JP2002228847A - 導光体及びこれを用いた面光源装置と液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用化の妨げとなっていた明暗の縞に由来す
る輝度ムラの悪化を解決し、光源近傍においても実用的
な光学特性を有する導光体及びこれを用いた面光源装置
と液晶ディスプレイ装置を提供すること。 【解決手段】 一表面を光出射面１１ｂとし、少なくと
も一方の表面に光取り出し機構が設けられ、且つ少なく
とも一つの側端部１１ａに光源１２を配設して使用され
る導光体１１において、光取り出し機構１４が、光源１
２の配設される側端部１１ａからの距離と光取り出し機
構１４による単位面積当たりにおける光出射効率との関
係を示す特性図において光源１２の配設される側端部１
１ａから３０ｍｍ以内の幅Ｓで１以上の変曲点を有する
ように制御されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導光体及びこれを用
いた面光源装置と液晶ディスプレイ装置に関し、更に詳
細には導光体を主たる構成要素とする面光源装置の輝度
分布特性や外観等の光学特性を向上させる技術であり、
更にこの面光源装置をバックライト光学系として好適に
用いた液晶ディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、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）装置が多用されており、このような液
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が配設されている。このバックライ
トは冷陰極放電管等の線状光源を面状の光に変換する機
構とされている。

【０００３】具体的には、液晶素子の背面直下に光源を
配設する方法や、側面に光源を設置し、アクリル板等の
透光性の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）が代表的であり、光出射面
にはプリズムアレー等からなる光学素子を配設して所望
の光学特性を得る機構とされている。

【０００４】このサイドライト方式については、例えば
特開昭６１−９９１８７号公報や特開昭６３−６２１０
４号公報に開示されている。特に、軽量、薄型という液
晶表示装置の一般的特徴をより有効に引き出すために
は、バックライトを薄くすることができるサイドライト
方式の利用が好適であり、携帯用パーソナルコンピュー
タ等の液晶表示装置にはサイドライト方式のバックライ
トが多く使用されている。

【０００５】図１２には、従来の、サイドライト方式の
代表的なバックライト即ち面光源装置１が示されている
いる。図１２に示される従来のこの種の面光源装置１
は、導光体２の一側端部２ａに線状光源３が当該側端部
に沿って配設され、この線状光源３からの光線を無駄な
く導光体２の側端部２ａである光入射面から内部に入射
させるようにリフレクタ４が設けられている。

【０００６】導光体２の一表面は光出射面２ｂとされ、
この光出射面２ｂに対向する面２ｃには白色インキをド
ット状（各ドットを符号５ａ、５ｂ、５ｃ、……で示
す）に印刷して形成された光取り出し機構５が設けられ
ている。導光体２の光出射面２ｂの上方には、一方の表
面に三角プリズムアレー６を形成した調光シート７がそ
の三角プリズムアレー６の稜線を導光体２の側端部２ａ
に平行に且つ観察者側に頂角を向けて配設されている。
そして、導光体２の光出射面２ｂに対向する面２ｃの下
方には拡散反射性の反射シート８が配設されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような一般的な従
来のサイドライト方式の面光源装置１に対して、より光
の利用効率を高めるため、図１２に示される従来型の面
光源装置１に見られる、頂角を観察者方向に向けた三角
プリズムアレーを形成した調光シート７を用いる態様で
はなく、特開平２−１７に開示されているように導光体
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態
様の方が光の利用効率という意味においては高性能であ
ることが知られている。

【０００８】しかしながら、三角プリズムアレーを用い
たこのような照明光学系では、光源近傍導光体の光入射
面から３０ｍｍ程度までの領域において導光体の側端部
に対して平行に縞状の明暗の帯（輝線、暗線）が生じて
しまうため、光源近傍で実用的な均一度の面光源を得る
ことができないという問題があった。

【０００９】すなわち、導光体における光源近傍の光出
射面の特定領域に輝線や暗線が生じるため、面光源とし
て有効に使用できる導光体の領域が限られてしまい、面
光源装置をバックライト光源手段とする液晶ディスプレ
イ装置では余分なスペースが必要となり、装置の大型化
を招いてしまうのである。

【００１０】このように、三角プリズムアレーを光出射
面側に向けた光学系は、光の利用効率には優れたもので
あるものの、有効発光エリアが限られてしまうため、額
縁寸法の限られる大型液晶ディスプレイ装置のバックラ
イト光源手段として実用的に使用することが困難である
という問題があった。

【００１１】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたもので、本質的には光学特性の向
上に有効でありながら、光源近傍での面光源の品質が十
分ではないため、例えば大型液晶ディスプレイ装置のバ
ックライト光源手段としては全く未完成であった、三角
プリズムアレーを光出射面側に向けた照明光学系に関
し、実用化の妨げとなっていた明暗の縞に由来する輝度
ムラの悪化を解決し、光源近傍においても実用的な光学
特性を有する導光体及びこれを用いた面光源装置と液晶
ディスプレイ装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は導光体であり、
前述した技術的課題を解決するために以下のように構成
されている。すなわち、本発明は、一表面を光出射面と
し、少なくとも一方の表面に光取り出し機構が設けら
れ、且つ少なくとも一つの側端部に光源を配設して使用
される導光体において、光取り出し機構が、光源の配設
される側端部からの距離と前記光取り出し機構による単
位面積当たりにおける光出射効率との関係を示す特性図
において光源の配設される側端部から３０ｍｍ以内の幅
で１以上の変曲点を有するように制御されていることを
特徴とする。

【００１３】〈本発明における具体的構成〉本発明の導
光体は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成
要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。
その具体的構成要素とは、前記光取り出し機構が、光源
の配設された側端部からの距離と光取り出し機構による
単位面積当たりにおける光出射効率との関係において、
光源の配設される側端部から３０ｍｍ以内の幅で１以上
のピークを有するような特性図を得られるように制御さ
れることが好ましい。

【００１４】また、本発明の導光体では、光取り出し機
構が粗面からなるドットパターンで構成され、このドッ
トパターンが不規則なピッチで配列されていることを特
徴とする。更に、本発明の導光体では、光取り出し機構
を導光体の光出射面側に設けることが好ましく、且つ光
出射面に相対する面は、光源が配設されている側端部に
対してほぼ垂直な方向に稜線を向けたアレー状集光素子
とすることが好ましい。

【００１５】この場合、アレー状集光素子としては三角
プリズムアレー、波板アレー、及びレンチキュラーレン
ズアレーのいずれかを用いることが好ましい。また、本
発明は面光源装置であり、この面光源装置は、前述した
特徴を有する導光体を用い且つ光源には冷陰極管若しく
は発光ダイオード素子を用いて構成されることが好ま
し。更に、本発明は液晶ディスプレイ装置であり、この
液晶ディスプレイ装置は、前述の特徴を有する面光源装
置をバックライト光源手段として備えて構成されてい
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の導光体及びこれを
用いた面光源装置と液晶ディスプレイ装置を図に示され
る実施形態について更に詳細に説明する。図１には本発
明の一実施形態に係る面光源装置１０が示されている。
この実施形態に係る面光源装置１０は、導光体１１と、
その一側端部（光入射面）１１ａに配置された光源１２
とを含む。

【００１７】光源１２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。また、本発明においては光入射面１１ａ
に１灯以上の光源を配設することもできる。更に、光源
１２の配設位置は、一つの側端部１１ａに限定されるも
のではなく、例えば、対向する側端部に１灯づつの光源
を配設した２灯式の態様等も実施可能である。

【００１８】この光源１２の周囲には一般的にはリフレ
クタ１３が配設され、出射した光線をできるだけ無駄な
く導光体１１の光入射面である側端部１１ａに入射させ
る機構とされている。このリフレクタ１３に用いられる
材質として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】このようにして側端部１１ａから入射した
光線は導光体１１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されていく
が、導光体１１の少なくとも一方の表面１１ｂには光取
り出し機構１４が設けられているため、導光体１１外に
適切な分量の照明光線を取り出すことができる構造とさ
れている。

【００２０】すなわち、この光取り出し機構１４とは、
全反射条件を満たしながら伝搬している光線を、光取り
出し機構１４に入射した際に、図２に例示されるよう
に、もはや全反射条件を満たすことができないようにし
て、導光体１１内に光線がとどまっていられないように
する機能を果たすものである。図２において、参照符号
１５は光取り出し機構１４によって、もはや導光体１１
内にとどまることができずに出射する光線を示し、参照
符号１６は全反射条件を満足して導光体１１内を伝搬す
る光線を示している。

【００２１】この光取り出し機構１４として、より具体
的には、図３に概略的に示されるようにシリカやチタニ
ア等の光散乱性微粒子が分散したインキを導光体表面に
ドット状に印刷することで、光散乱現象によって導光体
１１外に出射させる態様、図４に示されるように導光体
１１の表面１１ｂ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１１外に光を出射させる態様、
図５に示されるように導光体１１の表面１１ｃ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が代表的である。

【００２２】また、図６に示されるように導光体１１の
一表面である光出射面１１ｂを粗面１７とし、この粗面
の粗さを場所によって変更して光取り出し機構１４とす
る態様もある。なお、図３〜図５において、導光体１１
の一表面１１ｂに設けられる粗面からなる多数のドット
や光散乱性微粒子分散インキを印刷して形成された多数
のドット、或いはこの一表面１１ｂに対向する他表面１
１ｃにドット状に設けられる微少な傾斜面部等は、いず
れも光取り出し機構１４の構成要素であるので、これら
を同一の参照符号１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、………で示
す。

【００２３】本発明では、これらの光取り出し機構１４
が前述した例示のものに特に限定されるものではなく、
単位領域あたりにおける出射光量を適切に制御すること
のできる構成の光取り出し機構であれば、いずれも用い
ることが可能である。ただ、特に好適には、図４に示さ
れるように粗面をドット状に微細にパターニングする態
様が用いられる。

【００２４】これは、本発明において、光取り出し機構
１４によって光の出射効率を極めて精密に制御する必要
があるためであり、詳細は以下に述べるが、この精密な
制御性を確保する上で前述したような粗面をドット状に
微細にパターニングする態様が優れた性能を有するため
である。

【００２５】本発明の実施形態に係る面光源装置１０で
は、図１に示されるように導光体１１の光出射面１１ｂ
側に、一方の表面に三角プリズムアレー１８ａを形成し
たプリズムシート１８が当該アレー１８ａの頂角を光出
射面１１ｂ側に向けて配置され、照明光を効率よく正面
方向に変角、集光して面光源を得る光学系とされてい
る。その際、プリズムシート１８は、三角プリズムアレ
ー１８ａの稜線が導光体１１の光入射面１１ａと平行方
向に伸長するように導光体１１の光出射面１１ｂの上に
配置される。

【００２６】なお、図１に示される本発明の実施形態に
係る面光源装置１０では、プリズムシート１８の上方に
光拡散性のシート１９が配置され、更に、導光体１１の
光出射面１１ｂに対向する面１１ｃ側の下方には反射シ
ート２０が配置されて構成されている。

【００２７】しかしながら、光出射面１１ｂ側に三角プ
リズムアレー１８ａの頂角を向けて配置されたプリズム
シート１８を用いる光学系では、光学的な効率は極めて
高く維持されるものの、前述のように、導光体１１の光
入射面１１ａから３０ｍｍ程度までの領域Ｓにおいて、
光入射面である導光体１１の側端部１１ａに対して平行
に縞状の明暗の帯（輝線、暗線）が生じてしまうため、
外観上極めて見苦しい状態となっていた。

【００２８】この状況を、図７〜図１０を用いて説明す
る。まず、導光体１１の光出射面１１ｂに光取り出し機
構が設けられるとして、導光体１１の光入射面である側
端部１１ａに入射する光線の断面方向への出射角度分布
を幾何光学的に考えると、その出射角度分布２１は図７
に模式的に示されるようになる。

【００２９】導光体１１の側端部１１ａに入射する光線
の断面方向への出射角度θは、図８に示されるように光
入射面である側端部１１ａに直交する仮想の軸線２２に
対する角度であり、この出射角度θは約４５度以下の角
度範囲に分布することとなり、大きな出射角度を有する
光線成分は存在していない。

【００３０】これは、屈折率の異なる界面において成立
する透過光に関するスネルの法則から、

【数１】 であり、例えば代表的な透明樹脂であるアクリル樹脂
（ｎ＝１．４９１程度）の場合で考えると、導光体１１
への入射角度がたとえ９０度の場合であってもθ＝４
２．１度となり、θ＞４２．１度となるような光線成分
は原理的に得ることができないからである。

【００３１】このため、図７及び図９に示されるよう
に、光出射面１１ｂ上の光入射面１１ａに極めて近い領
域（領域Ａ１）においては、出射角度θの符号がプラス
の成分（光束Ｆ⁺）のみしか領域Ａ１に設けられた光取
り出し機構に到達することができず、出射角度θの符号
がマイナスの成分（光束Ｆ^-）は全く光の取り出しに寄
与していない状況が生じる。

【００３２】ところが、領域Ａ１に隣接した領域Ｂ１に
おいては、光出射面１１ｂに対向する面１１ｃで全反射
した光束Ｆ^-が領域Ｂ１にまで到達することができるよ
うになり、なおかつ光束Ｆ⁺も領域Ｂ１に到達すること
ができる。したがって、必然的に領域Ａ１に比べて、極
めて大量の光束が領域Ｂ１に存在する光取り出し機構１
４に流入することになるのである。

【００３３】すなわち、光入射面からの僅かな距離の差
によって単位領域あたりに流入する光束の量が目まぐる
しく変化するのであり、それに応じて出射する光量も変
化し、外観的に見苦しい、輝線や暗線が発生することに
なるのである。同様に、領域Ｂ１に隣接する領域Ａ２で
は再び領域Ｂ１に比べて流入光量が減少しまうため、隣
接した領域Ｂ１に比べて領域Ａ２には相対的に暗い帯状
部分となる。

【００３４】ただし、領域Ａ２には光束Ｆ⁺成分も一部
は到達することができるため、領域Ａ１とＢ１の差ほど
明確な流入光量の違いは生じなくなる。この様に、光入
射面からの距離が離れるにしたがって、隣接した明部領
域Ａと暗部領域Ｂが交互に出現する現象は、徐々に打ち
消されるようになるのであり、特に顕著な流入光量の差
が生じるのは、大抵の場合、領域Ａ１、領域Ｂ１、……
…領域Ｂ３程度までの範囲（光入射面１１ａから３０ｍ
ｍ程度の幅Ｓの範囲）である。

【００３５】従来型のサイドライト型面光源装置（図１
２）においても、このような現象は発生していたと考え
られるが、従来型の光学系では、光取り出し機構から生
成する出射光線の出射角度範囲が広く且つ指向性が弱い
散乱光線であったこと、拡散シートや観察者側に頂角を
向けたプリズムシートが用いられたこと等により、導光
体からの出射光線が適切に拡散されていたため、上記の
ような縞状の明暗が実用上問題になることはなかったの
である。

【００３６】しかしながら、本発明の面光源装置のよう
に導光体１１の光出射面１１ｂ側に、三角プリズムアレ
ーシート１８が三角プリズムアレー１８ａの頂角を当該
光出射面１１ｂ側に向けて配置され、且つ指向性の高い
出射光線を発生する粗面パターニングを光取り出し機構
１４とする光学系では、光路中で光がそれほど拡散され
ないため、効率は極めて高い反面、導光体１１から出射
する光線の光量変化がダイレクトに発光領域での出射光
量変化として現れてしまうことになるになるため、前述
のような幾何光学的機構に基づく、光源近傍での僅かな
範囲での光量変化をも考慮した導光体１１の設計が必要
となるのである。

【００３７】すなわち、図１１に示されるように、領域
Ａ１、Ａ２、………では領域Ｂ１、Ｂ２………に対する
相対的な入射光量の不足分を補うべく、光取り出し機構
をより密に配置（制御）する等して、単位面積当たりに
おける光出射効率を相対的に大きくする必要がある。

【００３８】言い換えれば、領域Ａ１、Ａ２、………に
ついて領域Ｂ１、Ｂ２………に対する相対的な入射光量
の不足分を補うため、単位面積当たりにおける光出射効
率を相対的に大きくするには、図１１に示されるように
横軸に光源が配設された側端部１１ａからの距離をと
り、縦軸に単位面積当たりにおける光出射効率の関係を
とった特性図（グラフ）において、側端部１１ａから３
０ｍｍ程度の幅に少なくとも変曲点を存在させるように
することがよく、より好ましくは、ピークを１つ存在さ
せ、更に好ましくは図１１に示されるようにピークを２
つ以上存在させるように光取り出し機構１４を設計する
必要がある。

【００３９】図１１に示される特性図では、４つのピー
ク２３、２４、２５、２６が存在し、これら各ピーク２
３、２４、２５、２６は、それぞれ図７に示される領域
Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２に対応する部分である。

【００４０】ここで、単位面積当たりにおける光出射効
率とは、例えば粗面の微細なドットパターンを光取り出
し機構１４とした場合に、導光体１１への一定の流入光
量に対して、ドットパターンの直径や配置密度の増減に
よって変化させることのできる、導光体１１からの光出
射量の変化を単位面積あたりで表した物理量である。

【００４１】言い換えれば、単位領域あたりの光の取り
出され易さを表す量であり、前述した単位面積あたりの
粗面エリアの占有密度以外にも、例えば、粗面の荒れ具
合（算術平均粗さ）、微細な凹凸形状の配置密度、光散
乱性インキによる印刷パターンの単位面積あたりの占有
密度等によっても単位領域あたりの光の取り出され易さ
をコントロールすることができる。

【００４２】すなわち、本発明の導光体では、横軸に光
源１２が配設された側端部１１ａからの距離をとり、縦
軸に例示した光の取り出され易さをコントロールする因
子（粗面ドットの占有密度等）をとった特性図（グラ
フ）において、側端部１１ａから３０ｍｍ程度の幅Ｓに
少なくとも変曲点が存在し、より好ましくは、ピークが
１つ存在し、さらに好ましくはピークが２つ以上存在す
るように制御された光取り出し機構１４を備えているの
である。

【００４３】このように、光源１２が配設された側端部
１１ａからの距離に対する光の出射効率（光の取り出さ
れ易さ）を幾何光学的な要求に基づいてきめ細かく制御
することによって、本発明で前提としている高効率な照
明光学系においても、光源近傍における外観的な見苦し
さが改善され、実用的な輝度分布が得られるのである。
特に、きめ細かな光出射効率の制御を果たすためには、
粗面からなる微細なドットパターンの利用が極めて好適
であり、高効率でありながら外観的な見苦しさも小さ
い、極めて実用的な導光体を得ることができる。

【００４４】ここで、粗面からなるドットパターンを導
光体上に形成する方法は各種考えることができるが、特
に高い実用性を有するのは、粗面パターンを形成した金
型を使用した射出成型によるものであり、粗面パターン
を形成した金型の作成は金型材表面をドライフィルムレ
ジスト等によって被覆し、フォトリソグラフィによって
微細なパターンを露光、現像して粗面ドットの部分のみ
に穴あけ加工を施した後に、該金型材をサンドブラスト
して粗面パターンを得る方法が好適に用いられる。

【００４５】また、本発明において好適な光取り出し機
構として用いられる、粗面からなるドットパターンは、
パターン見えを防止するため、極めて微細なパターンと
されている必要がある。具体的にはドット径は３００μ
ｍ以下、好ましくは２５０μｍ以下、より好ましくは２
００μｍ以下とされる。さらに、液晶パネルとの光学的
な干渉現象を防ぐため、微細なパターニングは規則的に
（格子状に）配列しているのではなく、ランダムに位置
座標が変化していることが好ましい。

【００４６】また、導光体１１からの出射光線を有効利
用するために最も好ましい光学系としては、前述した粗
面からなる微細なパターニングが光出射面１１ｂ側に設
けられ、さらに光出射面と対向する面１１ｃには、図１
に示されるように三角プリズムアレー２７、波板アレ
ー、若しくはレンチキュラーレンズアレー等のアレー状
集光素子を設ける態様が好適である。その際、アレー状
集光素子は、その稜線２７ａが光源１２の配設されてい
る側端部１１ａに対してほぼ垂直方向に向くように配置
される。

【００４７】これら各アレー状集光素子の中でも特に図
１に示されるような三角プリズムアレー２７が好適に用
いられ、この三角プリズムアレー２７のピッチは５００
μｍ、好ましくは２００〜１０μｍ、より好ましくは１
００〜１５μｍの範囲とされ、頭頂角は１５０〜７０
度、好ましくは１２０〜７５度、さらに好ましくは１１
０〜８０度の範囲とされる。

【００４８】本発明の面光源装置における好ましい態様
として、導光体１１やプリズムシート１８はいずれも樹
脂材料によって得られ、特にアクリル系樹脂、ポリカー
ボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、または環状ポリ
オレフィン系樹脂が好適に用いられ、プリズムアレー等
の光学素子群はアクリル系等に代表される公知の熱硬化
性、もしくは光硬化性樹脂によって形成される。

【００４９】また、本発明の面光源装置を透過型液晶パ
ネルの背面に配設することで、液晶ディスプレイ装置が
得られる。ここで、液晶パネルとは液晶分子の電気光学
効果、すなわち電界に伴う光学異方性、配向性等を利用
し、任意の表示単位に電界印加或いは通電して液晶の配
向状態を変化させ、光線透過率や反射率を変えることで
駆動する、光シャッタの配列体である液晶セルを用いて
表示を行うものをいう。

【００５０】具体的には、透過型単純マトリクス駆動ス
ーパーツイステッドネマッチクモード、透過型アクティ
ブマトリクス駆動ツイステッドネマチックモード、透過
型アクティブマトリクス駆動インプレーンスイッチング
モード、透過型アクティブマトリクス駆動マルチドメイ
ンヴァーチカルアラインドモード等の液晶素子が挙げら
れる。

【００５１】以上の様に、本発明によって三角プリズム
アレーを光出射面側に向けた照明光学系に関し、実用化
の妨げとなっていた明暗の縞に由来する輝度ムラの悪化
を解決し、光源近傍においても実用的な光学特性を有す
る面光源装置を提供することが可能となった。これは液
晶モジュールの低消費電力化や薄型化、組立性の向上に
極めて大きな効果を果たすものである。

【００５２】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
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。 （実施例）図１に示した構造の面光源装置を製造した。
導光体１１として射出成型によって得た、サイズ２２
０．０×１６４．５ｍｍ、厚みが厚肉部２．０ｍｍ、薄
肉部０．６ｍｍなる短辺方向に厚みが変化する楔形のア
クリル樹脂板（三菱レイヨン製、アクリペットＴＦ８）
を使用し、厚肉側の長辺部分（側端部）１１ａに管径
２．０ｍｍ（ハリソン電機製）なる冷陰極管からなる線
状光源１２を配設し、該冷陰極管の周囲に銀蒸着フィル
ムを張り合わせた板厚み０．２ｍｍなるリフレクタプレ
ート（三井化学製）１３にて覆った。

【００５３】導光体１１の光出射面１１ｂには、円形な
る粗面ドット（直径５２〜１７０ｍｍ）１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ、………を設け、液晶パネルとの光学的な干
渉を防ぐため位置座標がランダムとなるように配置し
た。各ドット中心点の平均間隔は１０５μｍである。ま
た、光出射面１１ｂと対向する面１１ｃには稜線が光入
射面と垂直となる三角プリズムアレー（ピッチ５０μ
ｍ、頭頂角９０度）２７が形成された。

【００５４】ここで、粗面ドットパターンの形成は該ド
ットパターンを加工した金型を用いて行った。具体的に
は、鏡面研磨したＳＵＳ基板（ＳＵＳ３０４）上に厚み
３５μｍなるサンドブラスト耐性を有するドライフィル
ムレジスト（日本合成製、ＡＬＰＨＯ ３５Ｐ０１５）
をラミネートし、フォトマスクプロッター（大日本スク
リーン製ＲＧ−６５００）によって描画したフォトマス
クをマスク密着露光し、現像してドットを形成する部分
に開口加工を施した。その後に平均粒径２２μｍなるジ
ルコニアを投射材としてサンドブラスト加工を施して、
該ドット位置のみを粗面化処理し、さらにドライフィル
ムレジストを剥離して粗面ドットパターンを形成した金
型を得た。

【００５５】同様に、三角プリズムアレー２７の形成も
金型表面にプリズム形状を形成することによって行わ
れ、該金型は射出成型用金型材料（ＳＴＡＶＡＸ）の上
にニッケルを無電解メッキして堆積させ、該ニッケルの
コーティングされた表面を頂角９０度なるダイアモンド
単結晶バイトを用いてフライス加工機（東芝機械製、Ｕ
ＶＭ）によって切削加工を施して得られている。

【００５６】入射面１１ａからの距離に対する粗面の被
覆率の関係は、図１１に示される特性図（グラフ）の如
く光入射面１１ａから一旦漸減した後に、５ｍｍ付近で
微増し、また漸増した後に１０ｍｍ付近で再度、微増し
てから漸減し、６０ｍｍ付近で緩やかに増加に転じると
いう、極めて複雑な変化が与えられている。

【００５７】反射シート１９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
１１の上部には三角プリズムアレー１８ａ（ピッチ５０
μｍ、頭頂角６５度）が形成されたプリズムシート１８
（三菱レイヨン製、ダイヤアートＳ１６５）を、導光体
１１の光出射面１１ｂ側に頭頂角を向けて、プリズムア
レー１８ａの稜線が導光体１１の光入射面１１ａと平行
となるようにして配置して面光源装置の光学系を構成し
た。

【００５８】管電流は５．０ｍＡで一定となるようにし
て、専用インバータユニットを用いて冷陰極管を点灯
し、該面光源装置上に透過型液晶パネルを配設固定して
液晶ディスプレイ装置とした。全面白色表示時の画像品
質を観察した結果、光源近傍域においても輝度ムラは極
めて小さく抑えられ、外観品質は極めて高く実用上全く
問題の無いレベルであった。導光体の光入射面から僅か
２．４ｍｍの位置から有効発光エリア（実用的な均一度
の面発光が得られるエリア）が得られたため、極めて額
縁の小さな省スペースの液晶ディスプレイ装置を得るこ
とができた。

【００５９】（比較例）光入射面からの距離に対する粗
面の被覆率の関係は、光入射面からの距離に対して漸増
する単純な変化パターンが与えられたことの他は実施例
と同様に面光源装置を構成した。この面光源装置では、
光源近傍域において極めて明確な明暗の帯が観察され、
輝度ムラは劣悪であった。導光体の光入射面から１２ｍ
ｍも離れた位置からしか有効発光エリアをとることがで
きなかったため、実施例と比較して液晶ディスプレイ装
置の額縁部を１０ｍｍ程度度大きくせざるを得ず、占有
スペースの大きな液晶ディスプレイ装置しか得ることが
できなかった。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の導光体に
よれば、一方の表面に設ける光取り出し機構を、光源の
配設される側端部からの距離と光取り出し機構による単
位面積当たりにおける光出射効率との関係を示す特性図
において光源の配設される側端部から３０ｍｍ以内の幅
で１以上の変曲点を有するようにコントロール（形成）
することにより、高効率な照明光学系でも光源近傍にお
ける外観的な見苦しさが改善され、実用的な輝度分布を
得ることができる。

【００６１】また、本発明によれば、前述したように光
源近傍導光体における光入射面の特定領域に輝線や暗線
の発生がないため、導光体のほぼ全領域を面光源として
有効に使用することができることから、この導光体を構
成要素とする面光源装置をバックライト光源手段とした
液晶ディスプレイ装置では、周囲に余分なスペースを必
要とすることがなく、そのため装置の小型化を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る面光源装置の主要部
を概略的に示す斜視図である。

【図２】一表面に光取り出し機構を設けた導光体内にお
いて側端部から入射した光線が伝搬する状態を概略的に
示す導光体の部分的な断面図である。

【図３】光散乱性微粒子が分散したインキを一表面にド
ット状に印刷してなる光取り出し機構を備える導光体内
において側端部から入射した光線が伝搬する状態を概略
的に示す導光体の部分的な断面図である。

【図４】一表面に粗面部分をドット状に設けてなる光取
り出し機構を備える導光体内において側端部から入射し
た光線が伝搬する状態を概略的に示す導光体の部分的な
断面図である。

【図５】他表面に微少な傾斜面部を設けてなる光取り出
し機構を備える導光体内において側端部から入射した光
線が伝搬する状態を概略的に示す導光体の部分的な断面
図である。

【図６】場所によって粗さを変化させて一表面に連続的
に形成された粗面からなる光取り出し機構を備える導光
体において側端部から入射した光線がこの導光体内を伝
搬する状態を概略的に示す断面図である。

【図７】光入射面からの僅かな距離の違いによって導光
体の光出射面に流入する光量に大きな変化が生じる状況
を説明する構成説明図である。

【図８】導光体の光出射面を部分的に拡大し、側端部か
ら導光体内部に入射する光線の出射角度を定義する構成
説明図である。

【図９】光源が配設された側端部近傍の導光体表面にお
ける領域Ａ１にのみ到達する光束の状態を示す構成説明
図である。

【図１０】光源が配設された側端部近傍の導光体表面に
おける領域Ｂ１に到達する光束の状態を示す構成説明図
である。

【図１１】本発明の面光源装置で、光源が配設された側
端部からの距離に対する単位面積あたりにおける光出射
効率の関係を示す特性図である。

【図１２】従来の面光源装置を概略的に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 面光源装置 １１ 導光体 １１ａ 側端部 １１ｂ 光出射面 １１ｃ 光出射面に対向する表面 １２ 光源 １３ リフレクタ １４ 光取り出し機構 １４ａ、１４ｂ、１４ｃ 光取り出し機構を構成するド
ット １５ 全反射条件を満足しなくなって導光体から出射す
る光線 １６ 全反射条件を満足して伝搬する光線 １７ 粗面 １８ プリズムシート １８ａ プリズムシートに形成されている三角プリズム
アレー １９ 拡散シート ２０ 反射シート ２１ 出射角度分布 ２２ 導光体側端部に垂直な仮想の軸線 ２３、２４、２５、２６ 特性図におけるピーク ２７ 三角プリズムアレー ２７ａ 三角プリズムアレーの稜線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H038 AA54 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA21Z FA23Z FA28Z FA45Z FB02 FD04 KA10 LA11 LA16 LA18

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一表面を光出射面とし、少なくとも一方
   の表面に光取り出し機構が設けられ、且つ少なくとも一
   つの側端部に光源を配設して使用される導光体におい
   て、 前記光取り出し機構が、前記光源の配設される前記側端
   部からの距離と前記光取り出し機構による単位面積当た
   りにおける光出射効率との関係を示す特性図において前
   記光源の配設される前記側端部から３０ｍｍ以内の幅で
   １以上の変曲点を有するように制御されていることを特
   徴とする導光体。
2. 【請求項２】 前記光取り出し機構が、前記光源の配設
   された前記側端部からの距離と前記光取り出し機構によ
   る単位面積当たりにおける光出射効率との関係におい
   て、前記光源の配設される前記側端部から３０ｍｍ以内
   の幅で１以上のピークを有するような特性図を得られる
   ように制御されていることを特徴とする請求項１に記載
   の導光体。
3. 【請求項３】 前記光取り出し機構が粗面からなるドッ
   トパターンで構成され、前記ドットパターンが不規則な
   ピッチで配列されていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の導光体。
4. 【請求項４】 前記光取り出し機構が前記導光体の前記
   光出射面側に設けられ、且つ前記光出射面に相対する面
   には前記光源が配設された前記側端部に対してほぼ垂直
   な方向に稜線を前向けたアレー状集光素子が形成されて
   いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
   導光体。
5. 【請求項５】 前記アレー状集光素子が三角プリズムア
   レー、波板アレー、及びレンチキュラーレンズアレーの
   いずれかであることを特徴とする請求項４に記載の導光
   体。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載の導光体を用い、前
   記光源には冷陰極管若しくは発光ダイオード素子が用い
   られていることを特徴とする面光源装置。
7. 【請求項７】 前記導光体の前記光出射面上には、頂角
   を前記光出射面側に向け、稜線を前記光源の配設された
   側端部とほぼ平行とした、三角プリズムアレーが配設さ
   れて構成されていることを特徴とする請求項６に記載の
   面光源装置。
8. 【請求項８】 請求項６又は７に記載の面光源装置をバ
   ックライト光源手段とする液晶ディスプレイ装置。