(57)【要約】【課題】高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得る。【解決手段】本発明にかかる光源チップ２の発光面を中心として、同一円周上に凹凸プリズム４を円弧配列し、光入射部６を光源チップ２の発光面から出射される面発光に対して扇型に配光させるシリンドリカルレンズ形状に形成すると共に、さらにこのシリンドリカルレンズ形状に微細な波型プリズム、Ｖプリズム、一軸拡散面を重畳させる。【選択図】  図１
2004241323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源チップと導光板とを備え、この導光板は、当該光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、当該プリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有する面状光源であって、
前記プリズム面は、前記光源チップの発光面の略中央部を中心点とする同心状に配列された孤立プリズム、若しくは連続して周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムからなり、
前記光入射部は、前記光源チップから入射された光を前記導光板の出射面と平行をなす面内方向の出射角に対する輝度が略等しくなるように変換するシリンドリカルレンズが形成され、該シリンドリカルレンズ上には前記導光板の出射面の側から見て、微細凹凸パターンが重畳されていることを特徴とする面状光源。
【請求項２】
連続して周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムは、当該凹凸プリズムの断面形状が凸面を基準として、当該凹凸プリズムの隣接する凸面を結んだ仮想面に対する、前記光入射部と対向する側の面の傾きが４０°以上４８°以下であることを特徴とする請求項１記載の面状光源。
【請求項３】
前記シリンドリカルレンズは、前記出射面側から見た平面上の形状が円弧、若しくは非球面プロファイルをなすことを特徴とする請求項１乃至２いずれかに記載の面状光源。
【請求項４】
前記微細凹凸パターンは、ピッチ０．２ｍｍ以下、Ｐ−Ｖ値０．１ｍｍ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状光源。
【請求項５】
前記微細凹凸パターンがＶ字パターン、鋸刃パターン、台形パターン、正弦波パターンから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の面状光源。
【請求項６】
前記微細凹凸パターンが前記導光板の平面方向のみに拡散性を持ち、前記導光板の厚み方向には拡散性を持たない一軸拡散面であり、当該一軸拡散面の拡散方向に走査させた時の粗さがＲｔ１μｍ〜５０μｍ、Ｒａ０．１μｍ〜５μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載の面状光源。
【請求項７】
前記中心点を通り、前記発光面の法線方向に平行な線を中央軸線とすると、該中央軸線に対して前記出射面の側から見て、複数個の光源チップを軸対称に並設させたことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の面状光源。
【請求項８】
光源チップと導光板とからなり、この導光板は、前記光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、このプリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有する面状光源であって、
前記プリズム面は、前記光源チップの発光面の略中央部を中心点とする連続し、同心状に周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムからなり、
この凹凸プリズムの断面形状は、凸面を基準として、当該凹凸プリズムの隣接する凸面を結んだ仮想面に対する、前記光入射部と対向する側の面の傾きが４０°以上４８°以下であると共に、
前記中心点を通り、前記発光面の法線方向に平行な線を中央軸線とすると、前記光源チップ発光面は、当該中央軸線に対して１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲から前記光が出射され、
前記中心点から前記凹凸プリズムまでの距離の最大値が６５ｍｍ以下であることを特徴とする面状光源。
【請求項９】
前記光源チップとして、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を複数個、並設させたことを特徴とする請求項８記載の面状光源。
【請求項１０】
光源チップと導光板と光制御シートからなり、この導光板は、前記光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、このプリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有し、前記光制御シートは、前記導光板上に配設され、前記出射面から出射した光を入射する面状光源であって、
前記プリズム面は、前記光源チップの発光面の略中央部を中心点とする連続し、同心状に周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムからなり、
この凹凸プリズムの断面形状は、凸面を基準として、当該凹凸プリズムの隣接する凸面を結んだ仮想面に対する、前記光入射部と対向する側の面の傾きが４０°以上４８°以下であると共に、
前記光制御シートは、一面が平面であり、これと対向する面を光制御面とし、
この光制御面は、Ｖ字状のプリズムと平坦部を組み合わせた同一ピッチの繰り返し構造とし、当該Ｖ字状のプリズムと平坦部の和に対する平坦部の面積比率が７０％以下であり、当該Ｖ字状のプリズムは当該平坦部に対する傾きが１０°以上３０°以下の二等辺三角形状であることを特徴とする面状光源。
【請求項１１】
光源チップと導光板とを備え、この導光板は、当該該光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、当該プリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有する面状光源であって、
前記プリズム面は、光源チップの発光面の略中央部を中心点とする同心状に配列された非連続形状又は連続形状のプリズムからなり、
前記光入射部は、前記光源チップから入射された光を前記導光板の出射面と平行をなす面内方向の出射角に対する輝度が略等しくなるように変換する第１の形状と、前記光源チップから入射された光を拡散する第２の形状が形成されていることを特徴とする面状光源。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の面状光源を備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、小型の液晶表示パネルに用いられる面状光源に関し、特に、液晶表示パネルをその背面側から光照射するバックライトの面状光源とそれを用いた液晶表示装置に関する。
【従来の技術】
近年、情報通信の高速化やＩＴ化に伴い、比較的小型の携帯情報端末が民生向け商品として急速に市場に浸透しつつある。その代表的なものに携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、スマートフォンがあり、これら携帯情報端末の基幹デバイスとして液晶表示装置が使われる。その中でも、カラー表示可能なＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型液晶、ＴＦＤ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｄｉｏｄｅ）型液晶が従来の主流であったモノクロ液晶に急速に置き換わりつつあり、より高精細で小型、省電力、低コストなものが求められている。液晶表示装置自身は発光性を持たないために、バックライト或いはフロントライトと呼ばれる照明ユニットが付属され、この照明ユニットと液晶表示装置内部に設けられたカラーフィルターの組合せによって初めて色表示が可能となる。また、液晶表示装置内部は画素数に応じて区切られている。更にこの画素はＲＧＢのサブピクセルに区切られ、アクティブ型ではトランジスタから電圧を加えることによって液晶に旋光性を生じさせ、これを変調させることによってサブピクセルに対応した色表示が可能となる。バックライトは透過型或いは半透過型液晶に用いられ、文字通り液晶の背面側から照射する。そして、その照射光が液晶表示装置内のカラーフィルタを透過することによって色表示が可能となる。また、フロントライトは反射型液晶に用いられ、液晶表示装置の前面側から照射することによって、液晶内の反射電極前面に設けられたカラーフィルターを透過し、さらに反射電極で反射した後、再びカラーフィルターを通過することによって、色表示が可能となる。
【０００２】
これらの照明ユニットは、一般に、導光板と呼ばれる透明プラスチック製の面状発光体を冷陰極蛍光管やＬＥＤなどを用いて照射する構造をなしている。特に、携帯電話やＰＤＡでは、屋外で使うモバイルユースとして低消費電力化も然ることながら、通信時の電気ノイズの問題からＬＥＤが主として使われる傾向にある。このＬＥＤは、液晶カラー表示の色演出性や表示品位を損ねないようにするために、白色のものが使われる。従来、赤色、緑色、青色の、所謂ＲＧＢ３原色のＬＥＤを組み合わせて白色を発光させていたが、最近では、日亜化学工業社製に代表されるＧａＮ系青色ＬＥＤ素子から発する青色光をパッケージに塗布したＹＡＧ系蛍光体に照射させて、１つのチップから白色光を得ることが可能とされる。
【０００３】
一般に、携帯電話では、対角長が２インチ前後の液晶が搭載され、これに対応して、表示パネル用照明ユニットの導光板も略同サイズである。そして、この表示パネル用ユニットに使用されるＬＥＤは、２個から、多いものでは４個となる。また、ＰＤＡには、対角長が３〜４インチサイズの液晶が搭載され、同様に、これに対応して表示パネル用照明ユニットの導光板も略同サイズである。そして、ＰＤＡの表示パネル用照明ユニットに使用されるＬＥＤは、４個から、多いものでは６個となる。
【０００４】
液晶表示パネルの高精細化に伴って、照明ユニットから照射される光の透過する部分の面積、即ち、開口率は狭まり、これに対応してバックライト、フロントライトとも年々高輝度化が求められている。このため、照明ユニット側の光利用効率を向上させる目的で、導光板のプリズム形状や光源配置など様々な工夫がなされている。
【０００５】
ＬＥＤから出射される光の導光板への入射方法としては、ＬＥＤを等ピッチで複数個配列して発光面を導光板の端面に向けて配置し、直接導光板へ入射する方法が多用される。この方法は、構造がシンプルである反面、導光板内での輝度むらが発生し易いという問題を抱えている。これはＬＥＤから発する光が円弧状、例えば図１１に示すＢＺ−５（国際照明委員会ではこの配光をＢＺ分類で定めており、完全拡散面から出射される光の強度は分類ＢＺ−５、式ではＩθ∝ＣＯＳθで表される）に近い配光特性を示し、出射角度に対する輝度を異にしているにも拘わらず、これに対向する導光板側のプリズムが直線状に形成されていることから、出射面との直交点を最大輝度として、この位置から離れるに従って極端に輝度が低下してしまうためである。このため、プリズムシート（或いはレンズシート）と呼ばれる光制御シートを導光板上に複数枚重ねて、導光板から出射される光を左右、上下方向に整列させているが、光の利用効率からは必ずしも望ましいとは言えない。また、コスト的にもこのプリズムシートは高価なものとなるばかりに留まらず、厚さが増すなど、様々な課題を抱える。
【０００６】
このような問題を解消するものとして、従来の直線状プリズムからなる導光板に代え、点状光源から放射状に出射する入射光と直交するように点状光源を中心として円弧状の凹凸プリズムを配置したプリズム形態とすることや、その凹凸プリズムを不連続の半円状、三角形状の拡散パターン素子とした導光板が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、導光板の光入射面にプリズムアレイを形成し、点光源から出た光を散乱させることによって、導光板の隅部分に光を届かせ、隅部分の輝度を向上させる技術も提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
国際公開第９８／１９１０５号パンフレット
【０００９】
【特許文献２】
特開平１０−１９９３１６号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載された面状光源によると、点状光源から放射状に出射する入射光と直交するように点状光源を中心として円弧状の凹凸プリズムを配置し、その長さ方向が点光源からの放射線に対してほぼ９０゜となると共に、各拡散パターン素子の面が点光源の方向を向くようにしたプリズム形態とすることや、その凹凸プリズムを不連続の半円状、三角形状の拡散パターン素子としたものが開示されている。しかしながら、この場合は点状光源からの全ての光が直交したプリズムで反射、偏向されることになり、点状光源から出射した光を極めて有効に活用できるものの、逆に同一状態で反射、偏向されるが故にその出射方向が揃ってしまう。即ち、導光板の出射面から出射される光はその出射角が極端に狭いものとなってしまう。この導光板を液晶表示パネルの背面に配置し、導光板から光を出射させた場合は出射角が狭いが故に、視野角が狭くなってしまい、液晶表示パネルの特定の位置では極端に明るいものの、見る角度が変化することによって、極端に暗いものになってしまう欠点がある。
【００１０】
ここで、図１３に、点状光源とこれを中心として円弧状の凹凸プリズムを形成した従来の面状光源の出射面における左右方向の輝度の出射角特性を示す。図１３において、横軸は出射角、縦軸は相対輝度を表す。図１３に示されるように、従来の面状光源は、光源近傍では比較的広がりを持って光が出射するものの、反光源側ではこの出射角が極端に狭まり、この差が液晶表示パネル上での画像の視認性を損ねてしまう。ここで、反光源側とは、面状光源において、光源を設けた部分と反対側の領域、即ち、光源から最も離れた領域をいう。また、左右方向とは方形状の液晶表示パネルを視覚した際の左右方向を指し、方形状が正方形の場合を除けば、円弧状プリズムの接線方向が支配的となる方形状の短手側の方向を指す。
【００１１】
更にはこの出射角の違いは上面に拡散機能を付加した場合、出射角の狭いもの程、同一ヘーズ値における輝度低下率が顕著となり、その結果として輝度分布の制御が困難なものとなってしまう。ここで、ヘーズ値は全光線透過率に対する拡散透過率の比率で表され、へーズ値が高いものほど透明性が損なわれ、擦りガラス状となって輝線等を効果的に消すことができる反面、光の直進性や透過率を損なうものである。
【００１２】
また、このような点状光源と円弧状の凹凸プリズムの構成では自ずと光源数が１個に限られ、点光源を３〜４個配置した構成の面状光源と比較して、光の利用効率は高いものの、その光量に限界があると共に、１つの光源から出射される光では導光板の隅部まで均一に照射することが困難である。
【００１３】
他方、特許文献２に記載された面状光源によれば、特許文献１に記載された面状光源と同様に光源近傍と反光源側での出射角の差が発生し、問題となる。また、発光素子チップからの出射角は、スリット開口部から１８０°の範囲で出射しているが、現実には図１１に示すように汎用の光源チップでは広範囲に渡って一定の輝度で出射することが難しい。
【００１４】
従って、本発明の目的は同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得ることができるようにした面状光源及びそれを用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる面状光源は、光源チップと導光板とを備え、この導光板は、当該光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、当該プリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有する面状光源であって、前記プリズム面は、前記光源チップの発光面の略中央部を中心点とする同心状に配列された孤立プリズム、若しくは連続して周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムからなり、前記光入射部は、前記光源チップから入射された光を前記導光板の出射面と平行をなす面内方向の出射角に対する輝度が略等しくなるように変換するシリンドリカルレンズが形成され、該シリンドリカルレンズ上には前記導光板の出射面の側から見て、微細凹凸パターンが重畳されているものである。即ち、孤立プリズム、若しくは連続して周期配列されたプリズムが光源チップの発光面を中心とした円弧状をなすことにより、光源チップからの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。従って、全ての光が同じ条件のもとで反射、偏向されることになり、有効に光が活用できる。また、光源近傍と反光源側での出射角の差は光源チップが実際には面発光となっており、これに起因して出射角に差が生じているものである。本発明では、光源チップの発光面の面発光に対して、光入射部にシリンドリカルレンズを形成させ、出射角に対する輝度が略等しくなるように扇型に光入射部で変換させて導光板内へ光を入光させることにより、この出射角の差をなくすことができる。また、シリンドリカルレンズに微細凹凸パターンを重畳させることにより、光軸がオフセットされ、出射角を広げることができる。
【００１５】
また、連続して周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムは、該凹凸プリズムの断面形状が凸面を基準として、該凹凸プリズムの隣接する凸面を結んだ仮想面に対する、光入射部と対向する側の面の傾きを４０°以上、４８°以下としたものである。この角度は製造上の許容されるばらつきを含んだものであり、望ましくはこの傾斜角を４４°前後に設定することによって、出射方向を法線方向に近づけてよりその輝度を高めることができる。
【００１６】
また、シリンドリカルレンズは前記出射面側から見た平面上の形状が円弧、若しくは非球面プロファイルをなすものであり、微細凹凸パターンは前記円弧、若しくは前記非球面プロファイルをカットオフさせた値がピッチ０．２ｍｍ以下、Ｐ−Ｖ値０．１ｍｍ以下の微細凹凸パターンである。或いは微細凹凸パターンがＶ字パターン、鋸刃パターン、台形パターン、正弦波パターンのいずれか、若しくはいずれかの組み合わせでも良い。或いは微細凹凸パターンが前記導光板の平面方向のみに拡散性を持ち、前記導光板の厚み方向には拡散性を持たない一軸拡散面であり、該一軸拡散面の拡散方向に走査させた時の粗さがＲｔ１μｍ〜５０μｍ、Ｒａ０．１μｍ〜５μｍの範囲が好適とされる。また、光源チップとして、ＬＥＤを複数個、並設させてもよい。
【００１７】
本発明にかかる他の面状光源は、光源チップと導光板とからなり、この導光板は、前記光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、このプリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有する面状光源であって、前記プリズム面は、前記光源チップの発光面の略中央部を中心点とする連続し、同心状に周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムからなり、この凹凸プリズムの断面形状は、凸面を基準として、当該凹凸プリズムの隣接する凸面を結んだ仮想面に対する、前記光入射部と対向する側の面の傾きが４０°以上４８°以下であると共に、前記中心点を通り、前記発光面の法線方向に平行な線を中央軸線とすると、前記光源チップ発光面は、当該中央軸線に対して１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲から前記光が出射され、前記中心点から前記凹凸プリズムまでの距離の最大値が６５ｍｍ以下である。
【００１８】
このように、本発明にかかる面状光源では、発光面の中心点に対し、発光エリアを左右に１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下の範囲で広げることによって、出射角を広げるものとした。この発光エリアの幅が１．５ｍｍ未満の場合は出射角を十分広げることが難しい。また、発光エリアの幅が２．５ｍｍを超えると光源近傍と反光源側での出射角の差が大きくなる。これによって光源チップの発光面から出射した光は、光入射部から導光板に入光されるが、この発光エリアの幅を広げることによって比較的容易に出射角を広げることができる。ここで、凹凸プリズムの最大値が６５ｍｍを超えた場合、反光源側での出射角を十分広げることが困難である。勿論、発光エリアの幅が２．５ｍｍを超えると出射角を広げることができるが、この場合は光源近傍の出射角も併せて広がるため、光源近傍と反光源側での出射角の差が大きくなる。
【００１９】
更に、この発光エリアを満足するように小型の光源チップを複数配設することによって、円弧状プリズムを配した導光板に対し複数個の光源チップが搭載可能となり、これによって出射光量を増加させることができる。
【００２０】
本発明にかかる他の面状光源は、光源チップと導光板と光制御シートからなり、この導光板は、前記光源チップからの光を入射する光入射部と、この光入射部から入射された光を反射、偏向させるプリズム面と、このプリズム面に入射した光を外部に出射する出射面とを有し、前記光制御シートは、前記導光板上に配設され、前記出射面から出射した光を入射する面状光源であって、前記プリズム面は、前記光源チップの発光面の略中央部を中心点とする連続し、同心状に周期配列された複数の円弧状の凹凸プリズムからなり、この凹凸プリズムの断面形状は、凸面を基準として、当該凹凸プリズムの隣接する凸面を結んだ仮想面に対する、前記光入射部と対向する側の面の傾きが４０°以上４８°以下であると共に、前記光制御シートは、一面が平面であり、これと対向する面を光制御面とし、この光制御面には、Ｖ字状のプリズムと平坦部を組み合わせた同一ピッチの繰り返し構造とし、当該Ｖ字状のプリズムと平坦部の和に対する平坦部の面積比率が７０％以下であり、当該Ｖ字状のプリズムは当該平坦部に対する傾きが１０°以上３０°以下の二等辺三角形状である。
【００２１】
このような構成では、導光板の出射面から出射された光は光制御シートの入射面に入光され、光制御面で光が制御されて出射面より出射する。光制御面は平坦部とＶ字状の頂角により構成され、平坦部の比率とＶ字状の頂角の角度とにより光を制御する。Ｖ字状の頂角部と平坦部の和に対する平坦部の法線方向の面積比率は２０％以上、７０％以下とされる。２０％未満であれば出射光が二方向に分かれてしまい、７０％を超えれば光は殆ど制御困難となる。また、Ｖ字状の頂角の角度は１３０°以上１７０°以下とされ、望ましくは１４０°以上１６０°以下である。この角度が１３０°以上とすることにより出射光がより集められやすくなり、１７０°以下とすることにより制御がさらに容易となる。本シートに入光された光は屈折率が１．５前後の材質であれば出射角が±１０°に広げられることになる。面内方向の光制御シートの配設方向は光源チップの発光面に対し、法線方向に光制御シートの稜線が平行になる、若しくは導光板の長手方向に平行、若しくは双方の中間的な配置でもよい。これは円弧状プリズムのプリズム稜線と平行方向の出射角が狭い問題を解消するために使用するものであり、長手方向に平行に配設する理由は導光板の投影形状が正方形の場合を除けば長手側が円弧状プリズムの平行方向が支配的になるためである。このように光制御シートを導光板上に配設することによって、効果的に出射角を広げることができる。また、光制御シートの光制御面をシートの入射面側に設けても、その効果に変わりはない。
【００２２】
上述した本発明にかかる面状光源は、好適には液晶表示装置において用いられる。特に、この面状光源をバックライトとして用いるとよい。この場合、導光板の下面即ちプリズム面側に反射シート、上面即ち出射面側に光制御シート、光制御シート上に拡散シートを順に並べて面状光源とし、その上部に両面に偏光板（位相差板含む）を設けた透過型液晶板に配置する。これによって、光源チップから出射された光は光入射部を通って導光板に入光し、導光板内を出射面、プリズム面間で繰り返し反射されて導光板内を伝播し、プリズム面上に形成された傾斜角によって出射面の法線方向に反射、偏向され出射面より出射する。プリズム面側には反射板シートが配設されており、導光板内を伝播する光は漏れなく出射面側から出射することになる。導光板の出射面から出射された光は光制御シートに入光し、光制御シートの光制御面にてその出射角は広げられる。更に光制御シートから出射した光は拡散シートで僅かながら拡散され、偏光板を介して液晶板を照明することにより、輝度が高く、出射角特性に優れたバックライト型の液晶表示パネルとして好適となる。
【００２３】
【発明の実施形態】
以下、本発明に従う実施形態を図面により具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、本図面中に記載のプリズム形状を説明する上で拡大して記載しており、実物の尺度とは異にするものである。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は本発明による面状光源の第１の実施形態を示すものであって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は右側面図、同図（ｃ）は背面図である。図１において、１はこの第１の実施形態の面状光源、２は光源チップ、２ａは発光面、３は導光板、３ｂは上面（出射面３ｃ）、３ｄは下面（プリズム面４ａ）、４はプリズム、６は光入射部（入射端面）である。
また、図２は図１（ａ）の中央軸線Ｓ上の断面図を示すものであり、３ｂは上面（出射面３ｃ）、３ｄは下面（プリズム面４ａ）、４はプリズム、４ｃはプリズム４の稜線、４ｄはプリズム４の谷線、３ｅは隣接するプリズム４の稜線４ｃをつないだ仮想平面、θ１は第１の傾斜角、θ２は第２の傾斜角である。
【００２５】
図１（ａ）〜（ｃ）において、面状光源１は、平面形状が略長方形をなす対角長５６ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの平板状の導光板３とＬＥＤなどに代表される光源チップ２とから構成されており、この導光板３の２つの端面が隣り合う角部に光入射部６が形成される。この光入射部６の中心に光源チップ２が配設されている。光源チップ２の発光面２ａは導光板３の光入射部６に対向しており、光源チップ２の発光面２ａから出射される光は、この光入射部６から導光板３内に入射する。ここで、光源チップ２の出射方向、即ち中央軸線Ｓは導光板３の略対角方向に向かうよう設定され、出射面３ｃから出射する光が面内で均一になるように適宜その方向が調整される。また、導光板３の下面３ｄには、図１（ｃ）に実線で示すように、この中央軸線Ｓに沿って複数のプリズム４が同心円状に形成されている（図１（ａ）では、破線で示す）。即ち、これらプリズム４は夫々、光源チップ２の発光面２ａ（中央軸線Ｓを通る中心点）を中心点Ｓｏとし、この中心点Ｓｏを共通の中心とした円弧状の連続した同一ピッチの形状を有する周期配列されたプリズムを構成している。このように、各プリズム４が光源チップ２の発光面２ａの略中心点となる中心点Ｓｏを中心とした円弧状をなすことにより、光源チップ２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。即ち、中心点Ｓｏから等しい距離では、全ての光が同じ条件のもとで反射、偏向されることになり、有効に光が活用できる。
【００２６】
次に、図２をもとに導光板３の具体的なプリズムの形状について説明する。図２において、図面上導光板３の上側の面を上面３ｂ、下側の面を下面３ｄとしている。先ず下面３ｄは、凹凸状のプリズム４が等ピッチでアレイ状に連続して繰り返されるプリズム面４ａをなすものであり、ここでは、かかるプリズム４の断面形状を鋸刃状としているが、頂部が平坦な台形状や半円筒形状あるいはプリズム間に平坦部を有する形状であってもよい。或いは、不連続の孤立したプリズムでも良い。かかるプリズム４の頂部をなす稜線４ｃは前述の図１（ｃ）での実線、図１（ａ）での破線に示す通り、光源チップ２の発光面２ａを中心とする円弧状をなしている。
【００２７】
また、下面３ｄ側のプリズム面４ａはプリズムの稜線４ｃを基準として、中心点Ｓｏ側に位置する第２の傾斜角θ２、これとは反対側に位置する第１の傾斜角θ１とで構成された鋸刃状のプリズム４が形成されており、夫々プリズム４の稜線４ｃを結んだ仮想平面に対する傾斜角で定義される。第１の傾斜角θ１は、光源チップ２の発光面２ａから発せられ、導光板３内を伝播する光を反射、偏向させて出射面３ｃから導光板３外へ出射させる。つまり、出射面３ｃに対してその法線方向に向かって反射、偏向させることがより望ましいことから、４０゜から４８゜の範囲内に設定され、さらに望ましくは４４°前後に設定することにより、出射方向を法線方向に近づけてよりその輝度を高めることができる。また、第２の傾斜角θ２は、光が導光板３中を伝播させる役目を担うものであり、極力水平（０°）に近い角度範囲、例えば、１゜から１０゜の範囲内に設定される。ここで、第２の傾斜角θ２は、第１の傾斜角θ１，プリズムピッチＰ，プリズム深さＤにより、次の式（１）から求めることができる。
【数１】
2004241323.tif 000003
【００２８】
一般的に導光板３内を繰り返し反射して伝播する光はその面に対する入射角が光の全反射の臨界角を超えて入射する限り、全反射が繰り返され、その入射角が全反射の臨界角よりも小さくなると、導光板３外へ出射されることになる。この全反射の臨界角θは、次の式（２）から求められる。
【数２】
2004241323.tif 000004
【００２９】
例えば、導光板３の材質をＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル：ｎ＝１．４９）とすると、疎な媒質の媒体は、ここでは、空気（ｎ’＝１）であるから、全反射の臨界角θは４２．１゜となる。また、導光板３の材質をＰＣ（ポリカーボネート：ｎ＝１．５８）とすると、全反射の臨界角θは３９．１゜となる。なお、臨界角θは入射面のその法線に対する入射角度で定義されるが、本文中に記載のプリズム等の傾斜角は水平面を基準面として全て記載する。
【００３０】
参考までに図２に示した破線は、光源チップ２から出射された光が光入射部６から導光板３内に入射し、上面３ｂ側の出射面３ｃと下面３ｄ側のプリズム面４ａとで反射が繰り返されて導光板３内を伝播し、第１の傾斜角θ１を有する面に当たった光が反射、偏向されて出射面３ｃに対し、その法線方向に向かって出射する光の経路を示す。
【００３１】
ここで、本実施形態では下面３ｄ側の各プリズム４の稜線４ｃを結ぶ仮想平面３ｅは同一平面上に設けているが、例えば仮想平面３ｅが一定の曲率をもった湾曲面形状や一定位置までは仮想平面３ｅと出射面３ｃを平行面とし、プリズム面の一部を湾曲面形状あるいは傾斜面形状とすることも可能である。また、これらプリズム４の中心点ＳｏからのピッチＰは一定である。
【００３２】
以上のように、各プリズム４が光源チップ２の発光面２ａのほぼ中心点となる中心点Ｓｏを中心とした円弧状をなすことにより、光源チップ２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置され、かつ発光点から等距離の面で反射、偏向することになる。即ち、中心点Ｓｏから等しい距離では、全ての光が同じ条件のもとで反射、偏向されることになる。
【００３３】
ここで、仮想平面３ｅからプリズム４間の谷線４ｄまでの距離をプリズム４の深さＤとすると、このプリズム４の深さＤは光源チップ２の発光面２ａでの中心点Ｓｏからの距離Ｌに応じて異なり、一例として、中心点Ｓｏから遠ざかるほど（即ち、距離Ｌが大きいほど）順次増大する。
【００３４】
このプリズム４の深さＤとしては、一例として、距離Ｌをパラメータとして、非線形の高次関数に応じて変化するものとし、他の例としては、距離Ｌの取り得る最大距離をＬｍとすると、中心点Ｓｏから（Ｌｍ／５）以下の位置を変曲点とし、例えば、Ｌ＜（Ｌｍ／５）の範囲とＬ≧（Ｌｍ／５）の範囲とで異なる非線形高次関数もしくは線形一次関数で変化し、かつこの変曲点でこれらの範囲の関数が連続するようなことも可能である。
【００３５】
図３は本実施形態の具体例を示すものであって、ここでは、変曲点をＬ＝１０ｍｍとし、この変曲点よりも距離Ｌが小さい範囲では、次の式（３）とし、この変曲点以上の距離Ｌの範囲では、次の式（４）とした。
【数３】
2004241323.tif 000005
【数４】
2004241323.tif 000006
【００３６】
このようにプリズムの深さＤを距離Ｌに応じて変化させるのは、光が導光板３中を伝播するに従って導光板３外へ出射されることにより、光源から遠ざかるほど伝播する光量が減少し、この距離Ｌに応じて出射光の光量の減少を補正する形でプリズムの深さＤを深くする。つまり光量の減少分を補正するように、上記の非線形高次関数や線形一次関数などの関数を選定するものである。
【００３７】
以上のように、この第１の実施形態では、各プリズム４を同心円状に配列して円弧状とすることにより、中心点Ｓｏから等距離の位置では、光源チップ２の発光面２ａからの全ての光が同じ状態で反射、偏向されることになり、かつこれらプリズム４の深さＤをこの中心点Ｓｏからの距離Ｌに応じて深くすることにより、上面３ｂでのこの距離Ｌに応じた出射光の光量の違いを補正することができて、導光板３の上面３ｂの全面から均一な光量で光を出射させることが可能となる。この結果、面状光源１として、反光源側においても均一な輝度分布が得られることになる。
【００３８】
次に図４は図１（ａ）における導光板３の光入射部６の光源チップ２との対向部分を示すものであって、同図（ａ）は部分拡大平面図、同図（ｂ）は光源チップを除いた光入射部６の斜視図である。これらの図面において、６は光入射部、３ｆはくぼみ部、６ａは波型プリズムであり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて、説明を省略する。
【００３９】
まず、図４（ａ）において、導光板３の光入射部６は中央軸線Ｓに関して軸対称となるように、くぼみ部３ｆを備えた光入射部６が形成されており、この光入射部６のくぼみ部３ｆに発光面２ａが対向するようにして、光源チップ２が近接配置されている。そして、図４（ｂ）に示すように、このくぼみ部３ｆ内には、導光板３の厚さ方向に上面３ｂから下面３ｄ（図１）にわたって連続した微小凹凸パターンである波型プリズム６ａが光入射部６の曲面に対して重畳して形成されている。さらにこの目的を詳細に説明すると、同心円状に形成されたプリズム４に対して、光源チップ２の発光面２ａは理想的には点状に形成されるべきものである。しかしながら、光源チップ２は点状光源と一般的に呼称されるものの、実際は狭義の面発光体の様相を呈す。即ち、前出図１３に示された従来の面状光源における光源近傍と反光源側の出射角の違いを鋭意検討した結果、この平面状の発光面２ａに起因していることに本発明者は気が付くに至った。そこで光源チップ２の発光面２ａから出射される面発光に対して、光入射部６を曲面状に形成し、出射面３ｃと平行をなす面側の出射角に対する輝度が略等しくなるように扇型にこの光入射部６で変換させて導光板３内へ光を入光させるものとした。この曲面は出射面３ｃ側から見た平面上の形状が円弧、望ましくは非球面プロファイルを持ったシリンドリカルレンズ形状にて図１１に実線で示した扇型（Ｉθ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ、−４５°≦θ≦４５°）配光になるよう設定される。これによって実質的に初めて、光源チップ２からの光は、中心点Ｓｏから等しい距離では、全ての光が同じ条件のもとで反射、偏向されることになる。
【００４０】
但し、このままでは光源近傍、反光源側での出射角の違いは是正されるものの、出射面３ｃからの出射角が極めて狭いものになると予想される。図１２はその概念図を示したものであり、光入射部をシリンドリカルレンズ形状とすることで主配光を持たせ、オフセット手段としてシリンドリカルレンズ形状の光入射部に対して微細な波型プリズムを重畳させることにより、図に点線で示した如く、光軸がずれ、このずれ分がプリズム４に対して直交する主配光から僅かにずれて反射することにより、出射角を広げることができる。波型プリズムの形状としてはピッチ（波長）が０．１ｍｍ、Ｐ−Ｖ値（Ｐｅａｋ−Ｖａｌｌｅｙ値：振幅の２倍）が０．０２ｍｍの正弦波パターンとした。この波型プリズムの形状の測定方法としては触針式の形状測定器を用い、シリンドリカルレンズ形状をカットオフして除去することにより、求めることができる。
【００４１】
なお、ここでは波型プリズムの形状は正弦波としたが、Ｖ字パターン、鋸刃パターン、台形パターン、正弦波パターンのいずれか、若しくはいずれかの組合わせでも良く、また、波型プリズムの大きさはシリンドリカルレンズ形状をカットオフさせた値がピッチ０．２ｍｍ以下、Ｐ−Ｖ値０．１ｍｍ以下であれば同様の効果が発現でき、Ｐ−Ｖ値が０．００１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００４２】
図１４は本実施形態による出射面３ｃにおける、左右方向の輝度の出射角特性を示したものであり、横軸は出射角、縦軸は輝度を表す。本図から光源近傍、反光源側での出射角は比較的揃っており、なお且つ、図１３で示した従来例の反光源側で示した出射角に対して広がりを持って光が出射していることが判る。
【００４３】
これによって光源チップ２の発光面２ａから出射した光は、光入射部６から導光板３に入光されるが、この際に光入射部６のシリンドリカルレンズ形状によって扇型に配光され、さらにこのシリンドリカルレンズ形状に重畳された微細な波型プリズムによって整列拡散される。この整列拡散が光軸の中心点Ｓｏからのオフセット量となり、光の伝播方向に対して左右（中央軸線Ｓに直交方向）に広がりを持って出射面３ｃから出射することになる。これにより、導光板３の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得ることができる。
なお、プリズム４の形状は、連続して周期配列されたプリズムとしたが、孤立した形状のプリズムでも、同様である。
【００４４】
（第２の実施形態）
図５は、本発明による面状光源の第２の実施形態を示したものである。図５は、図１（ａ）における導光板３の光入射部６の光源チップ２との対向部分と同様の部位を示すものである。図５（ａ）は、部分拡大平面図、同図（ｂ）はプリズム部を更に拡大したもの、同図（ｃ）は光源チップ２を除いた斜視図である。これらの図面において、６は光入射部、３ｆはくぼみ部、６ｂはＶ字入光プリズム、６ｃは平坦部、６ｄはＶ字入光頂角であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて、説明を省略する。
【００４５】
図５でも実施形態１と同様に導光板３の光入射部６は中央軸線Ｓに関して軸対称となるように、くぼみ部３ｆを備えた光入射部６が形成されており、この光入射部６のくぼみ部３ｆに発光面２ａが対向するようにして、光源チップ２が近接配置される。そして、図５（ｃ）に示すように、この光入射部６には、導光板３の厚さ方向に上面３ｂから下面３ｄにわたって連続したＶ字入光プリズム６ｂが光入射部６の曲面に対して重畳して形成されている。さらに詳細に説明すると、この曲面は出射面３ｃ側から見た平面上の形状が円弧、望ましくは非球面プロファイルを持ったシリンドリカルレンズ形状にて扇型（Ｉθ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ、−４５°≦θ≦４５°）配光になるよう設定される。また、出射角を広げる手段として、シリンドリカルレンズ形状の曲面に対してＶ字入光プリズム６ｂを重畳させるものとした。Ｖ字入光プリズム６ｂは平坦部６ｃとＶ字入光頂角６ｄによって構成され、Ｖ字入光頂角６ｄの角度と平坦部６ｃの比率で出射角とその強度を制御する。出射面３ｃ側から見た平面上の形状は本実施形態においてはＶ字入光頂角６ｄの角度１１０°、ピッチ０．０５ｍｍ、深さ０．００９ｍｍ、Ｖ字入光頂角６ｄ部と平坦部６ｃ部のシリンドリカルレンズ形状を表す円弧上の比率を１：１とした。
【００４６】
これによって光源チップ２の発光面２ａから出射した光は、光入射部６から導光板３に入射するが、この際に光入射部６のシリンドリカル形状によって扇状に配光され、さらにこのシリンドリカル形状に重畳されたＶ字入光プリズム６ｂによって整列拡散される。この整列拡散が光軸の中心点Ｓｏからのオフセット量となり、光の伝播方向に対して左右（中央軸線Ｓに直交方向）に広がりを持って出射面３ｃから出射することになる。これにより、導光板３の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得ることができる。
【００４７】
（第３の実施形態）
図６は本発明による面状光源の第３の実施形態を示したものであり、本図は図１（ａ）における導光板３の光入射部６の光源チップ２との対向部分と同様の部位を示すものであって、光源チップを除いた斜視図である。本図において、６は光入射部、６ｅは一軸拡散面であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて、説明を省略する。
【００４８】
本図でも実施形態１同様に導光板３の光入射部６は中央軸線Ｓに関して軸対称となるように、光入射部６が形成されており、この光入射部６に発光面２ａが対向するようにして、光源チップ２が近接配置されている。そしてこの光入射部６には、導光板３の厚さ方向に上面３ｂから下面３ｄにわたって連続した一軸拡散面６ｅが光入射部６の曲面に対して重畳して形成されている。さらに詳細に説明すると、この曲面は出射面３ｃ側から見た平面上の形状が円弧、望ましくは非球面プロファイルを持ったシリンドリカルレンズ形状にて扇型（Ｉθ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ、−４５°≦θ≦４５°）配光になるよう設定される。また、出射角を広げる手段として、シリンドリカルレンズ形状の曲面に対して、一軸拡散面６ｅを重畳させるものとした。
【００４９】
ここで一軸拡散性とは拡散面を平面上に視た場合、直交する２軸に対し、一方の軸のみ拡散性を有するものである。従って、導光板３の出射面３ｃに対する面内方向に光は拡散し、これと直交する導光板３の厚み方向にはほぼ無拡散性を示す。これによって、所望とする方向のみ拡散が可能であり、導光板３内に入光された光は不必要な拡散によって、輝度を損なうことなく、光量を維持できる。この場合の面粗さは拡散方向に走査した場合、Ｒｔ１μｍ〜５０μｍ、Ｒａ０．１μｍ〜５μｍの範囲が望ましく、本実施形態ではＲｔ５μｍ、Ｒａ０．５μｍの値であった。この面粗さＲｔが５０μｍ以下とすることで、光量の低下を防止する。面粗さＲｔが１μｍ以上で、拡散性が向上する。この走査方向と直交する方向の面粗さは鏡面レベルに近いものとなり、本実施形態ではＲａ０．１μｍとなった。
【００５０】
ここでの面粗さの定義はＪＩＳ−Ｂ０６０１規格に基づくものである。かかる面粗さの測定機としては、位相差法を用いたＷＹＫＯ社製ＴＯＰＯ−２Ｄ・３Ｄ、非点収差法を用いた東京精密社製Ｓｕｒｆｃｏｍ９２０Ａ、原子間力顕微鏡のＤｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  社製Ｎａｎｏ  Ｓｃｏｐｅ、触針式のＴｅｎｃｏｒ社製Ｐ１２ＥＸなどを用いることができ、ここでは、一例として、Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｐ１２ＥＸを用いた。粗さの測定条件は、走査距離が１０００ｕｍ、走査速度が５μｍ／ｓｅｃ、サンプリング周波数が２００Ｈｚ、スタイラス加重が５ｍｇ、スタイラス先端形状が４５°、２μｍＲ、カットオフ・フィルターがガウシアン、短波長側カットオフ・フィルターが２４Ｈｚ、長波長側カットオフ・フィルターが１６７μｍである。
【００５１】
これによって光源チップ２の発光面２ａから出射した光は、光入射部６から導光板３に入射するが、この際に光入射部６のシリンドリカル形状によって扇状に配光され、さらにこの一軸拡散面６ｅによって拡散される。この拡散が光の伝播方向に対して左右（中央軸線Ｓに直交方向）に広がりを持って出射面３ｃから出射することになる。これにより、導光板３の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得ることができる。
【００５２】
（第４の実施形態）
図７（ａ）は本発明による面状光源の第４の実施形態を示したものであり、本図は図１（ａ）における導光板３の光入射部６の光源チップ２との対向部分と同様の部位を示す部分拡大平面図である。図７（ｃ）はＶ字入光プリズム６ｂの拡大図である。図７（ａ）（ｃ）において、２は光源チップ、２ａは発光面、６は光入射部、６ｂはＶ字入光プリズム、６ｃは平坦部、６ｄはＶ字入光頂角、Ｓは中央軸線、Ｓｏは中心点、ｙは中心点Ｓｏからのオフセット量であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて、説明を省略する。
【００５３】
図７（ａ）では導光板３の光入射部６は中央軸線Ｓに関して軸対称となるように、光入射部６が形成されており、この光入射部６に発光面２ａが対向するようにして、光源チップ２が近接配置されている。この場合、光入射部６は円弧、若しくは非球面プロファイルをなすシリンドリカルレンズ形状に形成されておらず、光源チップ２の発光面２ａと平行をなす面上にＶ字入光プリズム６ｂが形成される。Ｖ字入光プリズム６はＶ字入光頂角６ｄの角度と平坦部６ｃの比率で拡散量を制御する。出射面３ｃ側から見た平面上の形状が本実施形態においてはＶ字入光頂角６ｄの角度１１０°、ピッチ０．２ｍｍ、深さ０．０３５ｍｍ、Ｖ字入光頂角６ｄ部と平坦部６ｃ部の比率を２：１とした。
【００５４】
本実施形態では円弧状のプリズム４を配した場合は出射角が狭くなるため、発光面２ａの発光エリア、即ち光が出射される範囲を中央軸線Ｓに対し左右に１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下（図７（ａ）のｙ値）の範囲に広げることによって、光軸が中心点Ｓｏからオフセットされ、導光板３の出射面３ｃからの出射角を広げたものである。この発光エリアの幅が１．５ｍｍ未満の場合は出射角を十分広げることが難しい。また、発光エリアの幅が２．５ｍｍを超えると光源近傍と反光源での出射角の差が大きくなる。本実施形態の特徴は光源近傍と反光源側における導光板３の出射面３ｃからの出射角の差は課題として残るものの、光入射部６にシリンドリカルレンズ形状を形成することなく、比較的容易にその出射角を広げることができる。
【００５５】
また、中心点からプリズム４までの距離の最大値、即ちプリズム４の半径の最大値が６５ｍｍ以下であることが望ましい。ここで、凹凸プリズムの最大値が６５ｍｍを超えた場合、反光源側での出射角を十分広げることが困難である。勿論、発光エリアの幅が２．５ｍｍを超えると出射角を広げることができるが、この場合は光源近傍の出射角も併せて広がるため、光源近傍と反光源側での出射角の差が大きくなる。
【００５６】
図１５は本実施形態による出射面３ｃにおける、左右方向の輝度の出射角特性を示したものであり、横軸は出射角、縦軸は輝度を表す。本図から図１３で示した従来例の出射角に対して広がりを持って光が出射していることが判る。
【００５７】
これによって光源チップ２の発光面２ａから出射した光は、光入射部６から導光板３に入光される際、Ｖ字入光プリズム６ｂによって導光板３の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、発光エリアの幅を広げることによって、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、容易にその出射角を広げることができる。
【００５８】
（第５の実施形態）
図７（ｂ）は本発明による面状光源の第５の実施形態を示したものであり、本図は図１（ａ）同様の部位を示す部分拡大平面図である。本図において、２は光源チップ、２’は副光源チップ、２ａは発光面、２ａ’は副発光面、６は光入射部、６ｂはＶ字入光プリズム、６ｃは平坦部、６ｄはＶ字入光頂角、Ｓは中央軸線、Ｓｏは中心点、ｙは中心点Ｓｏからのオフセット量であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて、説明を省略する。
【００５９】
図７（ｂ）では、導光板３の光入射部６は中央軸線Ｓに関して軸対称となるように、光入射部６が形成されており、この光入射部６に発光面２ａが対向するようにして、光源チップ２、副光源チップ２’が近接配置されている。夫々の光源チップは極力その隙間をなくした状態で中央軸線Ｓに対して左右対称に並設される。夫々の光源チップ２，２’の発光面２ａ，２ａ’と平行をなす面上にＶ字入光プリズム６ｂが形成される。Ｖ字入光プリズム６ｂはＶ字入光頂角６ｄの角度と平坦部６ｃの比率で拡散量を制御する。出射面３ｃ側から見た平面上の形状が本実施形態においてはＶ字入光頂角６ｄの角度１１０°、ピッチ０．２ｍｍ、深さ０．０３５ｍｍ、Ｖ字入光頂角６ｄ部と平坦部６ｃ部の比率を２：１とした。また、発光面２ａの発光エリアを中央軸線Ｓに対し左右に１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下の範囲（図７（ｂ）のｙ値）とする小型の光源チップを２個並設する。本実施形態の特徴は光源近傍と反光源側における導光板３の出射面３ｃからの出射角の差は課題として残るものの、光入射部６にシリンドリカルレンズ形状を形成することなく、比較的容易にその出射角を広げることができる。また、２個の光源チップを同じ導光板に用いることができ、光量、即ち面状光源からの出射輝度を倍増することができる。
【００６０】
これによって光源チップ２の発光面２ａから出射した光は、光入射部６から導光板３に入光される際、Ｖ字入光プリズム６ｂによって導光板３の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、発光エリアの幅を広げることによって、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、容易にその出射角を広げることができる。
【００６１】
（第６の実施形態）
図９は本発明による面状光源の第６の実施形態を示したものである。図９（ａ）は中央軸線Ｓ上の断面図、同図（ｂ）は光制御シートのシート稜線７ｆと直交する方向の断面図、同図（ｃ）は光制御シートの他の実施形態を示す。本図で１は面状光源、２は光源チップ、３は導光板、３ａはプリズム面、３ｂは上面、３ｃは出射面、３ｄは下面、４はプリズム、６は光入射部、７は光制御シート、７ａは光制御面、７ｂは平坦部、７ｃはＶ字状シート頂角、７ｄはシート入射面、７ｅはシート出射面、７ｆはシート稜線であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて、説明を省略する。
【００６２】
本実施形態においては、図１７に示す面状光源を用いた。本実施形態によれば導光板３の出射面３ｃから出射された光は、光制御シート７のシート入射面７ｄに入射し、光制御面７ａで光が制御されてシート出射面７ｅより出射する。つまり光制御シート７は導光板３上に配設されることになる。光制御面７ａは平坦部７ｂとＶ字状シート頂角７ｃにより構成され、平坦部７ｂとＶ字状シート頂角７ｃの比率とＶ字状シート頂角７ｃの角度とにより光を制御する。本実施形態においては、Ｖ字状シート頂角７ｃ部と平坦部７ｂ部の和に対する平坦部７ｂの法線方向から視た面積比率は２０％以上、７０％以下とされる。この比率が２０％未満であれば出射光が二方向に分かれてしまい、７０％を超えれば光は殆ど制御されないことになる。また、Ｖ字状シート頂角７ｃの角度は１３０°以上、１７０°以下とされ、望ましくは１４０°以上１６０°以下とされる。本シートに入光された光は光制御シート７の材質にもよるが、ＰＣやＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）などの屈折率が１．５前後の材質であれば出射角が±１０°に広げられることになる。この角度が１３０°未満であれば、光制御シート７の材質を屈折率１．５とすると出射角は±２０°を超えて広がり、結果として出射光が二方向に分かれてしまう。また、１７０°を超えれば、同様に光制御シート７の材質を屈折率１．５とすると出射角は±５°未満となり、殆ど制御されないことになる。光制御シート７の面内方向における配設方向は図９（ｄ）の如く、光源チップ２の発光面２ａに対し、法線方向に光制御シート７のシート稜線７ｆが平行になる、若しくは図９（ｅ）の如く、導光板３の長手方向に平行、または双方の中間的な配置とされる。これは円弧状プリズムのプリズム稜線と平行方向の出射角が狭い問題を解消するためであり、長手方向に平行な理由は導光板の投影形状が正方形の場合を除けば、長手側が円弧状プリズムの平行方向が支配的になるためである。
【００６３】
図１６は本実施形態による出射面３ｃにおける、左右方向の輝度の出射角特性を示したものであり、横軸は出射角、縦軸は輝度を表す。本図から図１３で示した従来例の出射角に対して広がりを持って光が出射していることが判る。このように光制御シート７を導光板３上に配設することによって、比較的容易に、且つ効果的に出射角を広げることができる。
【００６４】
また、図９（ｃ）は光制御シート７の光制御面７ａをシート入射面７ｄ側に設けた他の例であり、光制御面７ａ面はどちらの面に設けても、出射角を広げる効果に変わりはない。この実施の形態では、光制御シート７を図１７に示す面状光源に設けた例を説明したが、これに限らず、他の実施の形態にかかる面状光源を設けるようにしてもよい。
【００６５】
（第７の実施形態）
図８は、本発明による面状光源の第７の実施形態を示したものである。この第７の実施形態にかかる面状光源１は、図８に示されるように、平面形状が略長方形をなす平板状の導光板３と光源チップ２とから構成されている。そして、この導光板３の１つの端面を入射端面３ａとし、この入射端面３ａの中央部に光源チップ２が設けられている以外は第１の実施形態にかかる面状光源と同じである。本実施形態において、光入射部６は出射面３ｃ側から見た平面上の形状が円弧、望ましくは非球面プロファイルを持ったシリンドリカルレンズ形状にて扇型（Ｉθ＝ｃｏｎｓｔａｎｔ、−８５°≦θ≦８５°）配光になるよう設定される。この場合の光入射部６のシリンドリカル形状による配光分布は中央配置が故に１７０°の範囲に亘る。重畳する波型プリズム６ａは第１の実施形態にかかる面状光源と同じである。本実施形態においても導光板３の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得ることができる。
【００６６】
（第８の実施形態）
図１０（ａ）は本発明による第８の実施形態を示したものであり、第１の実施形態の面状光源を液晶表示パネルの光源として用いた一具体例を示すものである。図１０（ａ）において、１は面状光源、２は光源チップ、３は導光板、３ｃは出射面、４ａはプリズム面、５は反射シート、６は光入射部、８は拡散シート、９は液晶モジュール、１０は透過型液晶板、１１は偏光板（位相差板含む）である。
【００６７】
本実施形態では導光板３の下面即ちプリズム面４ａ側に反射シート５、上面即ち出射面３ｃ側に拡散シート８を並べて面状光源１とした。ここでの拡散シート８は比較的、光の直進性を維持できるヘーズ値７３％のものを用いた。反射シート５、および拡散シート８の構成、機能およびその効果は周知であることから、説明は省略する。また、面状光源１上には両面に偏光板１１（位相差板含む）を設けた透過型液晶板１０を配置した構成とした。ここで光源チップ２から出射された光は光入射部６を通って導光板３に入射し、導光板３内を出射面３ｃ、プリズム面４ａ間で繰り返し反射されて導光板３内を伝播し、プリズム面４ａ上に形成された第１の傾斜角によって出射面３ｃの法線方向に反射、偏向され出射面３ｃより出射する。ここでプリズム面４ａ側には反射板シート５が配設されており、導光板３内を伝播する光は漏れなく出射面３ｃ側から出射することになる。導光板３の出射面３ｃを出射された光は拡散シート８で僅かに拡散され、偏光板８を介して液晶板７を照明するようにしたバックライト型の液晶表示パネルを構成することができる。本液晶表示パネルで表示された画像は視野角が広く、輝度むらのない良好な視認性であった。
【００６８】
（第９の実施形態）
図１０（ｂ）は本発明による第９の実施形態を示したものであり、第６の実施形態の面状光源を液晶表示パネルの光源として用いた他の具体例を示すものである。図１０（ｂ）において、１は面状光源、２は光源チップ、３は導光板、３ｃは出射面、４ａはプリズム面、５は反射シート、６は光入射部、７は光制御シート、７ａは光制御面、８は拡散シート、９は液晶モジュール、１０は透過型液晶板、１１は偏光板（位相差板含む）である。
【００６９】
本実施形態では導光板３の下面即ちプリズム面４ａ側に反射シート５、上面即ち出射面３ｃ側に光制御シート、光制御シート上面に拡散シート８を並べて面状光源１とした。ここでの拡散シート８は、比較的、光の直進性を維持できるヘーズ値７３％のものを用いた。反射シート５、および拡散シート８の構成、機能およびその効果は周知であることから、説明は省略する。また、面状光源１上には両面に偏光板１１（位相差板含む）を設けた透過型液晶板１０を配置した構成とした。
【００７０】
ここで光源チップ２から出射された光は光入射部６を通って導光板３に入射し、導光板３内を出射面３ｃ、プリズム面４ａ間で繰り返し反射されて導光板３内を伝播し、プリズム面４ａ上に形成された第１の傾斜角によって出射面３ｃの法線方向に反射、偏向され出射面３ｃより出射する。ここでプリズム面４ａ側には反射板シート５が配設されており、導光板３内を伝播する光は漏れなく出射面３ｃ側から出射することになる。導光板３の出射面３ｃを出射された光は光制御シート７に入光し、光制御シート７の光制御面７ａにてその出射角は広げられ、出射することになる。光制御シート７から出射した光は拡散シート８で僅かに拡散され、偏光板８を介して液晶板７を照明するようにしたバックライト型の液晶表示パネルを構成することができる。本液晶表示パネルで表示された画像は視野角が広く、輝度むらのない良好な視認性であった。
尚、上述の面状光源は、拡散シート８のヘーズ値を小さくして透明性を持たせることでフロントライトとして用いることも可能である。
【００７１】
（面状光源の従来構成例）
この面状光源は、従来より構成される一般的な構成である。図１７はこの面状光源を示すものであって、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は右側面図、同図（ｃ）は背面図であり、１はこの面状光源、２は光源チップ、２ａは発光面、６は光入射部、３は導光板、３ｂは上面（出射面３ｃ）、３ｄは下面（プリズム面４ａ）、４ｅは孤立プリズム、Ｓｏは中心点、Ｓは中央軸線である。
【００７２】
図１７（ａ）〜（ｃ）において、面状光源１は、平面形状が略長方形をなす対角長５６ｍｍ、板厚０．８ｍｍの平板状の導光板３と日亜化学社製のＮＡＣＷ２１５を使った光源チップ２とから構成されており、この導光板３の２つの端面が隣り合う角部に光源チップ２が配設されている。そして、図示はしていないが、光源チップ２と対向する導光板の光入射部６は凹部となっていて、その凹部にプリズムが設けられている。光源チップ２の発光面２ａは導光板３の光入射部６に対向しており、光源チップ２の発光面２ａから出射される光は、ここから導光板３内に入光される。ここで、光源チップ２の出射方向、即ち中央軸線Ｓは導光板３の略対角方向に向かうよう設定され、導光板３の下面３ｄには、図１７（ｃ）に実線で示すように、この中央軸線Ｓに沿って複数の孤立プリズム４ｅが同心円状に形成されている（図１７（ａ）では、破線で示す）。即ち、これら孤立プリズム４は夫々、光源チップ２の発光面２ａを中心点Ｓｏとした円弧状の形状をなしている。このように、各孤立プリズム４ｅが光源チップ２の発光面２ａを中心として円弧状をなすことにより、光源チップ２からの全ての光は、その光路に垂直な線上に配置された孤立プリズム４ｅで反射、偏向することから、光源チップ２から出射された光は、有効に活用される。ここでの光源チップ２の中央軸線Ｓと平行をなす側の発光エリアの幅は中央軸線に対して、左右に夫々１．１ｍｍ（図１７（ｃ）のｙ値）である。
【００７３】
図１３に本従来例の面状光源の出射角特性を示した図である。本図において、光源近傍、反光源側において出射角を異にすることが判る。また、出射角も反光源側では法線である０°に対し、±５°と極めて狭い角度である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の面状光源によると、光源チップの発光面を中心として、同一円周上に凹凸プリズムを円弧配列し、光入射部を光源チップの発光面から出射される面発光に対して、扇型に配光させるシリンドリカルレンズ形状に形成すると共に、さらにこのシリンドリカルレンズ形状に例えば微細な波型プリズム、Ｖプリズム、一軸拡散面等の微細凹凸パターンを重畳させることにより、円弧配列プリズムの課題であった光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、出射角を広げることができ、更に第１の傾斜角を特定範囲とすることで、効果的にその輝度を高めることができる。
【００７５】
或いは、発光面の発光エリアを中央軸線Ｓに対し左右に１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下の範囲に広げることによって、光入射部を複雑な形状にすることなく、容易に出射角を広げることができると共に、光源チップを複数個配列することによって、光量を複数倍にすることができる。
【００７６】
或いは導光板の出射面にＶ字プリズムと平坦部を持つ光制御シートを配設し、その光制御部をＶ字プリズム部と平坦部の和に対する平坦部の面積比率が７０％以下、Ｖ字プリズムの傾斜角が１０°以上、３０°以下の二等辺三角形状とした同一ピッチの繰り返し構造とすることによって、容易に出射角を広げることができる。
【００７７】
総じて、導光板の隅部まで光が入射されることになり、左右の隅部が暗くなる現象を解消すると共に、同心円弧状プリズムの特徴である、高い光の利用効率を維持したまま、光源近傍、反光源側における出射角の差をなくし、その出射角を広げると共に面内の隅部に至るまで輝度むらを抑制し、均一な輝度分布を得ることができる面状光源及びそれを用いた液晶表示装置を提供することができる。これらは特殊なプロセスを経ることなく、従来の加工機を用いて、容易に円弧状のプリズムを形成することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による面状光源の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１における面状光源の中央軸線Ｓ上の断面形状を示す図である。（第１の実施形態）
【図３】図２におけるプリズムの深さＤの距離Ｌに応じた変化の一具体例を示す図である。（第１の実施形態）
【図４】図１（ａ）における導光板の光入射部の部分を示す図である。（第１の実施形態）
【図５】本発明による面状光源の第２の実施形態における導光板の光入射部の部分を示す図である。
【図６】本発明による面状光源の第３の実施形態における導光板の光入射部の部分を示す図である。
【図７】本発明による面状光源の第４〜５の実施形態における導光板の光入射部の部分を示す図である。
【図８】本発明による面状光源の第７の実施形態の他の具体例を示す図である。
【図９】本発明による面状光源の第６の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による第８〜９の実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図１１】国際照明委員会ＢＺ分類による配光区分を示した図である。
【図１２】本発明による面状光源の第１の実施形態の反射、偏向状態を示した概念図である。
【図１３】従来例の面状光源の出射角特性を示した図である。
【図１４】本発明による面状光源の第１の実施形態の出射角特性を示した図である。
【図１５】本発明による面状光源の第４の実施形態の出射角特性を示した図である。
【図１６】本発明による面状光源の第６の実施形態の出射角特性を示した図である。
【図１７】従来例の面状光源を示した図である。
【符号の説明】
１  面状光源
２，２’  光源チップ
２ａ，２ａ’  発光面
３  導光板
３ａ  入射端面
３ｂ  上面
３ｃ  出射面
３ｄ  下面
３ｅ  仮想平面
３ｆ  くぼみ部
４  プリズム
４ａ  プリズム面
４ｃ  稜線
４ｄ  谷線
４ｅ  孤立プリズム
θ１  第１の傾斜角
θ２  第２の傾斜角
Ｓ  中央軸線
Ｓｏ  中心点
５  反射シート
６  光入射部
６ａ  波型プリズム
６ｂ  Ｖ字入光プリズム
６ｃ  平坦部
６ｄ  Ｖ字入光頂角
６ｅ  一軸拡散面
７  光制御シート
７ａ  光制御面
７ｂ  平坦部
７ｃ  Ｖ字状シート頂角
７ｄ  シート入射面
７ｅ  シート出射面
７ｆ  シート稜線
８  拡散シート
９  液晶モジュール
１０  透過型液晶板
１１  偏光板（位相板含む）
【図１】
2004241323.tif 000007
【図２】
2004241323.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004241323.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004241323.tif 000017
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004241323.tif 000020
【図１５】
2004241323.tif 000021
【図１６】
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【図１７】
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