(57)【要約】【課題】面状光源素子に２枚のプリズムアレイを平行配置する際、この２枚のプリズムアレイの干渉によるモアレが視認されると面状光源素子の品質低下、さらには液晶表示装置の品質を大きく低下させる。【解決手段】断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍとする面状光源装置において、前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は０＜Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）≦１００μｍの関係を満たすことを特徴とする面状光源装置。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍとする面状光源装置において、
前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は
０＜Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）≦１００μｍ
の関係を満たすことを特徴とする面状光源装置。
【請求項２】
前記Ｐ１μｍ、Ｐ２μｍは前記プリズムアレイのプリズム列の頂点間の距離の平均値とすることを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
【請求項３】
断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、
前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍ、
前記各々のプリズムアレイのプリズム列の相対角度をθ（度）とする面状光源装置において、前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は
−５＜θ＜５の範囲内で
０＜Ｐ１×Ｐ２×ｃｏｓθ／（Ｐ２×ｃｏｓθ−Ｐ１）≦１００μｍ
の関係を満たすことを特徴とする面状光源装置。
【請求項４】
前記Ｐ１μｍ、Ｐ２μｍは前記プリズムアレイのプリズム列の頂点間の距離の平均値とすることを特徴とする請求項３記載の面状光源装置。
【請求項５】
導光体と、
前記導光体の光出射面に、断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置した面状光源装置において、
前記プリズムアレイのプリズム列が形成された面の裏面が、前記導光体の光出射面と対向するように配置され、前記プリズム列が形成された面の裏面は平滑面または光学的に平滑であることを特徴とする面状光源装置。
【請求項６】
断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍとする面状光源装置において、
前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は０＜Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）≦１００μｍの関係を満たし、
光源からの光を一の面に導く導光体を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の面状光源装置。
【請求項７】
断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍ、
前記各々のプリズムアレイのプリズム列の相対角度をθ（度）とする面状光源装置において、前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は
−５＜θ＜５の範囲内で
０＜Ｐ１×Ｐ２×ｃｏｓθ／（Ｐ２×ｃｏｓθ−Ｐ１）≦１００μｍの関係を満たし、光源からの光を一の面に導く導光体を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の面状光源装置。
【請求項８】
前記面状光源装置を備えた請求項１乃至７にいずれかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等の照明手段である面状光源装置に関するもので、特に光の進行方向を制御するプリズムアレイを備えた面状光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置においては、照明手段として光源から表示面に光を導く面状光源装置を用いているが、ユーザーの要求に応じ、光源の光を所望の方向にて有効利用するための照明手段が提案されている。従来の技術にかかる文献には、例えば光の進行方向を制御するマルチプリズム（＝本発明ではプリズムアレイと称する）を面状光源装置に２枚配置する際、光出射面側に重ねて配設された複数の頂角８０から１１５°のマルチプリズムとからなり、マルチプリズムは一のマルチプリズムのプリズム軸が他のマルチプリズムのプリズム軸と実質的に平行にかつ、マルチプリズムのプリズム軸の各々が光入射面から入射した光と実質的に直交し、マルチプリズムの各々の凸部が同じ方向に向くように配置され、正面方向（法線方向）などの特定の方向に光を集光して高輝度を実現させるという面光源素子が開示されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２０１２１７号公報（第２―５ページ  図１、図３−図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
面状光源素子に配置されたマルチプリズムを通過した光はマルチプリズムに形成されたプリズムの頂角間のピッチと同ピッチの明暗稿が周期的に生じる。１枚のマルチプリズムのピッチは通常１００μｍ以下と小さいため、１枚のマルチプリズムを面状光源素子に配置する場合、明暗稿は視認されることはなく、面状光源素子の品質は低下しない。しかしながら、特許文献１に記載された面状光源素子のように複数のマルチプリズムをプリズム軸が実質的に平行になるよう配置させる場合、２枚のマルチプリズムに生じる明暗が干渉しピッチの大きな明暗稿を生じる。マルチプリズム１の明暗稿を図５（ａ）、マルチプリズム２の明暗稿を図５（ｂ）に示す。また、マルチプリズム１、マルチプリズム２を平行配置した場合の明暗稿を図５（ｃ）に示す。図においてＡのようにマルチプリズム１とマルチプリズム２とで山と谷が逆の所がモアレの谷となり、Ｂのように山と山が重なった所がモアレの山となる。この干渉による大きなピッチ（モアレピッチＭＰ）の明暗稿は通常モアレと呼ばれ、モアレが視認されると面状光源素子の品質低下、さらには液晶表示装置の品質を大きく低下させるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、液晶表示装置等の照明手段である面状光源装置において、断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置する際、プリズムアレイの干渉によるモアレを視認不可能とした面状光源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の面状光源装置は断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍとする面状光源装置において、前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は、０＜Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）≦１００μｍの関係を満たすことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。この発明の一実施の形態である液晶表示装置の分解斜視図を図１に示す。図１に示すように光源や導光体、反射板からなる平面光源９の光出射面にプリズムアレイ１、プリズムアレイ２を配置して面状光源装置１０とする。また、面状光源装置１０上には２枚の基板間に液晶を挟持した液晶パネルなどの表示素子８が配置され、液晶表示装置が完成する。
【０００８】
次にプリズムアレイ１、プリズムアレイ２について図２の断面図を用いて説明する。プリズムアレイ１、２は平面光源９などから出射した光の進行方向を制御するシートであり、光の制御は通常、シート上に形成されたプリズム列３、４で行われる。プリズム列３、４は断面が略三角形で隣接する該三角形の頂点間の距離（＝以下「プリズム列のピッチ」と称する）が略等ピッチとなるよう連続形成されている。２枚のプリズムアレイはプリズム列３、４が形成されている面が表示素子８側に、裏面が平面光源９側に向くように配置し、プリズム列３、４が互いに略平行になるよう配置する。平面光源９から発せられた光はまず、プリズムアレイ２のプリズム列が形成された面の裏面２ｂに入射され、プリズム列４によって光路を変更しプリズム列が形成された面である出射面２ａより出射される。さらにこの光はプリズムアレイ１のプリズム列が形成された面の裏面１ｂに入射され、同様にプリズム列３によって光路を変更し、略正面方向（法線方向）の光となってプリズム列が形成された面である出射面１ａより出射される。このため、本実施の形態における面状光源装置１０の構成によって正面方向の輝度が向上する。
【０００９】
また、前述した通り、２枚のプリズムアレイを配置した際、互いのプリズムアレイの干渉によってモアレが生じる。２枚のプリズムアレイのプリズム列３、４が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列３、４のピッチをＰ１μｍ、Ｐ２μｍとした場合、プリズムアレイのモアレピッチＭＰは以下の式で表すことができる。
ＭＰ＝Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）・・・式１
式１より、モアレピッチは０とならないため、本願発明者はモアレピッチを小さくしてモアレを視認不可能にすればよいと考え、モアレが視認不可能となるモアレピッチを検証実験にて目視評価を行った。
【００１０】
［検証実験］
検証に使用した面状光源装置の構成を図３（ａ）に示す。ポリメタルメタクリレート（ＰＭＭＡ）よりなる３７×４８×０．８［ｍｍ］の導光体５を用い、その光出射面５ａの裏面である面５ｃにテーパ角度１度の微細なプリズム列を作成した。また導光体５の短辺側５ｂには白色ＬＥＤ６を３個配置した。また、導光体５光出射面５ａの裏面５ｃに銀蒸着を行ったポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートである反射シート７を配置して平面光源装置９とした。また、この平面光源装置の導光体５の光出射面５ａ上にプリズムアレイ１、２を配置して面状光源装置とした。図３（ｂ）に示すようにこの面状光源装置１０において、法線方向Ｄからのモアレピッチが視認可能かどうかの目視評価を行った。使用したプリズムアレイのプリズム列のピッチ（Ｐ１μｍ、Ｐ２μｍ）と、この場合のモアレピッチ（ＭＰ）とモアレの視認の有無を検証した実験の結果を表１に示す。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
表１に示すように、モアレピッチが１００μｍ以下であればモアレは視認されないことを検証にて得ることができた。従ってプリズムアレイを２枚配置する場合、次の式２の関係を満たしていれば、モアレが視認されない。
０＜Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）≦１００μｍ・・・・式２
【００１３】
以上説明したとおり、平面光源装置の光出射面にプリズムアレイをプリズム列に略平行に２枚配置する際、２枚のプリズムアレイのプリズム列のピッチを式２の関係を満たすプリズムアレイを選定して配置することによって、モアレが視認されない、表示品質の高い面状光源装置を得ることができた。
【００１４】
実施の形態２．
また、実際に実施の形態１にて説明した面状光源装置を作成する場合、プリズムアレイの加工のばらつき、プリズムアレイの設置によるずれなどによって、２枚のプリズムアレイを完全に平行に配置することは困難である。これらの影響のため、２枚のプリズムアレイのずれは５度程度考慮して選定する必要がある。図４に示すように、各々のプリズムアレイのプリズム列３、４のピッチをＰ１μｍ、Ｐ２μｍ、各々のプリズムアレイのプリズム列３、４のずれである相対角度をθすると、プリズムアレイ１のプリズム列３に対するプリズムアレイ２のプリズム列４のピッチはＰ２×ｃｏｓθで表されるため、実際のモアレピッチは、−５°≦θ≦５°の範囲内で、
Ｐ１×Ｐ２×ｃｏｓθ／（Ｐ２×ｃｏｓθ−Ｐ１）・・・式３
で示される。
【００１５】
実施の形態１にて検証した通り、１００μｍ以下であればモアレが視認されないため、
０＜Ｐ１×Ｐ２×ｃｏｓθ／（Ｐ２×ｃｏｓθ−Ｐ１）≦１００μｍ・・式４
の関係が成り立つ。
【００１６】
以上説明したとおり、平面光源装置の光出射面にプリズムアレイをプリズム列に略平行に２枚配置する際、２枚のプリズムアレイのプリズム列のピッチやずれを考慮してプリズムアレイを選定し配置することによって、モアレが視認されない、表示品質の高い面状光源装置を得ることができた。
【００１７】
本実施の形態ではプリズムアレイのプリズム列が形成されている面を表示素子側に配置して正面方向の輝度を高くする構造としたが、プリズム列が形成されている面を平面光源側に向くように配置し、プリズム列の頂点の角度等を考慮して正面方向の輝度を高くする構造としてもよい。また、所望する方向に光を出射させるようプリズム列の頂点の角度やプリズム列が形成されている面の向きは種々変更可能である。さらに、本実施の形態では２枚のプリズムアレイのプリズム列が形成された面は同じ向きとしたが、目的に応じて決定すればよく、同じ向きにする必要はない。
【００１８】
本実施の形態ではプリズムアレイ２枚を平面光源装置に配置する構造としたが、プリズムアレイ２の機能を導光体に持たせる構造であってもよい。導光体に略三角形のプリズム列を形成し、光出射面にプリズムアレイ１を配置する構造としても同様の効果が得られる。プリズムアレイ２を配置する必要がなくなるため、部品点数が減り、さらに、プリズムアレイ２自体に吸収されていた光を有効利用することができる。
【０００１９】
本実施の形態１、２において、プリズムアレイのプリズム列のピッチは固定して連続したものを使用してきたが、プリズム列は連続して配されなくてもよく、可変であってもよい。この場合はＰ１、Ｐ２は平均ピッチとすればよい。
また、光源はＬＥＤを使用したが、ＬＥＤ以外の光源、例えば、冷陰極管などの光源でも同様の効果が得られる。また、導光体はＰＭＭＡを使用したが、透明性の材料であれば、ガラス、ポリカーボネイト（ＰＣ）などでもよい。さらに、プリズムアレイと表示素子の間に光拡散作用をもつ光学シート、偏光により光線を分割する光学シートなどを所望の目的に応じて配置してもよい。
【００２０】
実施の形態３．
また、プリズムアレイのプリズム列が形成された面の裏面にはビーズをまいたり、液体を塗って凸凹にするマット処理や表面を凸凹に加工するエンボス加工などを行わない。通常このような加工は光拡散手段や複数配置したシート同士を密着させないために行われる。図２に示すように本実施の形態においてはプリズムアレイ２のプリズムが形成された面の裏面２ｂには平滑面、または光学的に平滑である１μｍ以上の凸凹面がない平滑面を形成する。このため、プリズムアレイ２のプリズムが形成された面の裏面２ｂに配置した平面光源装置９を形成する導光体等が傷つかないようになる。本実施の形態３の構成とすることで、正面方向の輝度が向上し、光制御機能を損なうことのない面状光源装置を得ることができる。
【００２１】
また、プリズムアレイ１のプリズム列が形成された面の裏面にも光拡散手段を形成させず、平滑面もしくは光学的に平滑面を形成させる構造としてもよい。このような構造とすることで、さらに光制御機能を損なうことのない面状光源装置を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば断面が略三角形のプリズム列が形成されたプリズムアレイを前記プリズム列が略平行になるように２枚配置し、前記各々のプリズムアレイのプリズム列の隣接する頂点間の距離をＰ１μｍ、Ｐ２μｍとする面状光源装置において、前記プリズム列の隣接する頂点間の距離は０＜Ｐ１×Ｐ２／（Ｐ２−Ｐ１）≦１００μｍの関係を満たすことを特徴としたので正面方向の輝度が向上し、モアレが視認されない、表示品質の高い面状光源装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における液晶表示装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における面状光源装置を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における面状光源装置を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における面状光源装置を示す図である。
【図５】面状光源装置の明暗稿について示した図である。
【符号の説明】
１  プリズムアレイ
２  プリズムアレイ
３、４  プリズム列
５  導光体
６  ＬＥＤ
７  反射シート
８  表示素子
９  平面光源
１０  面状光源装置
Ｐ１  プリズムアレイ１のピッチ
Ｐ２  プリズムアレイ２のピッチ
【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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