(57)【要約】【課題】  高輝度な面光源装置を提供すること。【解決手段】  光入射面と光出射面を有する導光体と、光入射面に対向して設けられる光源と、導光体の光出射面上に配置される集光部材とを有する面光源装置であって、導光体の、光出射面には、光源からの光が主に進行する方向における幅Ｗと、高さＨとの関係Ｈ／Ｗ＝０．１〜１．５である突起状の光取り出し機構がピッチ２Ｈ〜８Ｈで設けられ、集光部材が、頂角を光出射面に向けたプリズムがピッチ１〜５００μｍで配列されたプリズムアレーから構成され、当プリズムアレーの長さ方向が光源からの光が主に進行する方向に直交するように配置されるとともに、頂角が、法線に対して光源と反対側の角度で２０〜４８°であることを特徴とする。【選択図】    図１
2005158427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面と光出射面を有する導光体と、前記光入射面に対向して設けられる光源と、前記導光体の前記光出射面上に配置される集光部材とを有する面光源装置であって、
前記導光体の、前記光出射面には、前記光源からの光が主に進行する方向における幅Ｗと、高さＨとの関係Ｈ／Ｗ＝０．１〜１．５である突起状の光取り出し機構がピッチ２Ｈ〜８Ｈで設けられ、
前記集光部材が、頂角を前記光出射面に向けたプリズムがピッチ１〜５００μｍで配列されたプリズムアレーから構成され、当該プリズムアレーの長さ方向が前記光源からの光が主に進行する方向に直交するように配置されるとともに、前記頂角が、法線に対して前記光源と反対側の角度で２０〜４８°であることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記光取り出し機構の先端部が丸みを帯びた形状を有することを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
【請求項３】
前記導光体の前記光出射面に対向する面には、前記集光部材を構成するプリズムアレーとその長さ方向が直交するプリズムアレーが設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の面光源装置。
【請求項４】
前記光出射面の、前記突起のない部分の表面粗さがＲｚで０．００１〜１．０であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の面光源装置を用いた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置及びそれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータ向けモニターや薄型ＴＶ等の表示装置として透過型の液晶表示（ディスプレイ）装置が多用されている。このような透過型液晶表示装置では、通常、液晶素子の背面に面状の照明装置、即ちバックライト（面光源装置）が設けられている。この面光源装置は、例えば冷陰極放電管等の線状光源と、この線状光源から発せられる光を面状の光に変換する機構とから構成される。
【０００３】
具体的には、液晶素子の背面直下に光源を設ける方法（直下方式）や、アクリル板等の透光性の導光体の側面に光源を設置し、導光体を用いて面状に光を変換して面光源を得る方法（サイドライト方式）が代表的である。特に薄型化が重要な用途では、サイドライト方式が極めて有効であり、数多く実用に供されている。このサイドライト方式については、例えば特許文献１、特許文献２に開示されている。
【０００４】
高輝度の面光源装置を実現するため、さまざまな構成が提案されているが、起動工場のための代表的な構成として、導光体から出射する光の向きを揃える集光シートを用いる構成が知られている。
【０００５】
このような従来のサイドライト方式面光源装置の構成例を図５（ａ）を用いて説明する。透光性の平板からなる基板即ち導光体１の一側端には、側端面１ａに対向し、かつ略平行となるよう線状光源２が設けられる。この線状光源２を覆うようにリフレクタ３が取り付けられ、線状光源２からの直接光とリフレクタで反射された反射光とが側端面（光入射面）１ａから導光体１に入射するように構成される。
【０００６】
そして、導光体１の一表面１ｂは光出射面とされ、この光出射面１ｂの上には鋸歯状の断面を有するプリズムアレー４からなる集光シート（プリズムシート）５が頂角を観察者側に向けて配置される。また、導光体１における光出射面１ｂとは反対側の面１ｃには光散乱性インキにより多数のドット６ａを所定のパターンで印刷形成してなる光取り出し機構６が設けられている。さらに、導光板１の面１ｃ側には、この面１ｃに近接して反射シート７が設けられるのが一般的である。
【０００７】
また、この種の面光源装置の別な代表例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）において、図５（ａ）と同じ機能を有する要素には同じ参照数字を付し、重複する説明は省略する。図５（ｂ）に示す構成では、集光シート５が、図５（ａ）の構成とは逆に、頂角を導光体１の光出射面１ｂ側に向けて光出射面１ｂ上に設けられること、導光体１の面１ｃ表面には、印刷によるドットではなく、導光板１を粗面加工することによって形成された多数の粗面パターン６ｂが光取り出し機構として設けられること以外は図５（ａ）の構成と等しい。集光シートの頂角を導光体側に向けて配置する構成については、例えば特許文献３にも開示されている。
【０００８】
これまでの検討から、集光シートを用いる場合、導光体の光出射面側に頂角を向けた三角プリズムアレーを用い、照明光を正面方向に変角、集光して面光源を得る図５（ｂ）の形態の方が高性能な面光源装置が得られることが知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−９９１８７号公報
【特許文献２】特開昭６３−６２１０４号公報
【特許文献３】特開平２−１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
集光シートの利用を初めとした高輝度化への試みにより、面光源装置の性能も年々向上しているが、高輝度化への要求は依然として根強いものがある。その一方で表示装置の所謂狭額縁化や薄型化などの要求も高まり、面光源装置に対しても更なる薄型化や小型化が要求されている。その結果、利用できる光源の径も小さくなる方向にあり、光源から出射した光線をより効率的に使用する必要性がますます高まっている。
【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、より高輝度な面光源装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明の要旨は、光入射面と光出射面を有する導光体と、光入射面に対向して設けられる光源と、導光体の光出射面上に配置される集光部材とを有する面光源装置であって、導光体の、光出射面には、光源からの光が主に進行する方向における幅Ｗと、高さＨとの関係Ｈ／Ｗ＝０．１〜１．５である突起状の光取り出し機構がピッチ２Ｈ〜８Ｈで設けられ、集光部材が、頂角を光出射面に向けたプリズムがピッチ１〜５００μｍで配列されたプリズムアレーから構成され、当プリズムアレーの長さ方向が光源からの光が主に進行する方向に直交するように配置されるとともに、頂角が、法線に対して光源と反対側の角度で２０〜４８°であることを特徴とする面光源装置に存する。
【００１３】
また、本発明の別の要旨は、本発明の面光源装置を用いた表示装置に存する。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成により、本発明による面光源装置は高い輝度を実現することが可能となり、液晶表示装置等の表示装置に好適に利用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明をその好適な実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明による面光源装置の一実施形態を示す分解斜視図である。本実施形態において面光源装置は、略長方形状の導光体１と、導光体１の平行な一対の端面に対向して配置された線状光源２１及び２２と、集光シート５及び反射シート７から構成される。
【００１６】
線状光源２１及び２２には一般的には小型化の容易な冷陰極管が用いられるが、これに限定されるものではなく、熱陰極管、ＬＥＤ、ＥＬ素子等の光源も用いることが可能である。
【００１７】
また、線状光源２１及び２２の配置並びに数も任意であり、例えばいずれか一方の光源のみを配置したり、或いは導光体１の残り一対の端面に対向して更に光源を配置したりすることが可能である。
【００１８】
なお、図１においては説明を簡単にするため省略してあるが、実際には線状光源２１及び２２の周囲にはランプリフレクタが配置され、光源から出射した光線を出来るだけ無駄なく導光体１の端面（光入射面）に入射させている。ランプリフレクタに用いられる材質は光線反射率の高いものであれば特に限定はされないが、例えば、Ａｇ蒸着層を有する金属板、白色のプラスチックフィルム等が好適に用いられる。
【００１９】
導光体１はＰＭＭＡ、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）及びポリカーボネート等の透明樹脂から形成される。また、その厚みは略一定もしくは光源からの距離が大きくなるに従って厚みが減少するくさび型とすることができる。図１に示すように光源を対向して配置する場合にくさび型形状を適用する場合、線状光源２１及び２２に対向する端面から導光体１中央に向かってそれぞれ厚みが減少するように構成すればよい。図１のように光源を対向配置する場合には略一定の厚みを有する導光体が、一端面に対向して光源を配置する場合にはくさび型の導光体を用いることが好ましい。
【００２０】
線状光源２１及び２２から出射した光は、直接又はランプリフレクタに反射されて導光体端面から導光体１へ入射する。そして、入射した光線は導光体１内を、幾何光学におけるスネルの法則に基づいて、全反射条件を満たしながら導光体１内を伝搬していく。
【００２１】
導光体１内を伝播する光を効率よく光出射面１０から出射させ、集光シート５へ入射させるため、本実施形態の面光源装置においては導光体１の光出射面１０に突起状の光取り出し機構が設けられる。この光取り出し機構とは、全反射条件を満たしながら導光体内を伝搬している光線を、導光体外部に出射させる機能を果たす機構である。
【００２２】
本実施形態においては、光取り出し機構として、導光体１の光出射面１０には突起１２が設けられるとともに、導光体１の光出射面１０と対向する面はプリズムアレー１１状に加工されている。プリズムアレー１１は、略三角柱状のプリズムが複数並んで構成され、プリズムの長手方向が線状光源２１及び２２の長さ方向と直交するように形成される。プリズムの頂角は９０〜１６０°、ピッチは１〜５００μｍが好ましい。
【００２３】
プリズムアレー１１から導光体１下面に取り出された光は、ランプリフレクタ同様反射率の高い表面を有する材質で構成される反射シート７によって反射され、再度導光体１に入射する。
【００２４】
なお、導光体１の下面に設けられる光取り出し機構は、図１に示すようなプリズムアレーに限定されず、シリカやチタニア等の光散乱性微粒子が分散したインキを所謂ドットパターンとして導光体下面に印刷することで、光散乱現象によって導光体外に出射させる態様や、導光体下面に粗面部分を設け、粗面部分での光散乱現象を利用して導光体外に光を出射させる態様、導光体下面に微少な傾斜面部を設け、傾斜面部に入射した光線が導光体外に出射する現象を利用する態様、導光体下面に突起を設ける態様等様々な構成を用いることが可能である。
【００２５】
本発明に特徴的な、導光体１の上面に設けられる光取り出し機構である突起１２は、例えば円、菱形、四角形、三角形、半円といった水平断面形状を有する突起である。突起１２はまた、図２に示すように、その水平断面形状、好ましくはその中央部分が出射方向に凸であることが好ましい。また、突起１２はプリズムアレー１１と同様、導光体１と例えば射出成形によって一体成形され、先端部、好ましくは突起の高さＨの略半分であるＨ／２付近から上が丸みを帯びた形状を有する。突起１２の先端部形状は、例えば射出成形であれば金型温度を制御することにより実現することができる。
【００２６】
ここで、突起１２の先端部が丸みを帯びていることの意味について説明する。本実施形態においては、導光体１の光出射面から出射した光を、最終的に集光シート（プリズムシート）５によって一方向に揃える構成を有している。集光シート５を構成するプリズムを効果的に利用するには、導光体１の突起１２から出射する光が光出射面に垂直ではなく、ある程度の角度を持っていることが好ましい。
【００２７】
すなわち、突起の先端部に丸みが無く、突起上面が付け根部分と同一形状を有している場合には、突起上面から出射する光の、集光シート５を構成するプリズムアレーへの入射角が小さく、プリズムアレーによる正面方向への偏光（集光）効果を得にくくなる。それに対し、突起先端部が丸みを帯びていると、先端部から出射する光はより大きな入射角で集光シート５のプリズムアレーに入射するため、正面方向への偏光（集光）効果を得やすくなる。
【００２８】
突起１２の大きさは線状光源２１及び２２の長さ方向に垂直な方向における幅Ｗが１〜２００μｍであることが好ましく、高さＨは幅Ｗに大してＨ／Ｗ＝０．１〜１．５であることが好ましい。また、隣接する突起間の中心点距離（ピッチ）は高さＨに対して２Ｈ〜８Ｈであることが好ましい。突起１２の大きさと密度を線状光源からの距離に応じて変化させることにより導光体１から取り出す光の量を調整することが可能である。
【００２９】
導光体１の光出射面１０の、突起１２が設けられない部分は、平坦であることが好ましく、具体的には十点平均粗さＲｚが０．００１〜１．０μｍであることが好ましい。この部分を平坦にすることにより、光の散乱を抑制することが可能となり、結果として光の利用効率が高くなる。
【００３０】
集光シート５は、頂角を下向きに形成されたプリズムアレーから構成され、個々のプリズムの長さ方向が線状光源の長さ方向に等しくなるように（すなわち、導光体１の下面に設けられるプリズムアレーとその向きが直交するように）設けられている。
【００３１】
プリズムのピッチは１〜５００μｍであり、プリズム頂角は図３（ａ）に示すように法線Ｌに対する、光源と反対側の角度θが２０〜４８°であることが好ましい。なお、本実施形態のように光源が２箇所に設けられる場合、両方の光源から最も遠い位置である中央部を境にして、θを満たすべき場所が変化する（図３（ｂ））。
【００３２】
図１には示していないが、さらに集光シート５上に拡散シートを配置しても良い。拡散シートは、集光シート５で方向が揃えられた光を拡散し、面内の輝度を均一化するために設けられ、一般には半透明の樹脂フィルムである。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３４】
●実施例
光源が片側２本ずつであること、また集光シート５の上に拡散シートを設けたこと以外は図１に示した構造と等しい面光源装置を製造した。
【００３５】
具体的には、導光体１として、射出成型によって、サイズ２７６．４×３４４．０、厚み８ｍｍ（均一）の長方形状のアクリル樹脂板（三菱レイヨン製、アクリペットＴＦ８）を形成した。この際、光出射面上には突起を、また下面にはプリズムアレーを一体形成した。
【００３６】
下面プリズムの頂角は１４０°、ピッチは５０μｍとし、図１に示すようにプリズムの長さ方向が光源の長さ方向と直交するように形成した。また、光出射面上の突起は、径５４μｍ、高さ２７μｍ（Ｈ／Ｗ＝０．５）で、先端部が丸みを帯びた円柱形状であり、線状光源の長さ方向（Ｘ方向とする）におけるピッチが６７〜１１１μｍ（２．４８Ｈ〜４．１１Ｈ）、線状光源の長さ方向と直交する方向（Ｙ方向とする）のピッチは１２０μｍ（４．４４Ｈ）固定とした。なお、Ｘ方向の突起ピッチは、光源に最も近く、かつ光源の中央部分に対応する領域で最大となり、導光体の中心部分で最小となるように配置した。なお、Ｙ方向に隣接する突起間の干渉を避けるため、Ｙ方向の同一直線上に隣接する突起が位置しないよう、半径２０μｍの範囲で無作為に突起位置をずらして配置した。
【００３７】
導光体の光出射面における突起のない部分の表面粗さはＲｚ＝２μｍであった（キーエンス社製ＶＫ−８５００により測定）。
【００３８】
線状光源は図４に示すように、導光体１の長辺に対応する一対の端面の各々に対向させて、管長３４９ｍｍ、管径２．２ｍｍ、電極材料Ｎｂの冷陰極管（サンケン電気（株）製）を２本ずつ、ランプ中心距離が３．４ｍｍとなるように平行に配置した。また、端面と光源との間隔は１ｍｍとした。
【００３９】
ランプリフレクタには白色ポリエステルフィルム（東レ製：Ｅ６０Ｌ）と板厚０．２ｍｍのステンレスを貼り合わせたプラスチックフィルム−金属板複合材（三菱樹脂製：アルセット（登録商標））を用いた。
【００４０】
反射シートにはポリエステル製白色反射シート（東レ製、ルミラーＥ６０Ｌ）を用い、導光体の上部には三角プリズムアレー（ピッチ５０μｍ、法線に対し両側に３４度）が配された集光シート（三菱レイヨン製、ダイヤアートＳ１６５）を、導光体の光出射面側に頂角を向けて、プリズムアレーの長さ方向が光源の長さ方向と平行となるようにして配置した。さらに、集光シートの上に、拡散シート（ツジデン社製。厚さ１２０μｍ、ＪＩＳ  Ｋ７１０５によるヘイズ値  ７４．５％）を配置して面光源装置の光学系を構成した。
【００４１】
このように構成した面光源装置を用い、室温２５℃、湿度５６％の環境下で、管電流が６．５ｍＡで一定となるように専用インバータユニットを用いて線状光源を点灯し、点灯開始から１５分後に輝度を測定した。
【００４２】
輝度は面光源装置の光出射面（拡散シート上）の２７０．４ｍｍ×３３８．０ｍｍの範囲において、Ｙ方向は６２．６ｍｍ、Ｘ方向は７９．５ｍｍの間隔で計２５点測定し、平均値を求めた。測定機器はトプコンエンジニアリング（株）製  色彩輝度計ＢＭ−７を用い、視野角１°、測定距離は１．５ｍｍとした。
【００４３】
測定の結果、平均輝度は６６７０ｃｄ／ｍ2であった。
【００４４】
●比較例
導光体光出射面に高さ２μｍ、径１２３μｍ〜１７６μｍ（Ｈ／Ｗ＝０．０１６〜０．０１１）の円形の突起を設け、光出射面全体をブラスト処理して表面粗さをＲｚで約０．７μｍ（突起のない部分）及び約１．５μｍ（突起部分）とした以外は実施例と同様にして面光源装置を構成した。突起はＸ方向が８０μｍ（４０Ｈ）、Ｙ方向が１３０μｍ（６５Ｈ）の固定ピッチで設けた。なお、Ｙ方向に隣接する突起間の干渉を避けるため、Ｙ方向の同一直線上に隣接する突起が位置しないよう、半径４０μｍの範囲で無作為に突起位置をずらして配置した。
【００４５】
実施例と同様にして輝度を測定したところ、平均輝度は５３５３ｃｄ／ｍ2であった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る面光源装置の構成例を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る面光源装置において導光体の光出射面に設ける突起の形状を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る面光源装置において用いる集光シートのプリズム形状を説明する図である。
【図４】実施例における光源配置を説明する図である。
【図５】従来の面光源装置の構成例を説明する図である。
【図１】
2005158427.tif 000003
【図２】
2005158427.tif 000004
【図３】
2005158427.tif 000005
【図４】
2005158427.tif 000006
【図５】
2005158427.tif 000007