(57)【要約】【課題】比較的少ない数の点状光源を一次光源として使用した場合であっても、輝度むらのない均斉度のとれた高品位の面光源装置を提供することができる。【解決手段】略点状の一次光源からの光を入射する光入射端面と入射光を出射する光出射面とを有する矩形状の導光体において、前記光入射端面の少なくとも一部に前記光出射面からその反対側の面の方向に延び、その断面が非対称形状であり、少なくとも一部が曲線である複数のレンズ列が略平行に形成されている面光源装置用導光体。【選択図】　図２
2004111352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略点状の一次光源からの光を入射する光入射端面と入射光を出射する光出射面とを有する矩形状の導光体において、前記光入射端面の少なくとも一部に前記光出射面からその反対側の面の方向に延び、その断面が非対称形状であり、少なくとも一部が曲線である複数のレンズ列が略平行に形成されていることを特徴とする面光源装置用導光体。
【請求項２】
前記レンズ列は、少なくとも前記光入射端面の前記一次光源と対向する箇所に形成され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】
前記入射端面の中央付近に断面が対称形状であるレンズ列が形成され、前記入射端面の両端付近に断面が非対称形状であるレンズ列が形成され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４】
前記レンズ列は、少なくとも２つの異なる曲面を組み合わせた形状であ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５】
前記レンズ列は、少なくとも２つの異なる球面および／または非球面を組み合わせた形状であ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６】
前記レンズ列は、その断面形状が円弧および楕円の一部から構成され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７】
前記レンズ列は、その断面形状が四分の一円と四分の一楕円を組み合わせた形状であ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８】
前記レンズ列は、その断面形状が二つの四分の一楕円を組み合わせた形状であ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９】
隣接する前記レンズ列の間に該レンズ列単位の幅より狭い平面部分または曲面部分が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
【請求項１０】
前記光入射端面が導光体のコーナー部に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の導光体と、該導光体の光出射面側に配置された光偏向素子とからなることを特徴とする面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノートパソコンや液晶テレビ等に使用される液晶表示装置や、携帯電話、携帯情報端末、携帯用ゲーム機等の携帯用電子機器のディスプレイ、各種電気・電子機器のインジケータとして使用されるＬＥＤ等の略点状の一次光源を用いた比較的小型の液晶表示装置に好適な面光源装置およびそれに用いる導光体に関するものであり、さらに詳しくは輝度の均斉度の高い高品位の照明を提供できる面光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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、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】
一方、近年、携帯電話機、携帯用情報端末機器や携帯用ゲーム機などの携帯用電子機器あるいは各種電気・電子機器のインジケータなどの比較的小さな画面寸法の液晶表示装置について、小型化とともに消費電力の低減が要望されている。そこで、消費電力低減のために、バックライトの一次光源として、点状光源である発光ダイオード（ＬＥＤ）が使用されている。ＬＥＤを一次光源として用いたバックライトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報に記載されているように、線状の一次光源を用いるものと同様な機能を発揮させるために、複数のＬＥＤを導光体の光入射端面に沿って一次元に配列している。このように複数のＬＥＤの一次元配列による一次光源を用いることにより、所要の光量と画面全体にわたる輝度分布の均一性とを得ることができる。
【０００４】
さらに、小型の液晶表示装置の場合には、より一層の消費電力の低減が要求されており、これに応えるためには使用するＬＥＤの数を少なくすることが必要である。しかしながら、ＬＥＤの数を少なくすると発光点間の距離が長くなるので、隣接発光点の間の領域に近接する導光体の領域が拡大し、この導光体領域から所要の方向へと出射する光の強度が低下する。これは、面光源装置の発光面における観察方向の輝度分布の不均一化（すなわち、輝度均斉度の不均一）をもたらす。また、特公平７−２７１３７号公報では、光出射面が粗面の導光体を用い、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、バックライトの消費電力を抑えるとともに、輝度も極力犠牲にしないために出射光の分布を狭くする方法が提案されている。しかし、このようなバックライトでは、低消費電力で高い輝度が得られるものの、使用するＬＥＤの数を少なくすると導光体からの出射光の輝度分布の不均一性がプリズムシートを通して視認されやすいものであった。
【０００５】
これら輝度分布の不均一性の原因は、導光体の光入射端面に配置した個々のＬＥＤから発せられる光が指向性を持っており、さらに導光体に入射する際の屈折作用により導光体に入射した光の広がりが比較的小さくなるためであり、図１３に示したように、ＬＥＤの両端側の領域に暗い部分が発生する。特に、消費電力の低減を図るために、使用するＬＥＤの個数を少なくしたり、ＬＥＤを導光体に近接して設置する場合には、暗い部分の発生が顕著になる。このように、一次光源として点状光源を用いる従来のバックライトでは、消費電力の低減と輝度の均一性の維持とを両立させることは困難であった。
【０００６】
また、一次光源として冷陰極間等の線状光源を使用したバックライトにおいても、線状または棒状の一次光源の両端部に近い導光体コーナー部や、導光体の光入射端面に隣接する側端面の近くの領域に十分な光量が到達せず、これらの部分や領域の輝度が低下しやすいという問題がある。このような入射面近傍部の暗部等を解消する方法として、例えば特開平１０−１５３７７８号公報には、導光体の入射面近傍部の表面を粗面化する方法が提案されているが、ＬＥＤ等の点状光源を一次光源として用いたバックライトでは、このような方法では十分に前記のような暗い部分を解消することはできなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、以上のような面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用等に伴う輝度の均斉度の不均一を解消して、高品位の面光源装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の面光源装置用導光体は、略点状の一次光源からの光を入射する光入射端面と入射光を出射する光出射面とを有する矩形状の導光体において、前記光入射端面の少なくとも一部に前記光出射面からその反対側の面の方向に延び、その断面が非対称形状であり、少なくとも一部が曲線である複数のレンズ列が略平行に形成されていることを特徴とするものである。また、本発明の面光源装置は、上記のような導光体と、該導光体の光出射面側に配置された光偏向素子とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明による面光源装置の一つの実施形態を示す分解斜視図である。図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、略点状の一次光源としてのＬＥＤ２と、該ＬＥＤ２から発せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４と、該導光体４に隣接配置される光偏向素子６及び光反射素子８とを備えている。
【００１１】
導光体４は、上下２つの主面と該主面の外周縁どうしを連ねる端縁を有し、端縁の一つのコーナー部を切り欠き光入射端面とし、ＬＥＤ２が配置されている。この導光体４の入射端縁には、ＬＥＤ２が配置される位置に相当する光入射端面４１が形成されている。光入射端面４１には、図２に示すように少なくともＬＥＤ２と対向する箇所に該光出射面からその反対側の面の方向に延び、その断面が非対称形状であり、少なくとも一部が曲線である複数のレンズ列４２が略平行に形成されている。光入射端面４１が平面である場合には導光体４に入射する際の屈折作用により導光体４に入射した光の配光分布は、ＬＥＤ２から発せられる光の分布より狭くなっていたが、このようなレンズ列４２を光入射端面４１に形成することにより、導光体４に入射した光の配光分布を広げることができる。また、レンズ列４２の断面形状を非対称にすることで各方向に出射する光量を調節することができ、導光体４の光出射面全体での輝度の均斉度を高めることができる。さらに、レンズ列４２は、多様な屈折角を生み出し導光体４に入射した光の配光分布を効率良く広げるために、少なくともその一部が曲面で形成される。
【００１２】
レンズ列４２のピッチがＬＥＤ３に対して大きすぎるとレンズ列４２の屈折作用がＬＥＤ２との相対的位置関係によって一意的に決まってしまうため、その位置関係による光線の広がりによる斑が視認されてしまうため、レンズ列４２のピッチは小さい方が好ましいが、あまり小さすぎると形状転写が困難になったり、形状精度の低下を招くことから、１０〜２００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは２０〜１００μｍ、さらに好ましくは３０〜６０μｍの範囲である。
【００１３】
レンズ列４２の好ましい断面形状としては、少なくとも２つの異なる曲線の組み合わせからなる非対称形状であり、例えば、異なる２つの曲面を組み合わせた形状、異なる２つ以上の球面あるいは非球面形状の一部を組み合わせた形状、異なる２つ以上の球面の一部と非球面形状の一部を組み合わせた形状、円弧と楕円の一部から構成された形状、略四分の一円と略四分の一楕円を組み合わせた形状、異なる長軸および短軸を持つ二つの略四分の一楕円を組み合わせた形状などが挙げられる。なお、略四分の一円および略四分の一楕円とは、円および楕円全体の概ね四分の一の形状をいう。レンズ列４２の断面形状は、導光体４に入射した光の所望の配光分布によって決定され、例えば、広い配光分布が必要となる場合には光の進行方向を短軸とするような楕円形状とすることが好ましい。
【００１４】
具体的には、図１０〜１２に示したようなレンズ形状のものが挙げられる。図１０は、一つのレンズ単位が、長径が２０μｍで短径が１５μｍの四分の一楕円と、長径が３０μｍで短径が１５μｍの四分の一楕円を組み合わせた異なる長軸および短軸を持つ二つの略四分の一楕円を組み合わせた形状である。図１１は、一つのレンズ単位が、半径１５μｍの四分の一円と、長径が２５μｍで短径が１５μｍの四分の一楕円とを組み合わせた形状のレンズと、幅１０μｍの平面とからなるものである。図１２は、一つのレンズ単位が、長径が１７μｍで短径が１６μｍの四分の一楕円と、長径が３４μｍで短径が１７μｍの四分の一楕円を組み合わせた形状で光入射端面の一部を平面とした形状の複数のレンズと、レンズ形成面となす角度が２１度の平面とからなるものである。なお、レンズ列４２の断面形状はその一部が直線であってもよい。このようにレンズ列４２の断面形状の一部を直線にすることにより、レンズ列４２の形状の賦形安定性が向上し、導光体４に入射した光の配光分布の広がり容易に制御できる。
【００１５】
また、本発明においては、図３に示すように隣接するレンズ列４２の間に平面部分や曲面部分を形成してもよい。レンズ列４２間に形成する平面部分等の長さを調整し光の配光分布を調整することができ、輝度の均一化を図るための最適な配光分布を得ることができる。この場合、形成する平面や曲面の幅は、レンズ列４２の配光分布を広げる効果とのバランスからレンズ列４２のピッチより小さいことが好ましく、例えば５〜１００μｍ程度の幅とすることが好ましく、より好ましくは５〜５０μｍ、さらに好ましくは７〜３０μｍの範囲である。断面形状が直線をなしている部分は図５に示すようにレンズ端でもよい。さらに、レンズ列４２は、配置されたＬＥＤ２に対向する部分だけに形成したり、図４に示すように光入射端面の一部に形成し他の部分は平面としてもよい。この場合、光入射端面の長さに対する平面部分の長さの割合は３０％以下とすることが好ましく、より好ましくは１５〜２０％の範囲である。
【００１６】
導光体４は、２つの主面の一方の主面（図では上面）が光出射面４３とされ、他方の主面が裏面とされている。この光出射面４３または裏面の少なくとも一方の主面には、導光体４内を導光する光を光出射面４３に対して傾斜した方向（即ちＸＹ面に対して傾斜した方向）に光を出射させる指向性光出射機構を備えている。指向性光出射機構としては、例えば、導光体４の光出射面４３および裏面の少なくとも１つの表面に凹凸形状を形成したり、あるいは、導光体４中に基材と屈折率が異なる構造を形成する、例えば基材と屈折率の異なる光拡散性微粒子を含有させることにより指向性光出射機構を形成することもできる。これら指向性光出射機構は、複数の指向性光出射機構を組み合わせて導光体４に形成することもできる。導光体４に入射した光は、このような指向性光出射機構によって、導光体４中を伝搬する間に光出射面４３への入射角が変化し、光出射面４３への入射角が臨界角より小さくなった場合に光出射面４３から出射される。
【００１７】
導光体４の表面を凹凸形状とすることにより指向性光出射機構を形成する場合としては、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並列に形成したレンズ面、あるいは、粗面（マット面）とすること等が挙げられる。このような指向性光出射機構を設けた導光体４は、光出射面４３から出射する出射光の出射光分布におけるピーク出射光の方向が光出射面４３と１０〜５０度の角度であり、出射光分布の半値幅が１０〜４０度であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、指向性光出射機構としての粗面やレンズ面は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが２〜１２度の範囲とすることが好ましく、より好ましくは３〜１０度の範囲である。これは、平均傾斜角θａが２度未満では、導光体４の光出射率が小さくなり光の出射量が不十分となり、輝度が低下する傾向にあるためであり、逆に、平均傾斜角θａが１２度を超えると、導光体４の光出射率が大きく一次光源２の近傍での出射光量が大きくなり、光出射面４３内での輝度の均一性が低下する傾向にあるためである。本発明において、粗面やレンズ面の平均傾斜角θａは、導光体４の表面内で均一としてもよいし、連続的に、断続的にあるいは部分的に変化させてもよい。例えば、光出射面４３内での輝度の均一性を向上させるためには、一次光源２から遠くなるに従って平均傾斜角θａを大きくすることが好ましい。また、光出射面４３内で部分的に輝度が低下する箇所が存在する場合には、その部分の平均傾斜角θａを大きくしたり、逆に部分的に輝度が高くなる箇所が存在する場合には、その部分の平均傾斜角θａを小さくしたりすることにより、出射光量を部分的に制御して輝度の均一化を図ることもできる。
【００１９】
導光体４に形成される粗面やレンズ面の平均傾斜角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（１）式および（２）式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。
【００２０】
【数１】
2004111352.tif 000003
【数２】
2004111352.tif 000004
導光体４に形成する指向性光出射機構の具体例としては、一次光源２を略中心とする弧状にレンズ列を形成したもの、一次光源２を略中心とする放射状にレンズ列を形成したもの、導光体４を構成する帯状の異屈折率層を一次光源２を略中心とする放射状に形成したもの、導光体４を構成する帯状の異屈折率層を一次光源２を略中心とする弧状に形成したものでなどが挙げられる。中でも、一次光源２を略中心とする弧状にレンズ列を形成したものが、導光体４中を一次光源２を略中心とする放射状に伝搬する光の方向が大幅に変化することなく光出射面４３から出射されるため、光偏向素子６によって殆どの光を所望の方向に偏向することができ、輝度が高く、輝度の均一性に優れた面光源装置が提供できることから好ましい。これは、ＸＹ面内では導光体４中を伝搬する光の方向が一次光源２を略中心とする放射状であり大幅に変化することがなく、かくして光出射面４３から出射される殆どの光を光偏向素子６によって所望の方向に偏向することができ、輝度が高く、輝度の均一性に優れた面光源装置が提供できるからである。
【００２１】
本発明においては、一次光源２としてＬＥＤ等の略点状光源を使用するため、導光体４に入射した光は、光出射面４３と略同一の平面内において一次光源２を略中心とした放射状に導光体４中を伝搬する。このような放射状に伝搬する光に対して、弧状に形成したレンズ列（弧状レンズ列）を一次光源２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、導光体４中を放射状に伝搬する光の殆どが弧状レンズ列に対して略垂直方向に入射することになるため、その伝搬方向に関わらず効率よく所望の方向に出射させることができ、伝搬方向を維持しやすくなるとともに、導光体４の光出射面４３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できる。弧状レンズ列は、導光体４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、導光体４中を放射状に伝搬する光の殆どが弧状レンズ列に対して垂直方向に入射するようにすることが好ましい。このような弧状レンズ列としては、断面形状が三角形状、弧状、半円状、多角形状等の形状のものを形成することができる。
【００２２】
指向性光出射機構としてこのような弧状レンズ列を形成する場合、形成する弧状レンズ列の径方向の分布は、連続して形成することもできるし、隣接する弧状レンズ列の間に平坦部を介して離散的にすることもできる。弧状レンズ列を連続して形成した場合、弧状レンズ列から出射した後に、隣接する弧状レンズ列に入射する光が存在する場合があり、このような光が多量に存在する場合には導光体４から出射する出射光の出射光分布の乱れが大きくなり、光偏向素子６によって所望の方向に偏向されない光が多くなることにより、輝度の低下を招く場合がある。このような場合には、弧状レンズ列を離散的に形成することにより、隣接する弧状レンズ列に入射する光を低減することができ、導光体４から出射する出射光からの出射光分布の乱れによる輝度の低下を抑止することができる。
【００２３】
一次光源としてのＬＥＤ２を本実施形態のように導光体４の１つのコーナー部に配置した場合には、ＬＥＤ２の光の指向性の方向と導光体４の長辺とのなす角度を図５に示すように３７〜４５度の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは３９〜４２度の範囲である。これは、ＬＥＤ２の光の指向性の方向と導光体４の長辺とのなす角が３７度未満であると、導光体４の短辺とのなす角度が大きくなり、ＬＥＤ２の光の指向性の方向と短辺との間の領域の輝度むらを防ぐことが困難となる傾向にあるためであり、この角度が４５度を超えるとＬＥＤ２の光の指向性の方向と短辺との間の領域が長辺との間の領域に比べ増大するため、ＬＥＤ２の光の指向性の方向と短辺との間の領域の輝度減少を防ぐことが困難となる傾向にあるためである。
【００２４】
このようにＬＥＤ２が導光体４のコーナー部に配置された場合には、図６、７に示したように導光体４の光出射面４３にＬＥＤ２を取り囲むようにして多数のレンズ列を略弧状に並列して形成することが好ましい。なお、本発明においては、図７に示したように導光体４として光出射面４３が略台形形状をなし、その底辺がなす１つのコーナー部にＬＥＤ２を配置することもできる。
【００２５】
本発明においては、一次光源としてのＬＥＤ２の配置は、本実施形態のようにコーナー部に限らず、図８、９に示したような配置をすることもできる。図８は、ＬＥＤ２が導光体４の裏面に設けられた凹部または貫通孔内に導光体４との間に空気層または透明物質を介して設置され、導光体４の光出射面４３にＬＥＤ３を取り囲むようにして多数のレンズ列を略円弧状に並列して形成したものである。図９は、導光体４の１つの端縁に複数個のＬＥＤ２を配置し、導光体４の光入射端面４１のＬＥＤ２と対向する部分にレンズ列４２が形成されている。この場合には、光入射端面４１の中央付近に位置するＬＥＤと対向する位置には左右対称の断面形状を有するレンズ列４２２を形成し、光入射端面４１の両端付近に位置するＬＥＤと対向する位置には左右非対称の断面形状を有するレンズ列４２１を形成することにより、導光体４の光出射面全体で輝度の均斉度を向上させることができる。
【００２６】
光偏向素子６は、導光体４の光出射面４３上に配置されている。光偏向素子６の２つの主面は、それぞれ全体としてＸＹ面と平行に位置する。２つの主面のうち一方（導光体の光出射面４３側に位置する主面）は入光面６１とされており、他方が出光面６２とされている。光偏向素子６は、導光体４からの出射光を目的の方向に偏向（変角）させる機能を果たすものであり、少なくとも一方の面に２つの面を有する多くのプリズム列が平行に配列して形成されたレンズ面を有するレンズシート等を使用することができる。
【００２７】
本発明においては、一次光源２としてＬＥＤ等の略点状光源を使用しているため、導光体４に入射した光は、光出射面４３と同一の平面内において一次光源２を略中心とした放射状に導光体４中を伝搬し、光出射面４３から出射する出射光も同様に一次光源２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６に形成するプリズム列を一次光源２を取り囲むように略弧状に並列して配置する。このように、プリズム列を一次光源２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４３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子６のプリズム列に対して垂直方向に入射するため、導光体４の光出射面４３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できる。
【００２８】
光偏向素子６に形成する略弧状のプリズム列は、導光体４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４３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子６のプリズム列に対して垂直方向に入射するようにすることが好ましい。具体的には、ＬＥＤ等の点状光源を略中心とした同心円状に円弧の半径が少しずつ大きくなるように並列して配置されたものが挙げられ、プリズム列の半径の範囲は、面光源システムにおける点状光源の位置と、液晶表示エリアに相当する面光源の有効エリアとの位置関係や大きさによって決定される。
【００２９】
また、光偏向素子６に形成されるプリズム列のパターンは、一次光源２の配置方法に応じて、光出射面４３から放射状に出射する光の殆どが光偏向素子６のプリズム列に対して略垂直方向に入射するようなパターンとなるように、適宜設定することができる。さらに、光偏向素子６に形成するプリズム列は、導光体４の光出射面４３に対面して光偏向素子６の入光面６１に形成してもよいし、出光面６２に形成してもよし、入光面６１と出光面６２の両面に形成してもよい。導光体４からの指向性の高い出射光を効率よく所望の方向に偏向させ、高い輝度を得るためには、光偏向素子６の入光面６１にプリズム列を形成することが好ましい。
【００３０】
入光面６１にプリズム列を形成した光偏向素子６を導光体４の光出射面４３に配置した場合には、光出射面４３から出射した出射光は、プリズム列の一次光源２に近い方の面から光偏向素子６に入射し、一次光源２に遠い方の面で内面反射し所望の方向に偏向された後、光偏向素子６の出光面６２から出射する。このため、導光体４の光出射面４３から出射した出射光の指向性をほぼ維持した状態でその出射方向を所望の方向に変えることができ、光の利用効率が高くなるとともに、輝度の高い面光源システムとすることができる。
【００３１】
導光体４の光出射面４３から出射する出射光は、出射光分布のピ−ク光が光出射面４３に対して１０〜５０度傾いた方向であるため、プリズム列の一次光源２から遠い方の面と光偏向素子６の基準平面のなす角度は４０〜８０度であることが好ましく、より好ましくは５０〜６５度、さらに好ましくは５５〜６５度である。これは、一次光源２から遠い方の面と光偏向素子６の基準平面のなす角度をこの範囲とすることにより、このような指向性を持つ導光体４からの出射光を、光偏向素子６の出光面６２の法線方向の近傍に偏向して出射することができるためである。ここで、光偏向素子６の基準平面とは、光偏向素子６のプリズム列が形成された面が平滑であると仮定した時の平面とする。
【００３２】
一方、導光体４中を伝搬する光の一部は、導光体４の末端まで到達し、その端面で反射して戻ってくる光が存在する。このような光は、導光体４の光入射面に向かって導光体４中を伝搬し、導光体４に形成された指向性光出射機構により光出射面４３から出射される。このような出射光は、光偏向素子６の一次光源２から遠い側のプリズム面から入射し、一次光源２に近い側のプリズム面で内面反射し所望の方向に偏向た後され、光偏向素子６の出射光面６２から出射する。このような出射光も、出射光分布のピ−ク光が光出射面４３に対して１０〜５０度傾いた方向であるため、このような出射光が比較的多い場合には、プリズム列の一次光源２に近い方のプリズム面と光偏向素子６の基準平面のなす角度も、一次光源２から遠い方のプリズム面と同様に４０〜８０度であることが好ましく、より好ましくは５０〜６５度、さらに好ましくは５５〜６５度である。
【００３３】
光偏向素子６の基準平面に対する２つのプリズム面のなす角度は同一としてもよく、異ならせることもできる。両角度を異ならせる場合には、その差が１０度以下であることが好ましく、より好ましくは５度以下、さらに好ましくは２度以下である。
【００３４】
本発明において、携帯電話や携帯情報端末等のような携帯用電子機器の面光源システムのように、消費電力の低減化と高輝度化の要求が非常に高い用途では、光偏向素子６に形成するプリズム列の断面形状を、プリズム面を凸状の曲面あるいは多角面形状とすることにより、プリズム面で内面反射する際に所望方向へ集中するように偏向させることができ、より指向性の高い集中光として出射されるため、消費電力あたりの輝度を高めることができ、低消費電力化および高輝度化をより高めることができる。
【００３５】
本発明の導光体４及び光偏向素子６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、環状ポリオレフィン樹脂が例示できる。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４及び光偏光素子６の粗面の表面構造や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、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上に、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表面に形成してもよいし、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。
【００３６】
光反射素子８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。また、導光体４の側端面（光入射端面４１を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
【００３７】
一次光源２としては、消費電力等の点からＬＥＤ光源が好ましいが、ハロゲンランプ等のような他の略点状の光源を用いることもできる。また、略点状の一次光源２としては、単色光のもの、赤、緑、青の３原色の波長の光を有する白色光源等を用いることができる。本発明においては、このような一次光源２として略点状の光源を１個または複数個使用することができる。また、１つのコーナー部または端面に複数の略点状の光源を近接して配置する場合には、複数の略点状の光源をアレイ化したＬＥＤアレイ等を点状光源として使用することができる。
【００３８】
一次光源２としては、目的や要求特性に応じて、最適の発光パターン（出射光分布）のものを用いることが好ましい。一般的には、一次光源２の前方の輝度が他の部分より高くなる現象を緩和するために、導光体４の光出射面４３に平行な方向（ａ方向）での発光パターンの広がりは大きいことが好ましく、発光パターンのピーク半値幅が１２０〜１８０度程度であるものが好ましい。導光体４の端面に一次光源２を設置する場合は、ａ方向の広がりが大きい発光パターンのものを使用することが好ましく、ピーク半値幅が１４０〜１８０度程度であるものが好ましい。また、導光体４のコーナー部に一次光源２を設置する場合は、導光体４中に入射した光が導光体４のａ方向において全面に向かって広がることが好ましく、入射した光の広がり角度が導光体４の面の広がりにほぼ一致することが好ましい。このため、光を入射する導光体２のコーナーの角度が９０度である場合には一次光源２のａ方向の発光パターンのピーク半値幅が６０〜１２０度程度であるものが好ましく、コーナーの角度が４５度である場合には一次光源２のａ方向の発光パターンのピーク半値幅が２０〜７０度程度であるものが好ましい。
【００３９】
また、一次光源２の光出射面４３に垂直な方向（ｂ方向）の発光パターンは、そのピーク半値幅が１０〜１２０度程度であることが好ましい。これは、ｂ方向が広すぎると光は一次光源２の近傍で出射しやすくなり輝度の均一性が低下する傾向にあり、ｂ方向の発光パターンが狭すぎると導光体４からの出射率が小さくなり輝度が低下する傾向にあるためである。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
実施例１
導光体の作製
鏡面仕上げをした４８ｍｍ×３４ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ３０μｍで、断面形状が頂角１６０度の断面二等辺三角形で、４８ｍｍ×３４ｍｍの四角形状の１つのコーナー近傍を中心とした円弧状プリズム列を同心円状に形成し、隣接する円弧状プリズム列間に３０〜２００μｍの平坦部を中心部より徐々に間隔が狭くなるように形成した円弧状プリズムパターンを４０ｍｍ×３０ｍｍの有効領域に切削加工した金型を得た。得られた金型と、鏡面仕上げをした４８ｍｍ×３４ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板を用いて射出成形を行い、長辺４８ｍｍ、短辺３４ｍｍ、厚み０．８ｍｍの矩形の導光板を得た。射出成形の材料としては、ポリメチルメタクリレ−トを用いた。
【００４１】
得られた導光体は、一方の面が平滑面で、他方の面に図６に示したような円弧状プリズムパターンが形成されていた。この導光体の円弧状プリズム列の中心となるコーナー部を端面長さ４ｍｍの平面状に切り欠き部を形成し光入射端面とした。この光入射端面全面に、図１１に示したような半径１５μｍの四分の一円と、長径が２５μｍで短径が１５μｍの四分の一楕円とを組み合わせた形状のレンズ列と、幅１０μｍの平面とからなるレンズ列パターン形成した金型を用いて加熱転写した。
【００４２】
光偏向素子の作製
鏡面仕上げをした４８ｍｍ×３４ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍで、断面形状が６５．４度の頂角を挟む２つの傾斜面が曲率半径４００μｍの凸状曲面である略二等辺三角形で、４８ｍｍ×３４ｍｍの四角形状の１つのコーナー近傍を中心とした円弧状プリズム列を同心円状に並列して連設した円弧状プリズムパターンを切削加工した金型を得た。得られた金型にアクリル系紫外線硬化性組成物を注入し、１８８μｍのポリエステルフィルム（東洋紡社製Ａ４０００、屈折率１．６００）を重ね合わせた後、高圧水銀ランプを用いてポリエステルフィルムを通して紫外線を照射しアクリル系紫外線硬化性組成物を硬化し、金型から剥離しプリズムシートを得た。得られたプリズムシートは、ポリエステルフィルムの片面に、屈折率１．５２８の紫外線硬化樹脂からなり、ピッチ５０μｍで、６５．４度の頂角を挟む２つのプリズム面が曲率半径４００μｍの凸状曲面である略二等辺三角形で、１つのコーナー近傍を中心とする同心円状の円弧状プリズム列が並列して連設した円弧状プリズムパターンが形成されていた。
【００４３】
面光源システムの作製
得られた導光体の円弧状プリズムパターンが形成された面側に光拡散反射フィルム（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を設置し、導光体の光出射面となる平滑面側に、得られたプリズムシ−トを円弧状プリズムパターンを形成した面が導光体側となり、形成した円弧状プリズム列の中心となるコーナー部が導光体の切り欠き部と重なるように設置した。また、導光体の切り欠き部には、導光体の光出射面と平行方向のピーク半値幅が１１５度（±５７．５度）、垂直方向のピーク半値幅１１０度（±５５度）のＬＥＤ光源１個を、ＬＥＤ光源の指向性の方向と導光体の長辺とのなす角が４０度となるように設置し、１５ｍＡの電流を流した。
【００４４】
評価
得られた面光源システムを点灯し観察したところ、輝度むらの発現はほとんど視認されない良好な外観であった。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、比較的少ない数の点状光源を一次光源として使用した場合であっても、輝度むらのない均斉度のとれた高品位の面光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の導光体の光入射端面の拡大斜視図である。
【図３】本発明の導光体の光入射端面の拡大斜視図である。
【図４】本発明の導光体の光入射端面の拡大斜視図である。
【図５】導光体に対する一次光源の位置を示す説明図である。
【図６】本発明の面光源装置の一実施態様を示す斜視図ある。
【図７】本発明の面光源装置の一実施態様を示す斜視図ある。
【図８】本発明の面光源装置の一実施態様を示す斜視図ある。
【図９】本発明の面光源装置の一実施態様を示す斜視図ある。
【図１０】本発明の光入射端面に形成するレンズ列の形状を示す断面図である。
【図１１】本発明の光入射端面に形成するレンズ列の形状を示す断面図である。
【図１２】本発明の光入射端面に形成するレンズ列の形状を示す断面図である。
【図１３】従来の面光源装置における導光体中での光の拡がり方を示す説明図である。
【符号の説明】
２　　　ＬＥＤ
４　　　導光体
４１　　光入射端面
４２　　光入射端面に形成されたレンズ列
４２１　非対称レンズ列
４２２　対称レンズ列
４３　　光出射面
６　　　光偏向素子
６１　　入光面
６２　　出光面
８　　　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】
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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】
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【図１２】
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【図１３】
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