JP2012014909A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の傾斜面から漏れた光によるホットスポットや輝度むらなどの発光品位の低下を防止する。
【解決手段】導光板３４は、厚みの大きな入光部４７と、上面が傾斜面５０となったくさび形の光導入部４８と、厚みが薄くて発光領域となる導光板本体４９とを備えている。導光板本体４９の上面には、拡散板３７が置かれ、その上には上面にプリズムが形成された２枚のプリズムシート３８ａ、３８ｂが重ねられている。拡散板３７は、傾斜面５０の下端から離れて引っ込んでおり、プリズムシート３８ａは導光板本体４９側から光導入部４８側へ延出されていて、空気層５６を介して傾斜面５０の上方を覆っている。また、光導入部４８の入光端面４１には、複数の光源３５が配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は面光源装置に関し、たとえば液晶パネルを背面から照明するためのバックライトなどに用いられる面光源装置に関する。

エッジライト型の面光源装置では、平板状をした導光板の入光端面に対向させて光源を配置し、導光板の上面に拡散板やプリズムシートを重ねている。この面光源装置では、導光板の厚みが光源の高さに比べて小さいと、光源から発した光のうち入光端面から導光板に入射せず入光端面よりも外側へ逃げる光が増加し、光の利用効率が悪くなる。そのため、導光板の厚みは光源の高さとほぼ等しくなっている。

このような面光源装置の全体厚みを薄くしようとすれば、光源の高さと導光板の厚みを薄くすることが考えられる。しかし、導光板の厚みを薄くできたとしても、光源には製造上の制約があり、その高さをより小さくすることは困難である。そのため、光源の高さと導光板の厚みを小さくする方法では、ある限度以下に面光源装置の厚みを薄くすることはできない。

そこで、図１に示すように、入光端面１４を備えた入光部１５の厚みを光源１２の高さとほぼ等しくし、導光板１３の入光端面１４と反対側に入光端面１４よりも厚みの薄い平板状の導光板本体１７を設け、入光部１５と導光板本体１７を連続させるようにして両者の間にくさび形をした光導入部１６を形成した面光源装置１１が提案されている。この面光源装置１１では、入光端面１４の厚みと導光板本体１７の厚みの差を拡散板１９やプリズムシート２０、２１の合計厚みにほぼ等しくしておけば、導光板本体１７の上面に拡散板１９及びプリズムシート２０、２１を重ねることにより、面光源装置１１の全体厚みを薄くすることができる。また、この面光源装置１１では、光源１２の高さと入光端面１４の厚みがほぼ等しくなっているので、光源１２から出射した光は、効率よく入光端面１４から入光部１５へ取り込まれる。さらに、光導入部１６の上面が傾斜面１８となっていて厚みの大きな入光部１５と厚みの薄い導光板本体１７が光導入部１６を介して滑らかに接続されているので、入光部１５に入射した光は、光導入部１６の傾斜面１８と下面で全反射しながら導光板本体１７へ導光され、導光板１３における漏れ光を少なくできる。

しかし、このような面光源装置を液晶パネルのバックライトとして用いる場合には、迷光が液晶パネルに入射するのを防ぐため、光導入部の上面と導光板本体の上面外周部を遮光テープ（主に、黒色粘着シート）で覆って、その上面に液晶パネルを重ねる。そのため、遮光テープが光導入部の傾斜面にくっつくことがあり、遮光テープが傾斜面にくっつくと、傾斜面に入射した導光板内の光が遮光テープに吸収され、面光源装置の輝度が低下したり、輝度むらを生じたりするおそれがある。

そこで、特許文献１に開示された面光源装置では、図２に示すように、導光板本体１７の上面に重ねられたシートのうち一番下に位置する拡散板１９の端を延長して傾斜面１８の上面に重ね、延長した拡散板１９によって遮光テープが傾斜面１８にくっつくのを防いでいる。

特許第４２７９７６１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような面光源装置では、つぎのような理由により光導入部１６の傾斜面１８から光が漏れやすかった。
Ａ） 導光板内では、光は導光板の上面と下面で全反射を繰り返しながら導光するが、導光板が平板の場合には、全反射を繰り返しても導光板の上面又は下面に入射する光の入射角が変化しないので、導光板の上面や下面から光は漏れにくい。
一方、特許文献１のように傾斜面１８を有する導光板１３の場合には、導光板１３の下面と傾斜面１８で全反射するたびに傾斜面１８に再入射する光の入射角が小さくなるので、入光端面１４から離れるにつれて全反射の臨界角（以下では、全反射の臨界角を単に臨界角という。）付近の光が多くなり、傾斜面１８から漏れる光の割合が多くなる。
Ｂ） 光源からの出射光はほぼランバート分布となっているため、光源から出射される光のうちで発光強度がもっとも強いのは、光源の発光面中央の光であり、しかも発光面に垂直な方向の光である。したがって、導光板内を導光する光のうちで最大強度となるのは、導光板の中央を入光端面と垂直に進む光である（実際の導光板では、導光板の傾斜面や導光板下面の凹凸パターンの影響により光源から離れるに従って光の分布は均一化されるが、入光部付近では、一般に、導光板の中央を入光端面に垂直な方向に進む光の強度が大きい）。
特許文献１の面光源装置１１では、傾斜面１８の表面に拡散板１９が延びているので、傾斜面１８のうち拡散板１９の密着している領域に光が入射すると、図２に示すように、界面における屈折率差が小さいために拡散板１９を通って光が外部へ漏れてしまう。しかも、上記のような最大強度付近の光も傾斜面１８に入射するので、光源１２の全光量に対する漏れ光の割合も大きくなる。
なお、実際には、拡散板１９の裏面には微細な凹凸が存在するため、拡散板１９の延長部分の裏面全体が傾斜面１８に密着する訳ではなく、空気層２２を含む部分では光が全反射されるが、最大強度付近の光も傾斜面１８に入射するので、一部の光が拡散板１９を通って漏れるだけでもかなりの漏れ光となる。
Ｃ） 特許文献１の面光源装置１１では、導光板１３の傾斜面１８が平らであるために拡散板１９の角が接触することで傾斜面１８に微細な傷が付きやすく、この傷によって傾斜面１８から光が漏れやすくなる。特に、傾斜面１８の導光板本体側の端部付近に微細な傷が発生すると、光の漏れが大きくなる。

このようにして傾斜面１８から光が漏れると、図３に示すように、拡散板１９を透過して拡散された光が、プリズムシート２０、２１の端面や両シート２０、２１間に入光する。そして、両シート２０、２１間に入射した光は、プリズムシート２１によって上方へ曲げられ、一部は遮光テープ２３で吸収されるが、残る一部の光は遮光テープ２３の開口（導光板本体１７の発光領域）まで届き、余分な光となってホットスポット（つまり、不均一に明るい輝点）を生じる。また、プリズムシート２０、２１内にその端面から入射した光は、プリズムシート２０、２１の内部を導光しながら徐々に上方へ射出されるので、遮光テープ２３の開口内で細長い輝度むら（輝線）になる。この結果、面光源装置１１の発光領域にホットスポットや輝度むらが発生し、面光源装置１１の発光品位が低下する問題があった。また、傾斜面１８から光の漏れが大きくなると、発光領域の輝度低下を引き起こすことになる。

なお、傾斜面１８の傾斜角が緩やかである場合には、光の漏れが少ないため、拡散板１９による光拡散効果もあってホットスポットや輝度むらは目立ちにくく、発光品位の低下は軽微である。しかし、近年、面光源装置の薄型化傾向のなかで、傾斜面の傾斜角も急になってきており、上記のような発光品位の低下や輝度の低下が顕著となってきている。

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って、その目的とするところは、導光板の傾斜面から漏れた光によるホットスポットや輝度むらなどの発光品位の低下を防止することのできる面光源装置を提供することにある。

本発明に係る面光源装置は、入光端面と、前記入光端面の厚みよりも薄い導光板本体と、前記導光板本体と連続するように形成されていて前記入光端面側から前記導光板本体側へ向けて次第に厚みが薄くなった光導入部とを有する導光板、前記入光端面と対向する位置に配置された光源、前記導光板本体の発光側の面に置かれた拡散板及び１枚又は複数枚のプリズムシート、および、前記導光板本体の発光領域を除く領域において前記拡散板及び前記プリズムシートよりも上方に配置された遮光シートを備え、１枚又は複数枚の前記プリズムシートのうち少なくとも１枚のプリズムシートを前記光導入部の表面に向けて延出させたことを特徴としている。

本発明の面光源装置は、入光端面よりも薄くなった導光板本体の上に拡散板やプリズムシートを重ねることで面光源装置全体の厚みを薄くしたものであるが、このような形態の導光板では、平板状でない光導入部の表面から光が漏れて迷光となり、ホットスポットや輝度むらなどによって発光品位を低下させるおそれがある。

しかし、本発明の面光源装置では、光導入部の表面にプリズムシートを延出させて光導入部の表面をプリズムシートで覆っているので、光導入部の表面から漏れた光はプリズムシートに入射し、プリズムシートにほぼ垂直な方向へ曲げられて遮光シートで吸収される。したがって、光導入部から漏れた光が迷光となってホットスポットや輝度むらを生じさせるのを防止でき、面光源装置の発光品位を向上させることができる。

本発明に係る面光源装置のある実施態様は、前記導光板本体の発光側の面に前記拡散板が置かれ、当該拡散板の上に、前記拡散板と対向する面と反対側の面にプリズムを形成された２枚の前記プリズムシートが重ねられ、２枚の前記プリズムシートのうち少なくとも一方のプリズムシートが前記光導入部の表面に向けて延出していることを特徴としている。かかる実施態様では、導光板本体の表面で拡散板の上に重ねられたプリズムシートが光導入部側へ延出されて光導入部の表面を覆っているので、プリズムシートが光導入部の表面に密着しにくくなっている。そのため、光導入部内の光がその表面から漏れにくくなり、迷光が発生しにくくなって発光品位の低下を抑制できる。また、光導入部からの漏れ光が少なくなるので、導光板本体における発光輝度を高めることができる。

また、この実施態様においては、２枚の前記プリズムシートが前記光導入部の表面で積層されていてもよい。光導入部の表面に２枚のプリズムシートが積層されていると、光導入部の表面から漏れた光はプリズムシートを２回通過することになり、プリズムシートに垂直な方向へ偏向されて遮光シートで吸収される光の割合が増加する。

さらに、この実施態様においては、前記光導入部の表面に向けて延出された前記プリズムシートと前記光導入部の表面との間に空気層が設けられていることが好ましい。プリズムシートと光導入部の表面との間に空気層を設ければ、導光板の表面から光が漏れにくくなり、面光源装置の発光品位の低下を抑制するとともに発光輝度を向上させることができる。

本発明に係る面光源装置の別な実施態様は、前記導光板本体の発光側の面に、前記導光板本体と対向する面にプリズムを形成された１枚の前記プリズムシートが置かれ、当該プリズムシートの上に前記拡散板が重ねられていることを特徴としている。かかる実施態様では、下面にプリズムを形成されたプリズムシートを用いているので、プリズムシートを透過した光を効率よくプリズムシートに垂直な方向へ偏向させることができ、より多くの光量を遮光シートで吸収させることができる。

本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記拡散板が、前記光導入部と前記導光板本体の境界よりも離れた位置に配置されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、拡散板の端面が光導入部から離れるので、光導入部から漏れた光が拡散板の端面から拡散板内に入射しにくくなり、発光品位の低下を抑制できる。

本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、１枚又は複数枚の前記プリズムシートのうち、延出された少なくとも一枚のプリズムシートが、そのプリズム稜線方向が前記入光端面に垂直な方向に対して３０°以上９０°以下の角度をなすように配置されていることを特徴としている。なお、ここでプリズム稜線方向が入光端面に垂直な方向に対してなす角度は、プリズム稜線の回転方向によらず、入光端面に垂直な方向から測った角度が０°以上９０°以下となるように定義する。かかる実施態様によれば、光導入部の表面から漏れた光がプリズムシートによって回帰反射されにくくなる。したがって、プリズムシートで回帰反射された光が再び導光板内に戻って発光領域から出射するのを防ぐことができ、発光品位の低下を抑制できる。

本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光導入部の発光側の面を傾斜面としたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、導光板本体の発光側の面を窪ませることができ、拡散板やプリズムシートをそこに納めることが可能になる。

本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光導入部の発光側の面を複数の平面によって膨らんだように形成したことを特徴としている。かかる実施態様によればプリズムシートの角を光導入部の表面から浮かせることができ、プリズムシートの角によって光導入部の表面に傷がつくのを防ぐことができ、傷のついた箇所から漏れる光を少なくできる。

本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光導入部の発光側の面を曲面によって膨らんだように形成したことを特徴としている。かかる実施態様でもプリズムシートの角を光導入部の表面から浮かせることができ、プリズムシートの角によって光導入部の表面に傷がつくのを防ぐことができ、傷のついた箇所から漏れる光を少なくできる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

図１は、従来の面光源装置を示す概略断面図である。 図２は、特許文献１に開示された面光源装置における光の挙動を示す図である。 図３は、特許文献１に開示された面光源装置において傾斜面から漏れた光による発光品位の低下の原因を説明する図である。 図４は、本発明の実施形態１による面光源装置の概略断面図である。 図５は、実施形態１の面光源装置の分解斜視図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は実施形態１の面光源装置における光の挙動を説明する概略図であって、図６（Ｂ）は実施形態１の面光源装置の一部破断した断面図、図６（Ａ）はその遮光テープを除いた平面図である。 図７は、拡散板や遮光テープなどの配置を定める方法を説明する説明図である。 図８（Ａ）は、下側のプリズムシートのプリズム稜線方向が入光端面にほぼ垂直となるように上下のプリズムシートを配置した様子を示す平面図である。図８（Ｂ）は、そのときの光の挙動を示す断面図である。 図９は、下側のプリズムシートのプリズム稜線方向が入光端面に垂直な垂線Ｃとなす角度φ１と、そのときの光のプリズム面への入射角βとの関係を表した図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、図９の説明図である。 図１１は、実施形態１の面光源装置を用いた液晶表示装置の概略断面図である。 図１２は、本発明の実施形態２による液晶表示装置を示す概略断面図である。 図１３（Ａ）は、本発明の実施形態３による面光源装置を説明する概略図である。図１３（Ｂ）は、実施形態３の変形例を説明する概略図である。 図１４は、本発明の実施形態４による面光源装置に用いられる導光板を示す斜視図である。 図１５は、図１４の導光板における光導入部の円錐状の傾斜面を示す詳細図である。 図１６は、本発明の実施形態５による面光源装置を説明する概略図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

（第１の実施形態）
まず、図４及び図５を参照して本発明の実施形態１による面光源装置３１の構成を説明する。図４は面光源装置３１の概略断面図である。図５は面光源装置３１の分解斜視図である。

図４に示すように、面光源装置３１は、反射板３２、フレーム３３、導光板３４、複数個の光源３５、フレキシブルプリント基板３６、拡散板３７、２枚のプリズムシート３８ａ及び３８ｂ、遮光テープ３９（遮光シート）などからなる。

図４に示すように、光源３５（ＬＥＤ発光素子）は、蛍光体を含んだ透光性の樹脂４４内に青色発光ＬＥＤチップ４３を封止し、当該樹脂４４の前面を除く面を白色樹脂４５によって覆ったサイドビュータイプのものである。ＬＥＤチップ４３が発光すると、ＬＥＤチップ４３から出射された青色光が擬似的な白色光に変換されながら、樹脂４４の前面（発光窓４６）から前方へ出射される。また、ＬＥＤチップ４３から出射された光の一部は、樹脂４４と白色樹脂４５の界面で反射された後、発光窓４６から前方へ出射される。

複数個の光源３５は、フレキシブルプリント基板３６の下面に実装されており、一定のピッチで一列に並んでいる。

たとえば、サイドビュータイプの光源３５は、厚み０.４ｍｍの日亜化学工業製ＮＳＳＷ２０４を用いることができ、フレキシブルプリント基板３６は厚み０.１ｍｍのものを用いることができる。

導光板３４は、ポリカーボネイト樹脂やポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）樹脂などの屈折率の高い透光性樹脂によって成形されている。導光板３４の端面には、導光板３４の内部に光を導入するための入光端面４１が形成されており、入光端面４１の高さは光源３５の発光窓４６の高さよりも大きくなっている。入光端面４１を有する入光部４７は均一な厚みを有しており、入光部４７と反対側には入光部４７よりも厚みの薄い平板状の導光板本体４９が設けられ、入光部４７と導光板本体４９を連続させるようにして両者の間にくさび形をした光導入部４８が形成されている。導光板３４においては導光板本体４９が大部分の面積を占めており、導光板本体４９の下面には、その内部を導光する光を全反射又は拡散させて導光板本体４９の上面（光出射面４２）から上方へ出射させるための微細な偏向パターン４０（拡散手段）が多数形成されている。また、光導入部４８の上面は、入光部４７の上面から導光板本体４９の上面へ向けて下り傾斜した傾斜面５０となっている。

たとえば導光板３４はポリカーボネイト樹脂によって成形されており、入光部４７の厚さは０.４３ｍｍ、光導入部４８の傾斜面５０の傾斜角は約１０°、導光板本体４９の厚みは０.２０ｍｍとなっている。

フレーム３３は、導光板３４の入光部４７と同程度の厚みを有する樹脂シート（たとえば、ポリカーボネイト樹脂のシート）をカッティングしたものであって、図５に示すように、導光板３４を納めて位置決めするための開口５１を有している。また、開口５１の端には、フレキシブルプリント基板３６の下面に実装された光源３５を位置決めするための凹部５２が光源３５と同じピッチで設けられている。

反射板３２は、白色シートや金属箔などの反射率の高い材料で形成され、あるいは多層膜（ＥＳＲ）などの反射機構で形成されている。たとえば、厚み０.０６５ｍｍの３Ｍ製ＥＳＲを用いることができる。反射板３２は、導光板３４の下面から漏れた光を反射させて導光板３４に再入射させ、光の利用効率を向上させるものである。

図４に示すように、反射板３２の上面外周部を、両面粘着テープ５３によってフレーム３３の下面に接着する。そして、フレーム３３の開口５１内に導光板３４を納め、各光源３５の発光窓４６を導光板３４の入光端面４１に対向させるようにして各凹部５２に光源３５を納めて位置決めし、両面粘着テープ５４（たとえば、厚み０.０３ｍｍの日東電工製No.５６０３）によってフレキシブルプリント基板３６の下面をフレーム３３の上面と導光板３４の入光部４７の上面に接着する。この結果、フレキシブルプリント基板３６と反射板３２はフレーム３３に固定され、導光板３４の裏面に反射板３２が対向し、導光板３４の入光部４７は反射板３２とフレキシブルプリント基板３６に挟み込まれる。

なお、入光部４７の厚みは光源３５の高さよりも大きくても小さくてもよいが、組み立てられた状態においては、光源３５の発光窓４６は入光端面４１上端よりも上に出ず、下端よりも下に出ないように配置されなければならない。また、光源３５の下面は、導光板３４の裏面よりも引っ込んでいて反射板３２との間に隙間が生じても差し支えない。

しかして、光源３５を点灯させたとき、光源３５から出射された光は、入光端面４１から導光板３４内に導入され、導光板３４の上面と下面の間で全反射を繰り返しながら導光板３４内を導光する。そして、導光途中において偏向パターン４０で全反射または拡散されて光出射面４２へ向けて臨界角よりも小さな入射角で入射した光は、光出射面４２から外部へ出射される。

導光板本体４９の上面には拡散板３７と２枚のプリズムシート３８ａ、３８ｂが重ねて載置され、遮光テープ３９で縁を押さえられる。拡散板３７としては、たとえば厚み０.０４７ｍｍのツジデン製Ｄ１２２ＬＳ４を用いることができる。拡散板３７は、傾斜面５０へはみ出ないようにして導光板本体４９の上面に重ねられる。すなわち、拡散板３７の端は、傾斜面５０の下端（導光板本体４９の上面との間の境界）よりも引っ込んだ位置に配置される。拡散板３７の端を引っ込める程度としては、傾斜面５０の下端から漏れた光が拡散板３７の端面に入射しにくくなっていればよい。

プリズムシート３８ａ、３８ｂは、導光板３４と反対側を向いた面（上面）に頂角が９０°の断面三角形状をした直線状のプリズムを一定ピッチで平行に配列したものである。プリズムシート３８ａ、３８ｂとしては、たとえば厚み０.０６２ｍｍの３Ｍ製ＴＢＥＦ２−Ｔを用いることができる。２枚のプリズムシート３８ａ、３８ｂは、シート面に垂直な方向から見たとき、プリズム稜線方向が互いに直交するように配置されている。また、プリズムシート３８ａ、３８ｂは、シート面に垂直な方向から見たとき、それぞれのプリズム稜線方向が入光端面４１に垂直な垂線Ｃとなす角度φ１、φ２が４５°となるように配置されている（図６（Ａ）参照）。

また、上下に重ねられたプリズムシート３８ｂ、３８ａのうち、下側のプリズムシート３８ａの端部は傾斜面５０の上方へ向けて延出し、傾斜面５０の大部分を覆っている。ただし、プリズムシート３８ａの端部下面と傾斜面５０との間には空気層５６が挟み込まれており、プリズムシート３８ａと傾斜面５０との密着面積はできるだけ小さくなるようにすることが好ましい。また、プリズムシート３８ａの端部の延出長さは、プリズムシート３８ａの上端が入光部４７の上面を含む水平面よりも上に飛び出ない程度で、できるだけ長くすることが望ましい。一方、上側のプリズムシート３８ｂの端部は、プリズムシート３８ａの傾斜部分に重ならないように配置することが望ましい。

なお、上記の構成とは反対に、下側のプリズムシート３８ａを傾斜面５０の下端よりも引っ込め、上側のプリズムシート３８ｂを傾斜面５０の上方へ延出させるようにしてもよい。また、場合によっては、上下のプリズムシート３８ｂ、３８ａをいずれも傾斜面５０の上方へ延出させてもよい（後述する）。

遮光テープ３９は黒色粘着テープである。遮光テープ３９としては、たとえば厚み０.０５ｍｍの寺岡製作所製７０４５（０.０５）黒ＨＦを使用することができる。遮光テープ３９には、導光板本体４９の発光領域（有効領域）においてプリズムシート３８ｂを露出させるために窓５５が開口されている。遮光テープ３９は、フレキシブルプリント基板３６の上面とプリズムシート３８ｂの上面の外周部全周に貼り付けられており、さらにフレキシブルプリント基板３６と反対側においてフレーム３３の上面に貼り付けられている。こうして、拡散板３７、プリズムシート３８ａ、３８ｂは遮光テープ３９によって保持されている。

このような構造の面光源装置３１では、傾斜面５０の上へ延出されているプリズムシート３８ａは拡散板３７によって持ち上げられているので、傾斜面５０とプリズムシート３８ａの下面との間に空気層５６が生じる。空気層５６に接した導光板材料における臨界角は、樹脂層（拡散板３７又はプリズムシート３８ａ）に密着した導光板材料における臨界角よりも小さいので、プリズムシート３８ａの下に空気層５６が生じることで光が漏れにくくなる。特に、傾斜面５０の下端部は、導光板３４内で一番光量が多く、しかも導光板３４の裏面や傾斜面５０で何度か全反射した光が多くて漏れ出る光の割合が多いが、この領域には確実に空気層５６が形成されるので、光の漏れを少なく抑えることができる。したがって、面光源装置３１によれば、傾斜面５０からの漏れ光による光損失が少なくなって発光領域における輝度が向上する。また、傾斜面５０における光の漏れが少なくなるので、傾斜面５０から漏れた光が迷光となって発光領域に達することによるホットスポットや輝度むらも低減される。

しかし、傾斜面５０とプリズムシート３８ａの間に空気層５６が存在していても、傾斜面５０に立てた法線に対する角度が空気層５６に対する臨界角（たとえば、導光板３４がポリカーボネイト製である場合には、この臨界角は約３９°となる。）よりも小さくなる方向で入光部４７内に入射した光は、傾斜面５０に入射したときには傾斜面５０から漏れる。

また、図６（Ｂ）に示すように、傾斜面５０に対して臨界角よりも大きな入射角θ１で入射した光Ｌ１は傾斜面５０で全反射するが、傾斜面５０で全反射した光Ｌ１も導光板３４の下面で全反射することによって再度傾斜面５０に入射する。傾斜面５０の傾斜角をγとすれば、再度傾斜面５０に入射するときの入射角は２γだけ小さくなるので、傾斜面５０と裏面の間で何度か全反射した光は、図６（Ｂ）のＬ２、Ｌ３のように臨界角よりも小さな入射角θ２、θ３で傾斜面５０に入射して傾斜面５０から漏れ出る。

こうして傾斜面５０から漏れ出た光は、図６（Ｂ）に示すように、プリズムシート３８ａの下面からプリズムシート３８ａを通過してプリズムシート３８ａに垂直な方向へ光路を曲げられ、プリズムシート３８ａに垂直な方向へ導かれる。よって、傾斜面５０から漏れた光は、遮光テープ３９によって吸収され、遮光テープ３９の窓５５まで届きにくくなる。図６（Ｂ）に即して言えば、光Ｌ２はプリズムシート３８ａ、３８ｂのプリズム稜線方向の傾きφ１、φ２（入光端面４１に垂直な垂線Ｃに対する傾き）の影響を受け、プリズムシート３８ａを通過した光Ｌ２は、垂線Ｃを含みシート面に垂直な平面から斜めに外れて上方向へ向かい、遮光テープ３９の下面に当たって吸収される。

傾斜面５０の下端部Ａには、傾斜面５０や裏面で何度か全反射した光が入射するので、この領域Ａは導光板３４内で一番光量が多く、しかも光が漏れ易い。図６に示すように、領域Ａから漏れる光Ｌ３は、光Ｌ２よりも窓５５に近い場所で傾斜面５０から漏れるが、上下２枚のプリズムシート３８ａ、３８ｂを通過することによって、光Ｌ２よりも垂直に近い方向へ曲げられるので、やはり光Ｌ３も窓５５に届くことなく、遮光テープ３９の下面に当たって吸収される。

また、プリズムシート３８ａの下面が傾斜面５０に密着していて空気層５６が存在しない場合には、傾斜面５０から漏れる光量が増加するが、この場合にも上記のようなプリズムシート３８ａ、３８ｂの働きによって、傾斜面５０から漏れた光は遮光テープ３９の下面に当たって吸収され、窓５５から漏れにくくなる。

この結果、面光源装置３１では、発光領域にホットスポットや輝度むらが生じにくくなり、発光品位が向上する。

さらに、傾斜面５０に微細な傷が発生している場合には、そこから光が漏れやすくなるが、傾斜面５０の大部分の領域、特に光量の多い下端部Ａにはプリズムシート３８ａが接触しないので、光の漏れの原因となる傷がつきにくく、発光領域の輝度低下を小さくできる。

つぎに、傾斜面５０の下端で漏れた光の挙動を簡略に考察することにより、拡散板３７や遮光テープ３９の配置を考える。図７は、傾斜面５０に立てた法線Ｎに対してθ４の角度（入射角）で傾斜面５０の下端に入射した光Ｌ４の挙動を示す。実際の導光板内の光は様々な光線方向と強度分布を持つので、一意的な取り扱いは困難であるが、代表的な光線追跡を簡略化して行うことにより、各要素の寸法関係を概略的に求めることができる。

ここでは、最も光が漏れやすい部分である傾斜面５０の下端からの漏れ光Ｌ４を考える。この光Ｌ４の傾斜面５０への入射角θ４としては、空気層に対する導光板材料の臨界角よりも少し小さい値を想定している。具体的には、導光板材料をポリカーボネイト樹脂とすれば、空気層との界面における臨界角は約３９°となるので、入射角θ４は臨界角より少し小さな３５°とする。

傾斜面５０から漏れた光が拡散板３７の端面に入射すると、拡散板３７内を光が導光して従来例と同様に細長い輝度むらが発生するので、まず傾斜面５０から漏れた光を拡散板３７の端面に入射させないための条件を考える。傾斜面５０から漏れた光が拡散板３７の端面に入射しない条件を求めようとすれば、拡散板３７に最も近い傾斜面５０の下端から漏れた光を考えれば十分である。傾斜面５０の傾斜角をγとし、導光板材料の屈折率をｎ１としたとき、傾斜面５０の下端から漏れた光Ｌ４は、導光板本体４９の上面に対して
９０°−γ−arcsin（ｎ１・sinθ４） …（数式１）
の角度をなす方向へ空気層５６内を進む。拡散板３７の厚みをｆとすれば、この光Ｌ４が傾斜面５０の下端を出てから空気層５６を進んでプリズムシート３８ａの下面に達するまでに進む距離を水平方向へ射影した水平距離ｂは、
ｂ＝ｆ・tan（κ） …（数式２）
ただし、κ＝γ＋arcsin（ｎ１・sinθ４）
となる。したがって、傾斜面５０の下端から拡散板３７の端面までの水平距離ｃが数式２の水平距離ｂよりも大きければ、漏れ光Ｌ４は拡散板３７を回避してプリズムシート３８ａに入射する。すなわち、
ｃ ＞ ｆ・tan（κ） …（数式３）
であればよい。

入射角θ４を上記のように３５°とし、傾斜面５０の傾斜角をγ＝１０°、拡散板３７の厚みをｆ＝０.０４７ｍｍ、導光板材料（ポリカーボネイト樹脂）の屈折率をｎ１＝１.５９とすれば、κ＝７５.８°となるから、上記数式３は、
ｃ ＞ ０.１８６ｍｍ
となる。よって、たとえばｃ＝０.２０ｍｍとすればよい。

つぎに、漏れ光Ｌ４を遮光テープ３９の下面に当てて吸収させるための条件を考える。ここでは、プリズムシート３８ａ、３８ｂを簡略化して平坦なシートで置き換える。プリズムシート３８ａの下面に入射する光Ｌ４の入射角は、
γ＋arcsin（ｎ１・sinθ４）
であるから、プリズムシート３８ａ、３８ｂの屈折率をｎ２とすれば、プリズムシート３８ａ、３８ｂ内を通過する光Ｌ４がプリズムシート３８ａ、３８ｂに垂直な方向となす角度（屈折角）は、
arcsin〔（１／ｎ２）sin（κ）〕 …（数式４）
となる。よって、プリズムシート３８ａ、３８ｂの厚さをそれぞれｇ、ｈとすれば、傾斜面５０の下端から光Ｌ４が遮光テープ３９の下面に当たる点までの水平距離ｄは、
ｄ＝ｂ＋（ｇ＋ｈ）×tan｛arcsin〔（１／ｎ２）sin（κ）〕｝ …（数式５）
ただし、κ＝γ＋arcsin（ｎ１・sinθ４）
となる。実際には、プリズムシート３８ａを通過する光はそのプリズムによって垂直上方へ偏向され、プリズムシート３８ｂのプリズムでも垂直上方へ偏向されるから、傾斜面５０の下端から光Ｌ４が遮光テープ３９の下面に当たる点までの水平距離は数式５で表したｄよりも短くなる。したがって、傾斜面５０の下端から漏れた光Ｌ４を遮光テープ３９の下面で吸収させるためには、傾斜面５０の下端から遮光テープ３９の窓５５の縁まで測った水平距離ｅが、このｄの値よりも大きければ十分である。すなわち、
ｅ ＞ ｂ＋（ｇ＋ｈ）×tan｛arcsin〔（１／ｎ２）sin（κ）〕｝ …（数式６）
であればよい。

水平距離ｂの値は０.１８６ｍｍで、κの値は７５.８°であったから、プリズムシート３８ａ、３８ｂがいずれもアクリル樹脂製であってその屈折率をｎ２＝１.５とし、またその厚みがｇ＝ｈ＝０.０６２ｍｍであるとすれば、上記数式６は
ｅ ＞ ０.２７ｍｍ
となる。よって、たとえばｅ＝０.３０ｍｍとすればよい。

また、プリズムシート３８ａ、３８ｂの面積はなるべく広い方がよいが、上側のプリズムシート３８ｂは下側のプリズムシート３８ａの傾斜部分と干渉しないように配慮している。

なお、その他の寸法も記載すれば、入光部４７の厚みはＤ２＝０.５０ｍｍ（又は０.４３ｍｍ）で、導光板本体４９の厚みはＤ１＝０.３０ｍｍ（又は０.２０ｍｍ）となっており、入光端面４１から傾斜面５０の下端までの水平距離はａ＝１.５０ｍｍとなっている。

拡散板３７の端面の位置を上記のように定めることにより拡散板３７の端面に入射する光を激減させることができるので、輝度むらを低減することができる。また、遮光テープ３９の窓５５の縁までの長さを上記のように定めることにより、プリズムシート３８ａ、３８ｂを通過した漏れ光の大部分を遮光テープ３９に当てて吸収させることができる。特に、本実施形態によれば、傾斜面５０から漏れた光を遮光テープ３９で吸収させるのに必要な長さ（傾斜面５０の縁までの長さ）を従来例よりも短くできるので、導光板本体４９の発光領域が遮光テープ３９で覆われる面積が小さくなり、発光領域の利用可能面積が広くなる。

つぎに、プリズムシート３８ａ、３８ｂのプリズム稜線方向の角度について説明する。図８（Ａ）に示すように、プリズムシート３８ａ、３８ｂのシート面に垂直な方向から見たとき、下側のプリズムシート３８ａのプリズム稜線方向が入光端面４１に垂直な方向と平行に近く、上側のプリズムシート３８ｂのプリズム稜線方向が入光端面４１と平行に近くなるように配置されていると、傾斜面５０から光が漏れたときプリズムシート３８ａのプリズム面に対する光の入射角が大きくなって光がプリズム面で回帰反射し、回帰反射により導光板３４側へ戻った光（この光を図８（Ｂ）において光Ｌａで示す。）が拡散板３７で拡散反射され、その一部が遮光テープ３９の窓５５の内側へ達して新たに輝度むらを発生させる。また、図８（Ｂ）に示す光Ｌｂのように、拡散板３７を通過した光は、反射板３２で反射されて戻り、拡散板３７やプリズムシート３８ａ、３８ｂを通過して発光領域を明るく光らせ、輝度むらを生じさせる。このような光学的な悪影響を回避するためには、プリズムシート３８ａのプリズム稜線方向を入光端面４１に垂直な方向からある程度大きく傾ける必要がある。

図１０（Ａ）は、プリズム稜線方向が入光端面４１に垂直な垂線Ｃに対して角度φ１をなすようにして導光板３４の上面に置かれたプリズムシート３８ａを表している。なお、ここでプリズム稜線方向が入光端面４１に垂直な垂線Ｃに対してなす角度φ１は、プリズム稜線の回転方向によらず、垂線Ｃから測った角度が０°以上９０°以下となるように定義する。すなわち、φ１の値域を、０°≦φ１≦９０°とする。また図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）においてプリズムシート３８ａのプリズム面に光が入射している部分（Ｘ部）を拡大して表している。傾斜面５０から漏れた代表的な光がプリズムシート３８ａ内に入射すると、プリズムシート３８ａ内では、その光はシート面（あるいは、導光板３４の下面）に垂直な垂線Ｇに対してα＝４０°の角度をなす。したがって、垂線Ｇに対してα＝４０°の角度をなす光が頂角９０°のプリズム面に入射する場合を考える。図９は、プリズムシート３８ａ内でα＝４０°の方向の光が頂角９０°のプリズム面に入射する場合において、プリズムシート３８ａのプリズム稜線方向が入光端面４１に垂直な垂線Ｃとなす角度φ１と、そのときの光のプリズム面への入射角βとの関係を表した図である。

プリズムシート３８ａがアクリル樹脂製であるとすると、その屈折率はｎ２＝１.５であるから、プリズム面と空気との界面における臨界角は、
arcsin（１／ｎ２）≒４２°
となる。よって、入射角β＜４２°の場合には、図１０（Ａ）のように光はプリズム面を透過して遮光テープ３９に吸収される。これに対し、入射角β＞４２°の場合には、光はプリズム面で回帰反射され、図８（Ｂ）の光Ｌａ、Ｌｂのように遮光テープ３９の窓５５から出射されてホットスポットや輝度むらを生じさせる。図９によれば、入射光β＜４２°となるのは、プリズム稜線方向の傾きφ１が約３０°以上の場合であるから、ホットスポットや輝度むらを防止するためには、プリズムシート３８ａはプリズム稜線方向の傾きφ１が約３０°以上９０°以下となるように傾けて配置しなければならない。

上記のような点を考慮して、本実施形態の面光源装置３１では、それぞれのプリズムシート３８ａ、３８ｂは、そのプリズム稜線方向が入光端面４１に垂直な方向Ｃに対して約４５°の角度をなすように配置されている。

図１１は、面光源装置３１の上に液晶パネル６４を重ねて構成された液晶表示装置６１を表している。液晶パネル６４は、一対のガラス基板間に液晶材料を挟み込んで封止したものであって、面光源装置３１とほぼ同程度の大きさ（面積）を有している。液晶パネル６４の上下両面の、導光板本体４９と対向する領域には、それぞれ偏光板６２、６３が貼り付けられている。また、下面側の偏光板６３の厚みは、フレキシブルプリント基板３６の上面とプリズムシート３８ｂのプリズム上端との間の段差寸法に等しくなっている。したがって、液晶パネル６４を遮光テープ３９の上に重ねて接着させたとき、下面側の偏光板６３が面光源装置３１の低くなった部分に納まり、フレキシブルプリント基板３６の上面に接着している遮光テープ３９の上面と偏光板６３の上面とがほぼ同じ高さになる。そのため液晶パネル６４は、フレキシブルプリント基板３６及び遮光テープ３９と偏光板６３によって水平に、かつ、安定に保持される。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の実施形態２による液晶表示装置６６の概略断面図である。この液晶表示装置６６では、偏光板６２、６３の端を傾斜面５０の下端よりも引っ込めて、傾斜面５０の上方でプリズムシート３８ａの上面にスペースを生じさせている。したがって、このスペースを利用して上側のプリズムシート３８ｂも傾斜面５０の上方へ向けて延出することができる。

このように上下のプリズムシート３８ａ、３８ｂを傾斜面５０の上面へ向けて延出すれば、光源３５の近くで傾斜面５０から漏れた光は、上下２枚のプリズムシート３８ａ、３８ｂによってそれぞれ上方へ向けて偏向されるので、漏れ光が遮光テープ３９で吸収されやすくなる。よって、窓５５から光が漏れにくくなり、ホットスポットや輝度むらを低減して発光品位をより向上させることができる。

（第３の実施形態）
図１３（Ａ）は、本発明の実施形態３による面光源装置の一部を示す概略図である。この面光源装置では、傾斜面５０を傾斜角の異なる複数段の平面（図１３（Ａ）では２段となっている。）で構成して傾斜面５０の中段部が突出するようにしている。このような構造によれば、プリズムシート３８ａの端面の角が傾斜面５０から浮いて傾斜面５０に当たらないので、傾斜面５０が平坦である場合のように、振動や衝撃でプリズムシート３８ａの角が傾斜面５０に当たって傾斜面５０に傷がつくことを防ぐことができる。その結果、傾斜面５０の傷がついた箇所からの光の漏れを低減でき、面光源装置の発光品位を向上させることができる。

また、図１３（Ｂ）は、実施形態３の変形例を示す。この変形例では、導光板３４の下面と入光端面４１に垂直な平面における傾斜面５０の断面が円弧などの曲面状となるようにしたものである。このような変形例によれば、プリズムシート３８ａの下面が傾斜面５０と滑らかに接触するので、より一層傾斜面５０に傷がつきにくくなる。

（第４の実施形態）
図１４は、本発明の実施形態４の面光源装置に用いられる導光板３４と光源３５を示す概略図である。また、図１５は、図１４に示した導光板３４の光導入部４８を詳細に表した斜視図である。

この実施形態においては、各光源３５の前方に、表面が円錐状の傾斜面５０となった光導入部４８を設けている。さらに、各傾斜面５０には、傾斜面５０の傾斜方向に沿ったＶ溝７１が放射状に形成されている。図示しないが、この実施形態でも、プリズムシート３８ａとプリズムシート３８ｂのうち少なくとも一方のプリズムシートは、傾斜面５０の上面に向けて延出され、傾斜面５０の上方に重ねられる。

この実施形態では、傾斜面５０にＶ溝７１（ラジアルプリズム）が形成されているので、傾斜面５０に入射した光をＶ溝７１で回帰反射させることによって傾斜面５０からの光の漏れを少なくすることができる。また、傾斜面５０にＶ溝７１が形成されているので、傾斜面５０の上へ延出されたプリズムシートと傾斜面５０は線接触となって接触面積が小さくなる。この結果、傾斜面５０からの漏れ光が少なくなって、発光領域の発光輝度が向上する。また、傾斜面５０からの漏れ光が少なくなるので、ホットスポットや輝度むらも低減され発光品位の改善効果が高くなる。

（第５の実施形態）
図１６は、本発明の実施形態５による面光源装置の概略図である。この面光源装置では、導光板本体４９の上面に１枚のプリズムシート７２を直接に重ね、その上に拡散板３７を重ねている。プリズムシート７２の下面には断面三角形状のプリズムが形成されており、プリズムシート７２の端部は導光板本体４９の上面から傾斜面５０の上面へ向けて延びている。プリズムシート７２としては、たとえば厚みが１９０μｍ、プリズムピッチが５０μｍ、プリズム頂角が６８°の三菱レイヨン製ダイヤアートＭ１６８ＹＫを用いることができる。一方、拡散板３７の端は、傾斜面５０の下端から引っ込められている。

上面にプリズムを形成されたプリズムシートの場合には、プリズムを透過する光の屈折によって光を垂直方向へ偏向させる。これに対し、下面にプリズムを形成されたプリズムシートの場合には、プリズム内に入射した光をプリズム面で全反射させることによって光を垂直方向へ偏向させる。そのため、下面にプリズムを形成されたプリズムシート７２は、光を垂直方向へ偏向させて集光させる効率が高い。一例では、下面にプリズムが形成されたものに比べて約１.５倍の光を垂直方向へ偏向させることができる。

したがって、下面プリズムのプリズムシート７２を用いた場合には、傾斜面５０から漏れた光は、プリズムシート７２を透過することによってプリズムシート７２に垂直な方向へ効率よく偏向され、遮光テープ３９の下面に当たって吸収される。したがって、傾斜面５０から漏れた光が遮光テープ３９の窓５５から漏れにくくなり、ホットスポットや輝度むらを軽減して発光品位を改善することができる。

また、発光領域から出射した光はプリズムシート７２によって正面方向へ効率よく集光されるので、面光源装置の輝度が向上する。

また、プリズムシート７２は集光性が高いので、遮光テープ３９の窓５５の縁を傾斜面５０に近づけることができる。

３１ 面光源装置
３４ 導光板
３５ 光源
３６ フレキシブルプリント基板
３７ 拡散板
３８ａ、３８ｂ プリズムシート
３９ 遮光テープ
４１ 入光端面
４７ 入光部
４８ 光導入部
４９ 導光板本体
５０ 傾斜面
５５ 窓
５６ 空気層
６１、６６ 液晶表示装置
６２、６３ 偏光板
６４ 液晶パネル
７１ Ｖ溝
７２ プリズムシート

Claims (10)

1. 入光端面と、前記入光端面の厚みよりも薄い導光板本体と、前記導光板本体と連続するように形成されていて前記入光端面側から前記導光板本体側へ向けて次第に厚みが薄くなった光導入部とを有する導光板、
   前記入光端面と対向する位置に配置された光源、
   前記導光板本体の発光側の面に置かれた拡散板及び１枚又は複数枚のプリズムシート、および、
   前記導光板本体の発光領域を除く領域において前記拡散板及び前記プリズムシートよりも上方に配置された遮光シートを備え、
   １枚又は複数枚の前記プリズムシートのうち少なくとも１枚のプリズムシートを前記光導入部の表面に向けて延出させたことを特徴とする面光源装置。
2. 前記導光板本体の発光側の面に前記拡散板が置かれ、当該拡散板の上に、前記拡散板と対向する面と反対側の面にプリズムを形成された２枚の前記プリズムシートが重ねられ、
   ２枚の前記プリズムシートのうち少なくとも一方のプリズムシートが前記光導入部の表面に向けて延出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。
3. ２枚の前記プリズムシートが前記光導入部の表面で積層されていることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記光導入部の表面に向けて延出された前記プリズムシートと前記光導入部の表面との間に空気層が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
5. 前記導光板本体の発光側の面に、前記導光板本体と対向する面にプリズムを形成された１枚の前記プリズムシートが置かれ、当該プリズムシートの上に前記拡散板が重ね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。
6. 前記拡散板は、前記光導入部と前記導光板本体の境界よりも離れた位置に配置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。
7. １枚又は複数枚の前記プリズムシートのうち、延出された少なくとも一枚のプリズムシートは、そのプリズム稜線方向が前記入光端面に垂直な方向に対して３０°以上９０°以下の角度をなすように配置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。
8. 前記光導入部の発光側の面を傾斜面としたことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
9. 前記光導入部の発光側の面を複数の平面によって膨らんだように形成したことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
10. 前記光導入部の発光側の面を曲面によって膨らんだように形成したことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。

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