（１／ｎ）
となる。この式を変形して、
９０°−（θ＋β）≧ｓｉｎ−１（１／ｎ）
（θ＋β）≦９０°−ｓｉｎ−１（１／ｎ）＝ｃｏｓ−１（１／ｎ）
β≦ｃｏｓ−１（１／ｎ）−θ
が得られる。
【００５３】
一方、鋸刃第１プリズム面３５ａから導光体内に入射した光の鋸刃第１プリズム面３５ａの法線方向となす角θの最大値はθ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）であり、この光が出射面３３から漏光しなければ鋸刃第１プリズム面３５ａに入射する全ての光が光出射面３３からは漏出しないことになる。ここでもし、漏光を生じる光が存在してしまうと輝線発生の原因となる。
【００５４】
従って、鋸刃第１プリズム面３５ａから入射する光が光出射面３３から漏光しない為のβの条件は、
０≦β≦ｃｏｓ−１（１／ｎ）−ｓｉｎ−１（１／ｎ）
となる。
【００５５】
尚、以上の説明は、光出射面３３と裏面３４とが互いに平行である場合についてのものである。光入射端面３１における厚みが反対側の側端面３２における厚みより大きいくさび状の導光体の場合には、光出射面３３に対する裏面３４のなす角度（くさび角）をδとして、同様な考察により、上記条件は
０≦β≦ｃｏｓ−１（１／ｎ）−ｓｉｎ−１（１／ｎ）−２δ
となる。光出射面３３と裏面３４とが互いに平行である場合には、δ＝０°である。
【００５６】
この式におけるｎおよびδの具体的数値の変化に応じたβの上限（βＵＬ）＝ｃｏｓ−１（１／ｎ）−ｓｉｎ−１（１／ｎ）−２δの具体的数値の変化を示せば、
（ａ）δ＝０°
（ａ１）ｎ＝１．５０      の時、βＵＬ＝６．３８    
（ａ２）ｎ＝１．５５      の時、βＵＬ＝９．６４    
（ａ３）ｎ＝１．６０      の時、βＵＬ＝１２．６４    
（ｂ）δ＝０．５°
（ｂ１）ｎ＝１．５０      の時、βＵＬ＝５．３８    
（ｂ２）ｎ＝１．５５      の時、βＵＬ＝８．６４    
（ｂ３）ｎ＝１．６０      の時、βＵＬ＝１１．６４    
（ｃ）δ＝１．０°
（ｃ１）ｎ＝１．５０      の時、βＵＬ＝４．３８    
（ｃ２）ｎ＝１．５５      の時、βＵＬ＝７．６４    
（ｃ３）ｎ＝１．６０      の時、βＵＬ＝１０．６４    
（ｄ）δ＝１．５°
（ｄ１）ｎ＝１．５０      の時、βＵＬ＝３．３８    
（ｄ２）ｎ＝１．５５      の時、βＵＬ＝６．６４    
（ｄ３）ｎ＝１．６０      の時、βＵＬ＝９．６４    
となる。
【００５７】
鋸刃状プリズム列３５の角度γは、３０度以上５０度以下特に４５度近傍であるのが好ましい。その理由を、図１０を参照して説明する。図１０に示されているように、角度γは、主として鋸刃第１プリズム面３５ａに入射した光を裏面３４により反射させ、この反射位置ひいては光出射面３３への到達位置を光入射端面３１の近くへとシフトさせるシフト量に寄与する。光出射面３３への光の到達位置に輝線が発生する。γが大きい場合には、従来の輝線発生位置からのシフト量が小さくなり、本発明の効果が小さくなる。γが４５度近傍の場合には、従来の輝線発生位置からのシフト量が十分に大きくなる。一方、γが小さくなると、射出成形により導光体を製造するに際して樹脂の型内部への充填が不十分になり形状を正確に転写出来難くなる。また、鋸刃状プリズム列３５の先端角度が小さくなると先端部の強度が低下し損傷等が発生しやすくなる。
【００５８】
図１１は本発明による導光体の別の実施形態を示す模式的断面図である。本実施形態では、導光体３の光出射面３３ではなく裏面３４に鋸刃状プリズム列３５が形成されている。鋸刃状プリズム列が形成されていないとした場合に導光体３の裏面３４から入射した光の一部が導光体内を進む経路を破線で示している。この光は導光モードではないため、光出射面３３より一部が出射し非常に強い輝線として観測される。一方、本発明実施形態のように、鋸刃状プリズム列３５が裏面３４に形成されていることにより、上記実施形態で説明したと同様に、導光体３内での伝播角が変わり、光出射面３３より出射する位置は光入射端面３１の側にシフトする。かくして、この光をリフレクタ２あるいは図示しない額縁により遮り、表示領域では視認されないようにすることが容易になる。
【００５９】
以上の実施形態では、鋸刃状プリズム列３５が光出射面３３の他の領域より突出している例が示されている。このような場合、バックライトの組み立て作業時に鋸刃状プリズム列を破損する可能性もある。このような破損の可能性を低減するために、図１２に示されているように、鋸刃状プリズム列３５を、該鋸刃状プリズム列が形成された光出射面３３（または裏面３４）から突出させないようにすることができる。具体的にいえば、鋸刃状プリズム列３５のプリズム頂部が光出射面３３（または裏面３４）の他の領域の面より突出させない配置とするのである。
【００６０】
また、以上の実施形態では鋸刃状プリズム列が等ピッチにて配列されている例が示されているが、本発明はそのような形態に限定されない。すなわち、本発明においては、鋸刃状プリズム列形成領域とそれ以外の領域との境界をぼかすために、光入射端面３１から離れるに従って鋸刃状プリズム列の配列ピッチを漸減するように形成してもよい。この場合にも輝線低減効果を得ることが出来る。
【００６１】
以上の実施形態では、導光体３の光出射面３３または裏面３４に鋸刃状プリズム列３５を形成した例が示されているが、本発明においては、導光体３の光出射面３３および裏面３４の双方に鋸刃状プリズム列３５を形成してもよい。この場合、より高い輝線低減効果を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による面光源装置の実施形態を示す模式的斜視図である。
【図２】図１の面光源装置の部分断面図である。
【図３】導光体の模式的平面図である。
【図４】導光体の鋸刃状プリズム列形成領域を示す部分拡大断面図である。
【図５】光偏向素子による光偏向の様子を示す模式図である。
【図６】従来導光体における光伝播を説明するための図である。
【図７】本発明の導光体における光伝播を説明するための図である。
【図８】本発明の導光体における光伝播を説明するための詳細図である。
【図９】本発明の導光体における鋸刃状プリズム列の機能を説明するための図である。
【図１０】本発明の導光体における鋸刃状プリズム列の機能を説明するための図である。
【図１１】本発明の導光体の別の実施形態における光伝播を説明するための図である。
【図１２】本発明の導光体の別の実施形態における鋸刃状プリズム列形成領域を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    一次光源
２    光源リフレクタ
３    導光体
３１    光入射端面
３２    側端面
３３    光出射面
３４    裏面
３５    鋸刃状プリズム列
３５ａ    鋸刃第１プリズム面
３５ｂ    鋸刃第２プリズム面
４    光偏向素子
４１  入光面
４２  出光面
５    光反射素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008262742.tif 000008
【図７】
2008262742.tif 000009
【図８】
2008262742.tif 000010
【図９】
2008262742.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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