(57)【要約】【課題】  光源から出射された光を効率よく面光源装置の正面方向へ出射させられるようにし、光利用効率の高い面光源装置を提供する。【解決手段】  導光板３２の下面に偏向パターン３７を形成し、導光板３２の上面（光出射面３５）にプリズムアレイ３８を形成する。プリズムアレイ３８は複数のプリズムパターン３９からなり、プリズムパターン３９は導光板３２の光入射面３３と平行な方向に沿って並んでいる。光出射面３５に対向させて、２枚のプリズムシート４０、４１を重ね合わせる。プリズムシート４０、４１は、プリズム配列方向が互いに直交するようにして重ねられており、両プリズムシート４０、４１のプリズム配列方向は、平面視でプリズムアレイ３８のプリズムパターン配列方向に対して４５度回転している。【選択図】      図５
2007115451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射された光を導光して光出射面から出射させる導光板と、前記光出射面から出射された光を透過させる２層のプリズム配列面とを備えた面光源装置において、
前記導光板の光出射面と反対側の面に、前記導光板内を導光する光を反射させて最大強度の方向が一定方向を向くようにして光出射面から出射させる複数の偏向パターンが形成され、
傾斜方向の異なる２つの面を有する複数のプリズムパターンからなり、当該各プリズムパターンが前記光出射面に沿って、かつ前記最大強度の光出射方向を含み前記光出射面に垂直な平面と平行な方向に延びたプリズムアレイが、前記導光板の光出射面と前記プリズム配列面との間に配設され、
前記プリズム配列面はいずれも一方向に延びた複数のプリズムを配列されたものであり、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、各プリズム配列面においてプリズムが延びている方向は前記プリズムアレイのプリズムパターンが延びている方向に対して等しい角度をなし、且つ、互いに反対向きに回転しており、
前記光源は、前記導光板に対して、前記プリズムアレイのプリズムパターンが延びている方向の端に配置されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、両プリズム配列面においてプリズムが延びている方向は互いに直交しており、かつ、前記プリズムアレイのプリズムパターンが延びている方向に対して４５度の角度を成してい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】
前記偏向パターンは、前記導光板の光出射面と反対側の面における平坦面に対して傾斜した傾斜面を有してい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４】
前記偏向パターンは、前記導光板内を導光する光を直接に反射させるための前記傾斜面である第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面を透過して導光板の外部へ漏れた光を導光板内に再入射させるための再入射面と、前記再入射面から導光板内に再入射した光を反射させるための前記傾斜面である第２の傾斜面とを有していることを特徴とする、請求項３に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記導光板の光出射面と反対側の面に対向させて反射板が設けら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。
【請求項６】
前記プリズムアレイは、前記導光板の光出射面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。
【請求項７】
前記プリズムアレイと前記プリズム配列面との間は空気層となってい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８】
前記プリズムアレイと前記プリズム配列面との間にヘイズが９０％以下の材質からなるシートを配設したことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置に関し、特に液晶表示装置のバックライトに用いられる面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は従来の面光源装置１１を示す概略分解斜視図である。この面光源装置１１にあっては、矩形板状をした透明な導光板１２の光入射面１３に対向させて光源１４を配置し、導光板１２の光出射面１５と反対側の面に対向させて反射板１６を配置している。導光板１２の下面には球面状に窪んだ微細な拡散パターン１７が多数形成されている。導光板１２の光出射面１５と対向する面には、透過する光を拡散させるための拡散板１８を配置し、その上に２枚のプリズムシート１９、２０を重ねている。プリズムシート１９、２０の上面には、断面三角形状をしたプリズム２１、２２が互いに平行に配列されている。一方のプリズムシート１９は、プリズム２１の配列方向が平面視で導光板１２の光入射面１３に垂直な方向となるように配置されており、他方のプリズムシート２０は、プリズム２２の配列方向が平面視で光入射面１３と平行となるように配置されている。よって、２つのプリズム２１、２２は、平面視で互いに直交している。
【０００３】
この面光源装置１１にあっては、光源１４から光が出射されると、出射された光は光入射面１３から導光板１２内に入射し、導光板１２の下面と光出射面１５との間で全反射を繰り返しながら導光する。導光板１２内を導光する光は、図２に矢印で示すように、拡散パターン１７に入射することによって拡散パターン１７で全反射され、光出射面１５に向けて全反射の臨界角よりも大きな入射角で入射した光は光出射面１５で再度全反射されるが、全反射の臨界角よりも小さな入射角で光出射面１５に入射した光は光出射面１５から外部へ出射される。なお、拡散パターン１７を透過して導光板１２から漏れた光は、反射板１６で反射されて導光板１２内に戻ることにより再利用され、光の利用効率が高められる。
【０００４】
光出射面１５から出射される光は、拡散パターン１７によってある程度拡散させられているが、光源１４が導光板１２の一方に配置されているため、光出射面１５から出射される光の出射方向は光源１４と反対側に向けて偏っている。このため、光出射面１５から出射された光をそのまま面光源装置１１の光として利用すれば、正面（光出射面に垂直な方向を正面または正面方向と呼ぶ。）から傾いた方向での光強度が大きくなり、必要な正面輝度を得ることができない。
【０００５】
そこで、この面光源装置１１は、光出射面１５の上に拡散板１８と２枚のプリズムシート１９、２０を配置し、光出射面１５から出射された光を拡散板１８で拡散させて透過光の指向特性を広げた後、広い指向特性を持つ光を２枚のプリズムシート１９、２０で正面方向に集光させている。
【０００６】
しかしながら、このような構造の面光源装置１１では、以下のような理由により損失光が多くて光の利用効率が悪いため、正面輝度を十分に向上させることができなかった。図３は、１枚のプリズムシート１９（プリズムシート２０も同様である。）に入射する光の挙動を説明する概略図である。プリズム２１の長さ方向に垂直な断面において、プリズムシート１９に対してほぼ４５度の方向から入射した光は、図３に示す光Ｌ１のようにプリズム２１で屈折した後、あるいは図３に示す光Ｌ２のように屈折と反射を行なった後、いずれもほぼ垂直な方向（正面方向）へ向けて出射される。一方、プリズムシート１９に対してほぼ垂直方向から入射した光は、図３に示す光Ｌ３のように回帰反射されて導光板１２側へ戻ったり、図３に示す光Ｌ４のように正面方向から大きく外れた方向へ出射されたりして、損失光となる。
【０００７】
このため、互いに直交させて２枚のプリズムシート１９、２０を重ねた場合には、両プリズムシート１９、２０を垂直な方向から見て両プリズムシート１９、２０のプリズム配列方向に対してほぼ４５度の角度（方位角）をなし、かつ、プリズムシート１９、２０に垂直なす平面内において、両プリズムシート１９、２０に垂直な軸方向に対しほぼ４５度の方向が有効入射角領域となる。また、これ以外の方向では無効入射角領域となっている。そして、この有効入射角領域でプリズムシート１９、２０に入射した光は、プリズムシート１９、２０を透過後に両プリズムシート１９、２０に垂直な方向へ出射されるが、それ以外の方向から入射した光は損失光となる。（詳細は後述する。）
【０００８】
図４は面光源装置１１から出射される光の光度の分布を表わした図である。この光度分布は正面方向で光度が１となるように正規化されている。図４の横軸は、プリズムシート１９、２０を透過した光の出射角度を表わし、縦軸は横軸に表わされた出射角度で出射された光の光度を表わしている。この光度分布では、正面方向（出射角度０度）に大きなピークが見られるが、両端でもかなり大きなピークが生じている。
【０００９】
従来の面光源装置１１では、導光板１２から出射される光の角度分布が広く、しかも拡散板１８によって光の角度分布が広げられているので、プリズムシート１９、２０に入射する光の角度分布も広がっている。そのため、図４に示すように、有効入射角領域へ入射した光によって正面方向へ出射される光の大きなピークが発生しているが、それ以外の無効入射角領域へ入射した光による斜め方向でのピークも発生している。よって、従来の面光源装置１１では、斜め方向などに出射される損失光が多く、光利用効率が低くて面光源装置１１の正面輝度の低下をもたらしていた。そして、面光源装置の正面輝度が低いと液晶表示装置のバックライトとして用いた場合には、正面から見たときに画面が暗くなる。また、正面輝度を上げるために明るい光源を用いると電力消費が大きくなり、液晶表示装置が携帯用機器に組み込まれている場合にはバッテリーの消費が大きくなる問題がある。
【００１０】
よって、光利用効率のよい面光源装置を作製するためには、図４の光度特性曲線の両端のピークの方向へ出射されている光が正面方向から出射されるようにすることが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光源から出射された光を効率よく面光源装置の正面方向へ出射させられるようにし、光利用効率の高い面光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる面光源装置は、光源と、前記光源から出射された光を導光して光出射面から出射させる導光板と、前記光出射面から出射された光を透過させる２層のプリズム配列面とを備えた面光源装置において、前記導光板の光出射面と反対側の面に、前記導光板内を導光する光を反射させて最大強度の方向が一定方向を向くようにして光出射面から出射させる複数の偏向パターンが形成され、傾斜方向の異なる２つの面を有する複数のプリズムパターンからなり、当該各プリズムパターンが前記光出射面に沿って、かつ前記最大強度の光出射方向を含み前記光出射面に垂直な平面と平行な方向に延びたプリズムアレイが、前記導光板の光出射面と前記プリズム配列面との間に配設され、前記プリズム配列面はいずれも一方向に延びた複数のプリズムを配列されたものであり、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、各プリズム配列面においてプリズムが延びている方向は前記プリズムアレイのプリズムパターンが延びている方向に対して等しい角度をなし、且つ、互いに反対向きに回転しており、前記光源は、前記導光板に対して、前記プリズムアレイのプリズムパターンが延びている方向の端に配置されていることを特徴としている。
【００１３】
プリズムの延びている方向（プリズム長さ方向）が垂直方向から見て交差するように配置された２枚のプリズム配列面には、垂直方向へ光を出射させることのできる入射角度の領域（以下、有効入射角領域という。）と、垂直方向へ光を出射させることのできない入射角度の領域（以下、無効入射角領域という。）とが存在している。本発明の面光源装置によれば、導光板の光出射面と反対側の面に設けた偏向パターンと導光板の光出射面側に配設されたプリズムアレイの働きにより、プリズムアレイを通過してプリズム配列面に入射する光を有効入射角領域に集めることができる。すなわち、偏向パターンによって最大強度の方向が一定方向を向くように導光板からの出射光の方向を揃え、さらにプリズムアレイの働きによって導光板からの出射光を横方向で集光させ、横方向における光の拡がりを小さくして所定の方向へ集め、この方向をプリズム配列面の有効入射角領域に合わせることができる。よって、本発明の面光源装置によれば、光の利用効率が向上して面光源装置の正面輝度を高くすることができる。
【００１４】
また、本発明の面光源装置によれば、導光板内で最も多くの光が導光する方向に有効入射角領域を位置させることができるので、偏向パターンやプリズムアレイの構造を簡単にすることができる。
【００１５】
本発明のある実施態様においては、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、両プリズム配列面においてプリズムが延びている方向は互いに直交しており、かつ、前記プリズムアレイのプリズムパターンが延びている方向に対して４５度の角度を成している。かかる実施態様によれば、プリズム配列面の位置決めを行ない易くなり、面光源装置の組立が容易になる。
【００１６】
本発明の別な実施態様における前記偏向パターンは、前記導光板の光出射面と反対側の面における平坦面に対して傾斜した傾斜面を有している。かかる実施態様によれば、かかる傾斜面で導光板内の光を反射させることにより導光板から出射される光の最大強度の方向を一定方向を向くようにすることができ、しかも、この傾斜面の傾斜角度を調整することにより導光板から出射される光の角度を調整することができる。
【００１７】
また、本発明のさらなる実施態様における前記偏向パターンは、前記導光板内を導光する光を直接に反射させるための第１の傾斜面（前記傾斜面）と、前記第１の傾斜面を透過して導光板の外部へ漏れた光を導光板内に再入射させるための再入射面と、前記再入射面から導光板内に再入射した光を反射させるための第２の傾斜面（前記傾斜面）とを有している。かかる実施態様によれば、第１の傾斜面から漏れた光も再入射面から導光板内に再入射させて第２の傾斜面で反射させることにより最大強度の方向が同じ方向を向くようにして導光板から出射させることができるので、さらに光の利用効率が向上し、面光源装置の正面輝度を向上させることができる。
【００１８】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記導光板の光出射面と反対側の面に対向させて反射板が設けられている。かかる実施態様によれば、導光板の光出射面と反対側の面から漏れた光は、反射板で反射されることによって導光板内に再入射されて再び導光板内を導光するので、光の利用効率をさらに向上させて面光源装置の正面輝度を向上させることができる。
【００１９】
本発明のさらに別な実施態様における前記プリズムアレイは、前記導光板の光出射面に形成されている。かかる実施態様によれば、プリズムアレイを導光板と一体化できて別部材とする必要がないので、面光源装置の製造が容易になり製造コストを抑えることができる。さらに、導光板の光出射面とプリズムアレイとの間に空気層等が存在しないので、光を効率よくプリズムアレイから出射させることができ、光の利用効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明のさらに別な実施態様においては、前記プリズムアレイと前記プリズム配列面との間が空気層となっている。かかる実施態様によれば、プリズムアレイとプリズム配列面との間に拡散板などが存在しないので、プリズムアレイを通過した光がプリズム配列面に入射する前に拡散されにくく、光を効率よく有効入射角領域に集めることができる。一方、本発明のさらに別な実施態様においては、前記プリズムアレイと前記プリズム配列面との間にヘイズが９０％以下の材質からなるシートが配設されている。例えば、拡散板を設けた場合であるが、その場合でもヘイズが９０％以下であれば、有効入射角領域へ向けて出射される光の光量の低下を小さくすることができる。したがって、輝度ムラなどを解消するために拡散板等を設ける必要がある場合には、ヘイズが９０％以下となるようにすればよい。
【００２１】
なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の特徴を失わない範囲で任意に設計変更することが可能である。
【実施例１】
【００２３】
図５は本発明の実施例１による面光源装置３１を示す分解斜視図である。実施例１の面光源装置３１は、導光板３２、光源３４、反射板３６、プリズムシート４０、４１によって構成されている。導光板３２は、ポリカーボネイト樹脂やポリメチリルメタクリレートなどの透明で屈折率の大きな樹脂によって矩形板状に成形されている。導光板３２の一方端面は、光源３４の光を導入するための光入射面３３となっており、導光板３２の上面は導入された光を出射させるための光出射面３５となっている。以下、本発明の説明及び理解を容易にするため導光板３２の光出射面３５に垂直な方向をｚ軸方向とし、光入射面３３に垂直な方向をｙ軸方向とし、ｚ軸方向及びｙ軸方向に垂直な方向をｘ軸方向と呼ぶことにする。
【００２４】
光源３４はＬＥＤを樹脂ケース内に封止したものであって、導光板３２の光入射面３３に対向させて光入射面３３の幅方向に沿って複数個配列されている。図５ではブロック状をした光源３４を複数個並べているが、光源３４としては冷陰極線管のような線状光源を用いてもよく、１個又は複数個のＬＥＤとくさび状導光体を用いて線状光源化したものであってもよい。しかして、光源３４が発光すると、光源３４から出射された光は光入射面３３から導光板３２内に入射し、光出射面３５とその反対側の面との間で全反射を繰り返しながら導光板３２内を導光する。
【００２５】
導光板３２の光出射面３５と反対側の面（下面）には、複数の偏向パターン３７が形成されている。偏向パターン３７は、図６に示すような断面形状を有しており、光源３４に近い側から順に偏向反射面４６（第１の傾斜面）、再入射面４７、後部反射面４８（第２の傾斜面）となっている。そして、偏向パターン３７の光源３４に近い側は三角柱状に窪んでおり、偏向パターン３７の光源３４から遠い側は三角柱状に飛び出ている。
【００２６】
各偏向パターン３７は、光入射面３３と平行な方向に均一な断面をもって延びており、図示例では導光板３２の下面において一方の側端面から他方の側端面まで連続して形成されているが、導光板３２の幅に比べて短い偏向パターン３７を複数個横方向に配列させていてもよい。図５では偏向パターン３７は均一なピッチで配列されているが、光源１４からの距離が遠くなるほど偏向パターン３７に到達する光量は少なくなるので、光出射面３５から出射される光の輝度分布を均一にするためには、光源１４から遠くなるほど偏向パターン３７の密度を大きくするのが望ましい。
【００２７】
偏向反射面４６は、導光板３２内を導光する光を全反射させるための傾斜面であって、光源３４から遠い側が高くなるようにして平坦面４９に対し傾斜している。導光板３２内を導光する光は、図６に示す光Ｌ１１のように、偏向反射面４６で全反射された後、光出射面３５に対して全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射した光は、光出射面３５で屈折されてｙｚ平面と平行に外部へ出射される。偏向反射面４６の傾斜角は、このとき光出射面３５から出射される光の最大強度の方向が側面（ｘ軸方向）から見て後述の有効入射角領域と一致するように定められる。例えば、光出射面３５から出射される光の最大強度の方向が側面から見て約４５度程度となるように、偏向反射面４６の角度が定められる。
【００２８】
再入射面４７は、偏向反射面４６を透過して導光板の外部へ漏れた光を導光板内に再入射させるための面である。再入射面４７は、平坦面４９に対して直角になっていることが望ましいが、成形時の型抜きを容易にするために若干傾かせている。
【００２９】
後部反射面４８は、再入射面４７から導光板３２内に再入射した光を全反射させるための傾斜面である。後部反射面４８で全反射された光も、図６に示す光Ｌ１２のように、光出射面３５に対して全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射したものは、光出射面３５で屈折されてｙｚ平面と平行に外部へ出射される。後部反射面４８の傾斜角も、このとき光出射面３５から出射される光の最大強度の方向が側面（ｘ軸方向）から見て後述の有効入射角領域と一致するように定められる。例えば、光出射面３５から出射される光の最大強度の方向が側面から見て約４５度程度となるように、後部反射面４８の角度が定められる。よって、偏向反射面４６及び後部反射面４８で全反射された後に光出射面３５から外部へ出射される光は、最大強度の方向がｙｚ平面と平行な面内においてほぼ一定の角度となるように出射され、しかもｙｚ平面内における光強度の分布は狭いものとなっている。
【００３０】
反射板３６は、白色プラスチックシートや金属板等によって形成されている。導光板３２の下面から漏れた光は、図６に示す光Ｌ１３のように、反射板３６で反射されて導光板３２内に再入射するので、導光板３２の漏れ光を再利用でき、光利用効率をより向上させることができる。
【００３１】
導光板３２の上面（光出射面３５）には、プリズムアレイ３８が一体に形成されている。プリズムアレイ３８は、傾斜方向の異なる２つの面を有する断面三角形状をした複数のプリズムパターン３９からなり、各プリズムパターン３９はｙ軸方向に均一断面で延びており、ｘ軸方向において互いに平行に配列されている。プリズムパターン３９の長さ方向に垂直な断面における頂角は９０度よりも小さくなっており、例えば８０度程度となっている。したがって、光出射面３５から外部へ光が出射される際、導光板３２をｙ軸方向から見ていると、図７に示すように、光出射面３５から出射される光は、プリズムアレイ３８によって導光板３２に垂直な方向に集光され、ｘ軸方向において光強度の分布の拡がりが小さくなる。
【００３２】
よって、偏向パターン３７及びプリズムアレイ３８の働きにより、導光板３２の光出射面３５から出射される光は、最大輝度の方向（ｙｚ面内の所定の方向）を中心とする狭い拡がりの方向へ向けて効率よく出射される。
【００３３】
プリズムシート４０、４１はいずれも、透明基板４４、４５の表面に断面三角形状をしたプリズム４２、４３を互いに平行に配列させてプリズム配列面を形成したものである。一方のプリズムシート４０は、プリズム４２の延びている方向ｆ１が、垂直上方から見てプリズムアレイ３８のプリズムパターン３９が延びている方向（ｙ軸方向）に対してある角度θ１（０＜｜θ１｜≦９０度）の角度をなすようにして配置されている。他方のプリズムシート４１は、プリズム４３の延びている方向ｆ２が、垂直上方から見てプリズムアレイ３８のプリズムパターン３９が延びている方向（ｙ軸方向）に対して前記角度θ１とほぼ等しい角度θ２をなし、プリズムシート４０とは反対向きに回転している。従って、プリズムシート４０、４１がｙ軸方向に対してなす角度θ１、θ２は、その回転の向きに応じて正負の符号を付され、かつ、同じ向きに回転しているときに同じ符号となるように定められているとすれば、θ１とθ２との間には、
θ２＝−θ１
の関係がある。しかして、両プリズムシート４０、４１に下面側から入射した光のうち、両シート４０、４１の有効入射角領域に入射した光は、両シート４０、４１を透過して垂直な方向へ出射される。
【００３４】
但し、以下において説明する実施例では、説明と理解を容易にするため、それぞれのプリズム４２、４３が延びている方向が垂直上方から見て互いに直交するようにして重ね合わされているものとする。さらに、プリズムシート４０とプリズムシート４１はいずれも、プリズム４２、４３の延びている方向が、垂直上方から見てプリズムアレイ３８のプリズムパターン３９が延びている方向（ｙ軸方向）に対して４５度の角度をなすようにして配置されているものとする。
【００３５】
つぎに、本発明の上記のような構成により、面光源装置１１の光利用効率を向上させて正面輝度を高くすることができる理由を説明する。図８（ａ）（ｂ）は１枚のプリズムシートの特性を示す図であって、図８（ａ）は有効入射角領域Ｅを表わし、図８（ｂ）は回帰反射領域Ｎ（無効入射角領域の一部）を表わしている。図９（ａ）（ｂ）はプリズム方向を直交させるようにして重ね合わせた２枚のプリズムシートの全体としての特性を示す図であって、図９（ａ）は有効入射角領域Ｅを表わし、図９（ｂ）は回帰反射領域Ｎを表わしている。図１０（ａ）は従来例の面光源装置１１において、導光板１２から出射される光の出射領域を表わした図である。図１０（ｂ）は従来例の面光源装置１１において、拡散板１８を通過した光の出射領域を表わした図である。図１０（ｃ）は従来例の面光源装置１１において、プリズムシート１９、２０で回帰反射した後の光の特性を表わした図である。図１１（ａ）は本発明の実施例の面光源装置３１において、導光板３２下面の偏向パターン３７で集光された光の特性を表わした特性図である。図１１（ｂ）は本発明の実施例の面光源装置３１において、プリズムアレイ３８を通過してプリズムシート４０、４１に入射する光の特性を表わした図である。但し、図１１（ａ）（ｂ）においては、プリズムシート４０、４１は従来例のようにプリズムアレイ３８のプリズムパターン方向と平行又は直交となっており、図１１（ｃ）においてはプリズムシート４０、４１はプリズムアレイ３８のプリズムパターン方向に対して４５度の角度で配置されている。
【００３６】
まず、図８（ａ）（ｂ）、図９（ａ）（ｂ）、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）について説明する。光の方向（入射方向や出射方向）を正確に図示するためには、図１２に示すような天球図において球面上の点として表わすのが望ましい。例えば、図１２においては、光ＬＬの方向を球面上の点として表わしているが、この光ＬＬの方向はｙ軸方向からの方位角φ及びｚ軸方向となす角度θを用いて、（φ、θ）として表わすことができる。同様に、光の入出射される領域も天球図の球面上の領域として表現することができる。例えば、図１３（ａ）においては、天球面上において１枚のプリズムシートの有効入射角領域Ｅを表わしている。しかし、図１３（ａ）のような天球図では正確ではあっても直感的に把握しがたい面がある。これに対し、図１３（ａ）のような図も、ｚ軸方向から見た図１３（ｂ）のような平面図として表わせば理解し易くなる。そこで、上記図８（ａ）（ｂ）〜図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、天球図をｚ軸方向から見た平面図として表わしている。なお、図８（ａ）（ｂ）及び図９（ａ）（ｂ）に表わしている目盛りは、ｚ軸となす角度θの値である。
【００３７】
まず、従来例の面光源装置１１で光利用効率が優れない理由を説明する。図８（ａ）（ｂ）はそれぞれ、１枚のプリズムシートに入射する光の有効入射角領域Ｅと回帰反射領域Ｎとを表わしている。図８（ａ）（ｂ）において横軸方向はプリズムシートのプリズム配列方向に対応しており、縦軸はプリズムシートのプリズム長さ方向に対応している。図８（ａ）に表わした有効入射角領域Ｅの方向からプリズムシートに入射した光は、ほぼ垂直な方向（ｚ軸方向）へ出射される。一方、図８（ｂ）に表わした回帰反射領域Ｎの方向からプリズムシートに入射した光は、プリズムシートで回帰反射され、プリズムシートを透過できない。
【００３８】
図９（ａ）（ｂ）はそれぞれ、プリズム配列方向を互いに直交させて重ね合わせた２枚のプリズムシートにおける、入射光の有効入射角領域Ｅと回帰反射領域Ｎを表わしている。図９（ａ）（ｂ）において横軸方向は一方のプリズムシートのプリズム配列方向に対応しており、縦軸は他方のプリズムシートのプリズム配列方向に対応している。直交する２枚のプリズムシートの有効入射角領域Ｅは、図８（ａ）の有効入射角領域Ｅとこれを９０度回転させた有効入射角領域Ｅとの重複する領域となるので、図９（ａ）のように対角方向に現れる。同様に、直交する２枚のプリズムシートの回帰反射領域Ｎは、図８（ｂ）の回帰反射領域Ｎとこれを９０度回転させた回帰反射領域Ｎとの重複する領域となるので、図９（ｂ）のようになる。
【００３９】
図１０（ａ）は従来例の面光源装置１１を説明しており、直交する２枚のプリズムシート１９、２０の有効入射角領域Ｅ及び回帰反射領域Ｎとともに、導光板１２の光出射面１５から出射される光ＬＬの方向を表わしている。この図では、出射光ＬＬの範囲と有効入射角領域Ｅとは重なっていないので、光出射面１５から出射された光ＬＬを面光源装置１１の正面方向へ出射させるためには、拡散板１８の必要なことがことが分かる。
【００４０】
図１０（ｂ）は従来例の面光源装置１１において、拡散板１８を通過した光ＬＬの方向を表わしている。この図では、出射光ＬＬの範囲と有効入射角領域Ｅとが重なっているので、面光源装置１１の正面方向へ光が出射されることが分かる。しかし、図１０（ｂ）から分かるように、拡散板１８を通過した光ＬＬの一部しか有効入射角領域Ｅに重なっておらず、さらに回帰反射領域Ｎにも重なっているので、光出射効率の低いことが容易に理解される。
【００４１】
なお、図１０（ｂ）において回帰反射領域Ｎに入射した光は、プリズムシート１９、２０によって回帰反射されると、再び導光板１２内に入射して再利用される。しかし、プリズムシート１９、２０で回帰反射された光ＬＬは、図１０（ｃ）に示すように非常に広い範囲に広がっているので、再利用されるのはほんの一部に過ぎない。
【００４２】
つぎに、本発明の面光源装置３１が光利用効率に優れる理由を図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。説明の便宜上、図１１（ａ）（ｂ）では、プリズムシート４０、４１はいずれもパターン配列方向がｘ軸方向及びｙ軸方向となるように配置されており、図１１（ｃ）では、プリズムシート４０、４１を４５度回転させてパターン配列方向がｘ軸方向及びｙ軸方向に対して４５度の角度をなすようにしている。
【００４３】
図１１（ａ）は実施例１の面光源装置３１を説明しており、偏向パターン３７により偏向された光ＬＬの方向を表わしている。この図では、出射光ＬＬの範囲と有効入射角領域Ｅとはわずかしか重なっていないので、偏向パターン３７だけでは面光源装置１１の正面方向へ光をほとんど出射させることができない。
【００４４】
図１０（ｂ）は実施例１の面光源装置３１を説明しており、プリズムアレイ３８を通過した光ＬＬの方向を表わしている。この図では、出射光ＬＬの範囲と有効入射角領域Ｅとが重なっていないので、面光源装置１１の正面方向へはほとんど光が出射されない。
【００４５】
従って、プリズムシート４０、４１のプリズム配列方向をｘ軸方向及びｙ軸方向に向けたままでは、偏向パターン３７やプリズムアレイ３８の形状を工夫することによって天球図の対角方向に位置している有効入射角領域Ｅへ光を飛ばすように改良する必要があり、偏向パターン３７やプリズムアレイ３８の形状が複雑になって設計や製造が困難である。
【００４６】
これに対し、実施例１の面光源装置３１では、プリズムシート４０、４１のパターン配列方向をｘ軸方向及びｙ軸方向に対して４５度回転させているので、図１０（ｃ）に示すように、有効入射角領域Ｅの一つがｙ軸方向へ移動し、光ＬＬの入射範囲と有効入射角領域Ｅとが無理なく重なり合う。しかも、光ＬＬの入射範囲と回帰反射領域Ｎとは重ならない。
【００４７】
よって、実施例１の面光源装置３１によれば、導光板３２の光出射面３５からプリズムシート４０、４１に向けて出射される光を有効入射角領域Ｅに集光させることができ、高い光利用効率でもって光を面光源装置３１の正面方向に出射させることができ、面光源装置３１の正面輝度を高くすることができる。
【００４８】
図１４は本発明実施例の面光源装置３１から出射される光の光度の分布を、従来例と比較して表わした図である。実線は本発明の実施例の場合を表わしており、破線は従来例の場合を表わしている。従来例は図４に示したものと同じ曲線であり、図１４でも従来例の正面方向の光度が１となるように正規化している。図１４の横軸は、プリズムシート４０、４１又は１９、２０を透過した光の出射角度を表わし、縦軸は横軸に表わされた出射角度で出射された光の光度を表わしている。実施例と従来例とを比較すると、実施例では正面輝度が従来例の１.２倍となっており、斜め方向へ出射されている光による両端のピークが小さくなっており、本発明による効果を確認できた。
【００４９】
上記説明では、プリズムシート４０、４１のプリズム長さ方向がプリズムアレイ３８のプリズムパターン長さ方向（ｙ軸方向）に対してそれぞれ４５度の角度で傾いている場合を説明した。しかし、このような作用は、プリズムシート４０のプリズム長さ方向ｆ１がプリズムアレイ３８のプリズムパターン長さ方向（ｙ軸方向）に対してθ１の角度だけ回転しており、プリズムシート４１のプリズム長さ方向ｆ２がｙ軸方向に対してθ２＝−θ１だけ回転している一般的な場合にも当てはまる。
【００５０】
図１５（ｂ）はプリズムシート４０のプリズム長さ方向ｆ１がｙ軸方向に対してθ１の角度をなしているときの有効入射角領域Ｅを表わしている。また、図１５（ａ）はプリズムシート４１のプリズム長さ方向ｆ２がｙ軸方向に対してθ２＝−θ１の角度をなしているときの有効入射角領域Ｅを表わしている。このように、プリズムシート４０の有効入射角領域Ｅとプリズムシート４１の有効入射角領域Ｅとはｙ軸方向に対して対称となるので、両方の有効入射角領域Ｅを重ね合わせるとその有効入射角領域Ｅは、垂直方向から見たときに図１６（ｃ）に示すようにｙ軸上に位置する。よって、一般的にθ２＝−θ１の条件を満たせば、有効入射角領域Ｅをｙ軸上に位置させて光ＬＬの入射方向と一致させることが可能になり、光の利用効率を向上させることができるのである。
【００５１】
なお、特別な場合としては、θ１＝９０度の場合を考えると、２つのプリズムシート４０、４１の向きが同じになるので、この場合には１枚のプリズムシートで済ませることもできる。すなわち、図１６（ａ）に示す変形例の面光源装置５１のように、透明基板５３の上にプリズム５４を配列された１枚のプリズムシート５２をそのプリズム配列方向がプリズムアレイ３８のプリズムパターン３９が配列されている方向（ｘ軸方向）と平行となるように配置するだけでよい。この場合には、図１６（ｂ）に示すように、有効入射角領域Ｅにｙ軸方向に並ぶので、光ＬＬの入射方向を有効入射角領域Ｅ内に位置させることができ、１枚のプリズムシート５２で光の利用効率を高めることができる。
【００５２】
また、実施例１の別な変形例としては、図１７に示す面光源装置５５のように、プリズムアレイ３８とプリズムシート４０、４１との間に拡散板５６を挿入してもよい。その場合には、拡散板５６はヘイズが９０％以下となるようにしておくのが望ましい。拡散板５６を設ける場合でも、ヘイズが９０％以下であれば、有効入射角領域へ向けて出射される光の光量の低下を小さくすることができるからである。
【００５３】
また、図１８に示すさらに別な変形例の面光源装置５７のように、場合によっては、プリズムアレイ３８は、導光板３２と別個なシート状の部品とし、導光板３２の上に重ねて置くようにしても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、従来の面光源装置を示す概略分解斜視図である
【図２】図２は、従来例の導光板の下面に設けられた拡散パターンの働きを説明する概略断面図である。
【図３】図３は、従来例のプリズムシートに入射した光の強度を説明する概略断面図である。
【図４】図４は、従来例の面光源装置から出射される光の光度の分布を表わした図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１による面光源装置を示す分解斜視図である。
【図６】図６は、実施例１における偏向パターンの断面形状とその働きを説明する概略断面図である。
【図７】図７は、実施例１におけるプリズムアレイの働きを説明する概略断面図である。
【図８】図８（ａ）（ｂ）は、１枚のプリズムシートの特性を示す図であって、図８（ａ）は有効入射角領域Ｅを表わし、図８（ｂ）は回帰反射領域Ｎを表わしている。
【図９】図９（ａ）（ｂ）は、プリズム方向を直交させるようにして重ね合わせた２枚のプリズムシートの全体としての特性を示す図であって、図９（ａ）は有効入射角領域Ｅを表わし、図９（ｂ）は回帰反射領域Ｎを表わしている。
【図１０】図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、従来例の面光源装置において、光ＬＬの方向と有効入射角領域Ｅとの関係を説明する図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施例１において、光ＬＬの方向と有効入射角領域Ｅとの関係を説明する図である。
【図１２】図１２は、天球図に表わされた光の方向を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は、天球図に示された有効入射角領域Ｅを示す図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）をｚ軸方向から見た平面図である。
【図１４】図１４は、本発明実施例の面光源装置から出射される光の光度の分布を、従来例と比較して表わした図である。
【図１５】図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の原理を一般的に説明する図である。
【図１６】図１６（ａ）は、本発明の実施例１による面光源装置の変形例を示す分解斜視図、図１６（ｂ）はその光ＬＬの方向と有効入射角領域Ｅとの関係を説明する図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施例１による面光源装置の別な変形例を示す分解斜視図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施例１による面光源装置のさらに別な変形例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
３１  面光源装置
３２  導光板
３３  光入射面
３４  光源
３５  光出射面
３６  反射板
３７  偏向パターン
３８  プリズムアレイ
３９  プリズムパターン
４０、４１  プリズムシート
４２、４３  プリズム
４６  偏向反射面
４７  再入射面
４８  後部反射面
４９  平坦面
Ｅ    有効入射角領域
Ｎ    回帰反射領域
【図１】
2007115451.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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