(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点状の一次光源と、
該一次光源から発せられる光を導光し、且つ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を有する板状の導光体と、
該導光体の前記光出射面に隣接して配置されている光偏向素子とを備えている面光源装置であって、
前記導光体は、前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数の第１のレンズ列が形成されており、該第１のレンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部に第１の粗面が形成されており、該第１の粗面の平均傾斜角は場所により異なっており、
前記導光体は、更に、前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの他方に光出射機構を備えており、該光出射機構は、第２の粗面、または前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数の第２のレンズ列からなり、前記光出射機構の平均傾斜角は、場所により異なっており且つ前記第１の粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなっていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記第１の粗面の平均傾斜角が０．１〜８°であ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】
前記第１のレンズ列はプリズム列またはレンチキュラーレンズ列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。
【請求項４】
前記第１のレンズ列は、平均傾斜角が８〜６０°であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項５】
前記第１の粗面は、前記光入射端面の近傍の領域で他の領域より平均傾斜角が大きいことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項６】
前記光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面及び前記出光面の少なくとも一方に、前記導光体の前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項７】
前記一次光源はＬＥＤであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項８】
前記導光体の裏面に対向して光反射素子が配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッジライト方式の面光源装置に関するものであり、特に、小型化及び消費電力低減を企図した面光源装置に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば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好適に適用される。
【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】
このようなバックライトでは、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。
【０００４】
ところで、近年、携帯電話機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機器また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。
【０００５】
しかるに、小型の液晶表示装置の場合には、更に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。
【０００６】
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、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。
【０００７】
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は広がりが比較的狭くなるためであり、図１２に示したように、複数のＬＥＤの配列における両端のＬＥＤより外側に対応する導光体領域に暗い部分が発生し、液晶表示装置の表示画面に対応する有効発光領域の隅部が暗くなる。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分布の均一性維持とを両立させることは困難であった。
【０００８】
一方、一次光源として冷陰極管等の線状光源を使用したバックライトにおいて、入射端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、導光体の入射端面近傍部の表面を粗面に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。
【０００９】
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均斉度の不均一を出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
点状の一次光源から発せられる光を導光し、且つ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を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部に粗面が形成されていることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記レンズ列の表面に形成された粗面の平均傾斜角が０．１〜８°である。本発明の一態様においては、前記レンズ列はプリズム列またはレンチキュラーレンズ列である。本発明の一態様においては、前記レンズ列は、平均傾斜角が８〜６０°である。本発明の一態様においては、前記レンズ列の表面に形成された粗面の平均傾斜角が場所により異なる。本発明の一態様においては、前記レンズ列の表面に形成された粗面は、前記光入射端面の近傍の領域で他の領域より平均傾斜角が大きい。本発明の一態様においては、前記レンズ列が形成された面の反対側の面に光出射機構を備えている。本発明の一態様においては、前記光出射機構は、粗面、または前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列からなる。本発明の一態様においては、前記レンズ列が形成された面の反対側の面に光出射機構を備えており、該光出射機構の平均傾斜角は、場所により異なっており且つ前記レンズ列の表面に形成された粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなっている。本発明の一態様においては、前記光出射機構は、粗面、または前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列からなる。
【００１２】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
以上のような面光源装置用導光体と、該導光体の前記光入射端面に隣接して配置されている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、前記導光体の光出射面に対向して位置する入光面とその反対側の出光面とを有しており、前記入光面に、前記導光体の光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記一次光源は点状光源である。本発明の一態様においては、前記一次光源はＬＥＤである。本発明の一態様においては、前記導光体の裏面に対向して光反射素子が配置されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
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。
【００１５】
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、点状の一次光源としてのＬＥＤ２と、該ＬＥＤ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。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４つの端縁とを有している。
【００１６】
ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対の端縁のうちの一方（図１の手前側の端縁：入射端縁）に隣接し且つそのＸ方向に関する中央に配置されている。本発明においては、一次光源であるＬＥＤ等の点状光源は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が好ましいが、導光体４の大きさ等によって複数個を等間隔あるいは近接して配置することもできる。
【００１７】
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。導光体４に形成される光入射端面４１は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。ＬＥＤ発光面と光入射端面とは、凹凸逆の互いに嵌り合う形状（双方が平面である場合を含む）であることが好ましい。
【００１８】
導光体４は、一方の主面（図では上面）が光出射面４３とされている。この光出射面４３には、導光体４内にて導光される光を当該光出射面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。該指向性光出射機構は、例えば粗面（マット面）からなる。該指向性光出射機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び入射端縁と直交するＹ方向との双方を含むＹＺ面内の分布において指向性のある光を出射させる。この出射光分布のピークの方向が光出射面４３となす角度は、例えば１０〜４０°であり、出射光分布の半値幅は例えば１０〜４０°である。
【００１９】
導光体４は、他方の主面（図では下面）がレンズ列形成面としてのプリズム列形成面４４とされている。該プリズム列形成面４４は、図２に示されているように、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（光強度分布における最大強度の光Ｌ0 の方向）に略沿った方向に延び且つ互いに平行に配列された多数の第１プリズム列４４ａを有する（図２では各プリズム列４４ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図２に示されているように、第１プリズム列４４ａの方向をＹ方向とすることができる。なお、本発明においては、第１プリズム列４４ａの方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体２に入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この場合、第１プリズム列４４ａの方向は、導光体に入射した光の指向性の方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、図９に示したように、第１プリズム列４４ａの方向を局所的に特に光入射端面４１の側の端縁に近接する領域において、導光体４に入射した光の指向性の方向から変化させてもよく、この場合は方向を変化させた領域の面積を全体の３０％以下とすることが好ましい。このような方向に第１プリズム列４４ａを形成することによって、導光体４に入射した光がＸＹ面内で広げられ暗い部分が発生し難くなる。
【００２０】
第１プリズム列４４ａの配列ピッチＰ１は、１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。なお、本発明においては、第１プリズム列４４ａのピッチは、上記範囲内であれば全ての第１プリズム列４４ａで同一でもよいし、部分的に異なるものでもよいし、徐々に変化していてもよい。
【００２１】
また、図３に示されている第１プリズム列４４ａの頂角θは、６０〜１６４°であることが好ましい。これは、頂角をこの範囲とすることによって導光体４内に入射した光の分布を広げることができ、導光体４からの出射光の輝度分布の均一性の向上を図ることができるためである。この頂角θは、８０〜１５６゜の範囲とすることがより好ましく、さらに好ましくは１１０〜１５０゜の範囲である。第１プリズム列としては、断面三角形状のものに限定されるものではなく、三角形状の頂部が曲面あるは平面とされているものや、プリズム面が凸状面あるいは凹状面とされているものであってもよい。
【００２２】
本発明においては、導光体４のレンズ列形成面に形成されるレンズ列としては、プリズム列に限定されるものではなく、レンチキュラーレンズ等の他のレンズ列であってもよい。この場合には、形成されるレンズ列の延在方向と直交する方向でのＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角を８〜６０°とすることが好ましく、より好ましくは１２〜５０°の範囲であり、さらに好ましくは１５〜３５°の範囲である。これは、レンズ列の平均傾斜角をこの範囲とすることにより、導光体４に入射した光をＸＹ面内で効率よく広げることができるためである。
【００２３】
図４に、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光のＸＹ面内での分布をＭで示す。ここでは、Ｙ方向を角度０としている。このように、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光は、ＸＹ面内において指向性を持って（強度に角度分布を持って）導光体４の光入射端面４１に入射する。図４に示した場合では、ＬＥＤ２の発光の指向性がＹ方向と略一致しているため、導光体４へ入射する際の屈折作用を殆ど受けないため、第１プリズム列４４ａの延在方向は、ＬＥＤ２の発光の指向性の方向に沿っており、即ちＬＥＤ２の発光部から発せられた光のうちの最大強度光Ｌ0 の方向と一致している。
【００２４】
ところで、プリズム列等のレンズ列を形成することによって、導光体に入射した光をＸＹ面内である程度広げることはできるものの、レンズ列では特定方向に異方性をもって光が広げられるため、図１１に示したように暗い部分が生じ輝度分布の不均一が発生する。このため、本発明においては、第１プリズム列４４ａのそれぞれの表面を粗面とすることによって、このような輝度分布の不均一な部分の発生を抑止するものである。この粗面の程度は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．１〜８°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜６°の範囲であり、さらに好ましくは１〜４°の範囲である。
【００２５】
このように第１プリズム列４４ａの表面を粗面とすることで、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射した光のＸＹ面内での分布を、図４にてＮで示すように、Ｍより広い分布とすることができる。これにより、光出射面４３の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、第１プリズム列４４ａの頂角θを上記範囲内とすることで、以上のようなプリズム列形成面の粗面化による効果を維持しながら、Ｘ方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【００２６】
第１プリズム列４４ａの表面の粗面の平均傾斜角θａが０．１°未満であると、以上のようなＸＹ面内での光分布拡大の効果が十分得られなくなる傾向にある。また、第１プリズム列４４ａの表面の粗面の平均傾斜角θａが８°を越えると、第１プリズム列４４ａの形状崩壊が大きくなり、第１プリズム列４４ａの光分布を拡大する特性が損なわれたり、光入射端面近傍での出射光量が増大し過ぎて輝度の均斉度が損なわれる傾向にある。
【００２７】
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つの主面のうちの一方（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。出光面６２は、導光体４の光出射面４３と平行な平坦面とされている。入光面６１は、多数の第２プリズム列６１ａ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。
【００２８】
入光面６１の第２プリズム列６１ａは、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向に延び、互いに平行に形成されている。本実施形態では、第２プリズム列６１ａはＸ方向に延びている。なお、第２プリズム列６１ａは直線状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。第２プリズム列６１ａの配列ピッチＰ２は、１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。また、第２プリズム列６１ａの頂角は、５０〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは５０〜７０°の範囲である。
【００２９】
図５に、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。この図は、ＹＺ面内での導光体４からのピーク出射光（出射光分布のピークに対応する光）の進行方向を示すものである。導光体４の光出射面４３から斜めに出射される光は、第２プリズム列６１ａの第１面へ入射し第２面により全反射されてほぼ出光面６２の法線の方向に出射する。また、ＸＺ面内では、上記のような第１プリズム列４４ａの作用により出光面６２の法線の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【００３０】
本発明においては、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多数のレンズ単位が並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が、本発明のように指向性の高い光を出射する導光体４の場合には、レンズシートを使用することが特に好ましい。レンズシートに形成されるレンズ形状は、目的に応じて種々のものが使用され、例えば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、フライアイレンズ形状、波型形状等が挙げられる。中でも断面略三角形状の多数のプリズム列が配列されたプリズムシートが特に好ましい。
【００３１】
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。本発明においては、光反射素子８として反射シートに代えて、導光体４の光出射面の反対側の主面４４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。尚、導光体４の４つの側端面（光入射端面４１，４２を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
【００３２】
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。
【００３３】
本発明では、導光体４の光出射機構としては、上記の粗面の他に、図６に示すように、プリズム列、レンチキュラーレンズ列またはＶ字状溝等の多数のレンズ列を、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向（Ｘ方向）に延び、互いに平行に形成したものを用いることができる。なお、この場合のレンズ列は直線状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。この目的で使用される第３プリズム列４３ａは、配列ピッチＰ３が好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲であり、頂角が好ましくは１３０〜１７９°、より好ましくは１４０〜１７９°の範囲である。
【００３４】
この光出射機構は、導光体４の光出射面４３内で出射率が不均一分布となるように設けることもできる。例えば、光出射機構として粗面を使用する場合には、その表面粗さの光出射面４３内での分布が不均一となるように粗面化処理を施すことによって出射率の不均一分布を形成することができる。
【００３５】
以上の説明では、導光体４の光出射面４３に光出射機構を形成し、その反対側の主面（裏面）を第１プリズム列４４ａのプリズム列形成面４４としているが、本発明においては、光出射面を第１プリズム列のプリズム列形成面とし且つその反対側の主面に光出射機構を形成してもよい。この場合には、以上のようなプリズム列形成面の粗面化による効果を維持しながら、Ｘ方向と平行な面において集光された出射光を出射させるという上記の作用効果を得る上で、第１プリズム列の頂角を８０〜１００゜の範囲とすることが好ましい。
【００３６】
光出射機構としての粗面やレンズ列形成面は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜２５°の範囲のものとすることが、光出射面４３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０．５〜２０°の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体４の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）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４としてＬ／ｔが１００〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜８°とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜６°の範囲であり、より好ましくは０．５〜４°の範囲である。また、導光体４としてＬ／ｔが５０〜１００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．８〜１５°とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１０°の範囲であり、より好ましくは１〜６°の範囲である。さらに、導光体４としてＬ／ｔが５０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを１．５〜２５°とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜２０°の範囲である。
【００３７】
導光体４のレンズ列形成面に形成されるレンズ列、レンズ列の面に形成される粗面および光出射機構としての粗面あるいはレンズ列の平均傾斜角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。なお、レンズ列の面に形成される粗面の場合は、レンズ列の延在方向と平行な方向の平均傾斜角を測定する。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。
【００３８】
Δａ＝（１／Ｌ）∫0L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ  ・・・  （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ）  ・・・  （２）
さらに、導光体４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４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％より大きくなると光源２近傍で多量の光が出射して、光出射面４３内でのＹ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面４３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４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ピーク光の角度が光出射面の法線に対し５０〜８０°の範囲にあり、Ｙ方向を含み光出射面４３に垂直な面における出射光分布の半値幅が１０〜４０°であるような指向性の高い出射特性の光を導光体４から出射させることができ、その出射方向を光偏向素子６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。
【００３９】
本発明において、導光体４からの光出射率は次のように定義される。光出射面４３の光入射端面４１側での出射光の光強度（Ｉ0 ）と該端面から距離Ｌの位置での出射光強度（Ｉ）との関係は、導光体４の厚さ（Ｚ方向寸法）をｔとすると、次の（３）式のような関係を満足する。
【００４０】
Ｉ＝Ｉ0 ・α（１−α）L/t   ・・・  （３）
ここで、定数αが光出射率であり、光出射面４３におけるＹ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４から光が出射する割合（％）である。この光出射率αは、縦軸に光出射面４３からの出射光の光強度の対数と横軸に（Ｌ／ｔ）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。
【００４１】
以上のようなＬＥＤ２、導光体４、光偏向素子６および光反射素子８からなる面光源装置の発光面（光偏光素子６の出光面６２）上に、液晶表示素子を配置することにより液晶表示装置が構成される。液晶表示装置は、図１における上方から液晶表示素子を通して観察者により観察される。また、本発明においては、十分にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。
【００４２】
図７は、本発明による面光源装置用導光体をＬＥＤとともに示す平面図である。本図において、図１〜図６におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００４３】
本実施形態では、点状の一次光源としてのＬＥＤ２が、導光体４の隅部の切欠部に形成された光入射端面４１に隣接して配置されている。ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ対角線と平行に進行する。導光体裏面４４の第１プリズム列４４ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向と平行な方向に延びている。第１プリズム列４４ａのプリズム頂角及び表面の粗面の平均傾斜角は上記の実施形態のものと同様である。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００４４】
図８は、本発明による面光源装置用導光体をＬＥＤとともに示す平面図である。本図において、図１〜図７におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００４５】
本実施形態では、導光体裏面４４の粗面の平均傾斜角が場所により異なる。即ち、導光体４を用いて面光源装置を構成し、該面光源装置を用いて液晶表示装置を構成する場合には、導光体４の有効発光領域Ｆから出射した光のみが表示に直接寄与し、それ以外の部分から出射した光は機構部材（いわゆる額縁）により遮られる。そこで、有効発光領域Ｆを含む導光体裏面４４の第１の領域４４１では比較的小さな平均傾斜角となし、導光体裏面４４の第１の領域４４１以外の第２の領域４４２では第１の領域４４１より大きな平均傾斜角となしている。これにより、第２の領域４４２では光のＸＹ面内での広がりを均一として一次光源のイメージが有効発光領域Ｆに現れるのを防止し、第１の領域４４１では粗面の粗さを制御することによって出射率を適度に維持して第１プリズム列４４ａによるＸ方向と平行な面における集光された出射光の出射を確保するようにしている。このような目的のためには、第１の領域４４１の平均傾斜角は０．５〜４°が好ましく、第２の領域４４２の平均傾斜角は２〜８°が好ましい。
【００４６】
このように、本発明においては、輝度分布の均一性をさらに向上させる目的で、レンズ列の一部の領域に粗面の平均傾斜角が他の領域より大きい領域あるいは小さい領域を形成して、部分的に光の広がりを調整してもよい。この場合、平均傾斜角が異なる領域では、導光体からの出射率に与える影響が他の領域と異なるため、それを補償するようにその領域の光出射機構の平均傾斜角を調整し、例えば光出射機構の平均傾斜角をレンズ列の表面に形成された粗面の平均傾斜角が大きい領域ほど小さくなるようにして、導光体からの出射率が同程度となるようにすることが好ましい。
【００４７】
以上の実施形態では導光体の光出射面４３または裏面４４に形成した第１プリズム列の全面を粗面となしているが、本発明においては各第１プリズム列の一部の領域（例えば頂部近傍）のみを粗面となしてもよい。この場合、上記のような作用効果を十分に発揮させるためには、粗面領域の面積割合が２０％以上となるようにすることが好ましい。
【００４８】
以上の実施形態では１つのＬＥＤ２を一次光源として配置しているが、本発明においては、複数のＬＥＤなどの点状光源を用いることも可能である。この場合、複数の点状光源を導光体の同一の端縁に沿って適宜の距離隔てて配置してもよいし、導光体の互いに平行な２つの端縁のそれぞれに隣接配置してもよい。また、導光体の対角位置にそれぞれ形成した切欠部に隣接配置してもよい。複数の点状光源は、それらから発せられる光の最大強度光Ｌ0 の方向が互いに平行となるように配置するのが好ましい。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むらの測定は次のようにして行った。
【００５０】
平均傾斜角の測定
触針式表面粗さ計（東京精器社製サーフコム５７０Ａ型）にて、触針として１μｍＲ、５５゜円錐ダイヤモンド針（０１０−２５２８）を用いて、駆動速度０．０３ｍｍ／秒で測定した。抽出曲線の平均線から、傾斜の補正を行った後、前記（１）式および（２）式に従ってその曲線を微分した曲線の中心線平均値を求めた。なお、プリズム列表面の粗面の平均傾斜角の測定の際には、プリズム列の延在方向に沿って触針式表面粗さ計にて測定した。
【００５１】
輝度むらの測定
面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から４ｍｍ〜４．５ｍｍの幅０．５ｍｍの領域にてその長さ方向に沿って１ｍｍの間隔の位置ごとに輝度測定を行い、測定した輝度値の最小値と最大値との比（最小値／最大値）を求めた。
【００５２】
［実施例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００５３】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した後、その表面を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、真鍮板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面化されたプリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００５４】
以上の第１の金型及び第２の金型を用いて射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面が粗面化表面を有するプリズム面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は３．４°であり、プリズム面側の粗面の平均傾斜角は５．０°であった。
【００５５】
導光体の厚さ１ｍｍの短辺側端面に対向するようにして、３個のＬＥＤ（日亜化学工業社製ＮＳＣＷ２１５ｂｉＲ）を９．０ｍｍの間隔で配置した。この導光体のプリズム面側には光散乱反射シート（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を配置し、粗面側には頂角６５°でピッチ５０μｍのプリズム列が多数並列に形成されたプリズムシート（三菱レイヨン社製Ｍ１６５）を、そのプリズム形成面が対向するように配置し、図１０に示したような面光源装置を作製した。即ち、導光体の粗面からなる面を光出射面として用いた。なお、得られた面光源装置の有効発光領域Ｆは図示した通りである。
【００５６】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．７であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。
【００５７】
［実施例２］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。次いで、真鍮板の一つ長さ３４ｍｍの辺の近傍の幅４ｍｍ以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板を真鍮板の表面から４０ｍｍ離して配置し、真鍮板の表面の遮蔽板により覆われていない領域を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、真鍮板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で幅４ｍｍの帯状にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、部分的に粗面化されたプリズムパターンの形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００５８】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行った。次いで、ステンレススチール板の一つの長さ３４ｍｍの辺の近傍の幅４ｍｍの部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレススチール板の表面から４０ｍｍ離して配置し、ステンレススチール板の表面の遮蔽板により覆われていない領域を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 でブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００５９】
以上の第１の金型及び第２の金型を用いて射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状の透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。射出成形の際には、２つの金型を帯状ブラスト処理された部分どうしが対向するように配置し、且つこれらの帯状ブラスト処理された部分が導光体の厚肉側となるようにした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は、厚肉端面から４ｍｍの帯状領域では０．５°であり、この帯状領域に隣接する約１ｍｍの帯状領域では平均傾斜角が徐々に変化しており、それ以外の領域では３．４°であった。また、プリズム面側の粗面の平均傾斜角は、厚肉端面から４ｍｍの帯状領域では５．０°であった。
【００６０】
得られた導光体を用いて、実施例１と同様にして、図１０に示したような面光源装置を作製した。
【００６１】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．７であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。
【００６２】
［比較例１］
プリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型に対するブラスト処理を施さないこと以外は実施例１と同様にして、面光源装置を作製した。
【００６３】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．２であり、有効発光領域Ｆ内で図１１に示したような輝度むらが観察された。
【００６４】
［比較例２］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行った。次いで、ステンレススチール板の一つの長さ３４ｍｍの辺の近傍の幅４ｍｍ以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレススチール板の表面から４０ｍｍ離して配置し、ステンレススチール板の表面の遮蔽板により覆われていない領域を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）を用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を４０ｃｍとして、吹付け圧力５．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で幅４ｍｍの帯状にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００６５】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°の二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。これにより、プリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００６６】
以上の第１の金型及び第２の金型を用いて射出成形を行い、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状の透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。射出成形の際には、２つの金型を第１の金型の帯状ブラスト処理された部分が導光体の厚肉側となるようにした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は、厚肉端面から４ｍｍの帯状領域では５．０°であり、この帯状領域に隣接する約１ｍｍの帯状領域では平均傾斜角が徐々に変化しており、それ以外の領域では３．４°であった。
【００６７】
得られた導光体を用いて、実施例１と同様にして、図１０に示したような面光源装置を作製した。
【００６８】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．４であり、有効発光領域Ｆ内で輝度むらが観察され、特に光源の近傍のみが明るくなる現象が観察された。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導光体の光出射面及びその裏面のうちの一方に、光出射面に沿った面内での一次光源の発光の指向性の方向に沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列を形成し、該レンズ列のそれぞれの表面の少なくとも一部に粗面を設けたことで、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に伴う輝度均斉度の不均一を、出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、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】本発明による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図３】本発明による導光体のプリズム列形成面の断面図である。
【図４】ＬＥＤの出射光強度分布及び導光体内での強度分布を示す図である。
【図５】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図６】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図７】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図８】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図９】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１０】実施例で使用した面光源装置の寸法を示す模式図である。
【図１１】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【図１２】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２    ＬＥＤ
４    導光体
４１    光入射端面
４３    光出射面
４３ａ    第３プリズム列
４４    プリズム列形成面
４４ａ    第１プリズム列
４４１    プリズム列形成面の第１の領域
４４２    プリズム列形成面の第２の領域
６    光偏向素子
６１    入光面
６１ａ    第２プリズム列
６２    出光面
【図１】
0004807814.tif 000002
【図２】
0004807814.tif 000003
【図３】
0004807814.tif 000004
【図４】
0004807814.tif 000005
【図５】
0004807814.tif 000006
【図６】
0004807814.tif 000007
【図７】
0004807814.tif 000008
【図８】
0004807814.tif 000009
【図９】
0004807814.tif 000010
【図１０】
0004807814.tif 000011
【図１１】
0004807814.tif 000012
【図１２】
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