JP4212030B2 - 面光源装置及びそれに用いる導光体並びにこれらを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
【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、発光面のうちの一次光源とは反対側の隅部に該隅部の角度をほぼ二等分するように斜めに現れる高輝度部分である斜光の発生の防止を企図した面光源装置に関するものであり、更に、それに用いられる導光体であって、斜光発生の防止を企図した面光源装置用導光体に関するものであり、更にこれらを用いた表示装置に関するものである。本発明の面光源装置は、例えば、携帯用ノートパソコン等のモニターや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使用される液晶表示装置のバックライトに、或は、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と液晶表示素子とから構成されている。バックライトとしては、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、エッジライト方式の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】
また、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、エッジライト方式の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エッジライト方式のバックライトとしては、例えば特開平7−270624号公報(特許文献2)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。
【0004】
また、特公平7−27137号公報(特許文献1)では、光出射面が粗面(マット面)の導光体を用い、多数のプリズム列を配列形成した面を有するプリズムシートを、そのプリズム列形成面が導光体側となるように(即ちプリズム列形成面が入光面となるように)導光体の光出射面上に配置し、エッジライト方式の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。
【0005】
ところで、エッジライト方式のバックライトにおいては、以上のような輝度及びその均一性の向上 をもたらす技術的改善その他に基づき、消費電力を低減すべく一次光源を矩形状導光体の1つの辺に対応する端面にのみ対向するように配置しても、発光面の外側領域を除けば所要の発光機能を実現することは可能である。ここで、発光面の外側領域を除外したのは、次のような理由によるものである。
【0006】
即ち、図10を参照して説明するに、このようなバックライトにおいては、一次光源102から発せられ導光体104の光入射端面141から該導光体に入射した光は、光入射端面141と反対側の反入射端面142の方へと拡散しながら進行し、その導光過程で適度に光出射面143から出射する。ここで、特に反入射端面142及びそれに隣接する側端面145,156へと到達した光は、そこで反射され、この反射光は更に導光体104内を導光され、光出射面143から出射される。しかして、特にこれら端面142,145,146の交わる部分の近傍の導光体隅部においては、光入射端面142から到来する光に加えて上記反射光も集中して存在することになるので、ここでの光出射面143の輝度が部分的に高くなる輝度むらが生ずることがある。この輝度むらは、端面142,145のなす角度及び端面142,146のなす角度をそれぞれ略二等分するような斜め方向に延びた直線状の高輝度部分(斜光と称される)100として、発現する。
【0007】
導光体104の光出射面143から発せられ、不図示の光偏向素子により偏向されて、面光源装置の発光面から発せられる光は、液晶表示素子に入射されるのであるが、液晶表示素子を含む表示装置の表示画面は、面光源装置の発光領域より小さく、即ち該発光領域のうち外側の枠状部分(いわゆる額縁部分)を除く有効発光領域(導光体104の対応領域をFで示す)に対応するのが一般的である。従って、面光源装置の発光領域から面状に発せられる光のうちの上記有効発光領域から発せられる光のみが最終的に表示に有効利用されることになる。このため、上記斜光100が有効発光領域Fの外即ち額縁部分にあれば、実際上、斜光に基づく輝度むらの問題は生じない。
【0008】
しかるに、近年、面光源装置の発光領域に対する有効発光領域の大きさをできるだけ大きくする(即ち額縁部分の幅をできるだけ狭くする)ことが要請されている。換言すれば、有効表示領域の大きさを維持しつつ面光源装置の小型化を図ることが要求されている。この要求に従えば、図10に示されているように、斜光100が有効発光領域F内に位置することになり、これが液晶表示装置の表示画像の品位を低下させる。従って、この斜光発生の防止が強く望まれている。
【0009】
尚、特開2002−258057号公報(特許文献3)には、エッジライト方式のバックライトにおいて、導光体の光入射端面側の隅部の輝度低下による輝度むらを解消するために、導光体の光出射面及びその反対側の裏面の少なくとも一方において、光入射端面側の隅部に平均傾斜角が他の領域より大きな領域を形成することが開示されている。しかしながら、これは、上記の斜光発生の防止を目的とするものではない。
【0010】
本発明の目的は、以上のような従来技術の問題点に鑑み、面光源装置における斜光発生を防止して有効発光領域の拡大を可能にする導光体を提供することにある。更に、本発明の目的は、そのような導光体を使用することで外形寸法に比して広い有効発光領域が可能な面光源装置及びそれを用いた表示装置を提供することにある。
【0011】
【特許文献1】
特公平7−27137号公報
【特許文献2】
特開平7−270624号公報
【特許文献3】
特開2002−258057号公報
【0012】
【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、
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と導光される光が出射する光出射面と該光出射面の反対側の裏面とを有する板状の導光体であって、
前記光出射面において、前記光入射端面の反対側の反入射端面と該反入射端面に隣接する側端面とが交わる部分の近傍の反入射隅部に粗面からなる斜光発生防止機能領域が設けられており、該斜光発生防止機能領域の平均傾斜角は周囲の領域の平均傾斜角より大きいことを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【0013】
本発明の一態様においては、前記斜光発生防止機能領域は平均傾斜角が連続的に変化しているグラデーション領域を含む。本発明の一態様においては、前記グラデーション領域は前記反入射端面または前記側端面から離れるに従って平均傾斜角が連続的に低下する。
【0014】
本発明の一態様においては、前記斜光発生防止機能領域は前記反入射端面と前記側端面とが交わる部分から前記反入射端面及び前記側端面のそれぞれに沿って延びた略L字形状をなす。本発明の一態様においては、前記斜光発生防止機能領域は前記反入射隅部の1mm四方の領域を完全に含む。
【0015】
本発明の一態様においては、前記光出射面及び前記裏面の少なくとも一方には、前記光出射面からの光出射に寄与する光出射機構が形成されている。本発明の一態様においては、前記光出射機構は粗面からなる。本発明の一態様においては、前記光出射機構の平均傾斜角は0.5〜8.0°の範囲内にある。本発明の一態様においては、前記斜光発生防止機能領域は前記光出射機構の形成されている前記光出射面または前記裏面に設けられている。本発明の一態様においては、前記斜光発生防止機能領域の少なくとも一部は前記周囲の領域より平均傾斜角が0.5°以上大きい。
【0016】
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、
上記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た前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されたシート状の光偏向素子とを備えており、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いることを特徴とする面光源装置、が提供される。
【0017】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子は、前記入光面及び前記出光面の少なくとも一方に複数のプリズム列が並列して形成されている。本発明の一態様においては、前記光偏向素子のプリズム列のそれぞれは前記導光体の前記光入射端面と略平行の方向に直線状に延びている。
【0018】
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、上記面光源装置と、該面光源装置の前記光偏向素子の出光面上に配置されている表示素子とを備えていることを特徴とする表示装置が提供される。
【0019】
本発明の一態様においては、前記表示素子の有効表示領域は前記面光源装置の発光領域より小さく且つ該発光領域に包含されるような対応関係にて配置されており、前記有効表示領域に対応する前記面光源装置の有効発光領域に対応する前記導光体の有効発光領域の外に前記斜光発生防止機能領域が形成されている。本発明の一態様においては、前記表示素子は液晶表示素子である。
【0020】
【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。
【0021】
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。尚、図1には、面光源装置と組み合わせて表示装置を構成する液晶表示素子も示されている。
【0022】
図1に示されているように、本実施形態の面光源装置は、Y方向に延びた線状の一次光源2と、該一次光源から発せられる光を導光する板状の導光体4と、光偏向素子6と、光反射素子8とを備えている。また、一次光源2はリフレクタ(反射器)10を伴っている。
【0023】
光偏向素子6の上面(出光面)により面光源装置の発光面が形成され、この発光面上に液晶表示素子LCDが配置される。液晶表示素子LCDは、筐体その他により画定される有効表示領域F”を有している。この有効表示領域F”に対応する面光源装置の発光面部分が有効発光領域F’である。この有効発光領域F’は発光領域から外周部(額縁部分)を除外した領域であり、ここかから出た光が有効表示領域F”を照射する。
【0024】
導光体4は、XY面と平行に配置され、全体として矩形板状をなしている。導光体4は、4つの側端面を有しており、そのうちのYZ面と平行な1対の側端面の一方が光入射端面41とされ、該光入射端面と対向するように一次光源2が隣接配置されている。導光体4のYZ面と平行な1対の側端面のうちの他方の側端面は反入射端面42である。他の2つの側端面は、XZ面と平行な1対の側端面45,46である。導光体4の光入射端面に略直交する2つの主面は、いずれもZ方向と略直交するように配置されており、一方の主面である上面が光出射面43とされており、他方の主面が裏面44である。
【0025】
図2に、一次光源2及び導光体4の平面図を示す。図1及び図2に示されているように、光出射面43は、光出射制御機能構造(光出射機構と略称)としての粗面(マット面)からなる主領域43−1、及び、反入射端面42とそれに隣接する側端面45,46とが交わる部分の近傍の2つの反入射隅部に設けられた斜光発生防止機能領域43−2とからなる。斜光発生防止機能領域43−2は、周囲の主領域43−1より大きな平均傾斜角を持つ粗面(マット面)からなる。主領域43−1は、面光源装置の有効発光領域F’に対応する有効発光領域Fを包含している。有効発光領域Fから出射した光が有効発光領域F’に到達し、ここから出射する。
【0026】
主領域43−1のマット面の詳細については後述するが、主領域43−1からは、光出射面43の法線方向(Z方向)及び光入射端面41と直交するX方向の双方を含むXZ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となす角度は例えば10°〜40°であり、出射光分布の半値全幅は例えば10°〜40°である。
【0027】
図1に示されているように、導光体4の光出射面43と反対側の主面(裏面)44には、光出射面43からの出射光の一次光源2の延在方向と平行な面(例えばYZ面)内での指向性を制御するために、光入射端面41に対して略垂直の方向(X方向)に互いに平行に延びる多数のレンズ列(縦プリズム列)44aが形成されている。該レンズ列44aとしては、プリズム列、レンチキュラーレンズ列、V字状溝等を用いることができるが、YZ断面の形状が略三角形状のプリズム列を用いるのが好ましい。このプリズム列の頂角は、70〜110°の範囲とすることが好ましい。これは、プリズム頂角をこの範囲とすることで、光出射面43からの出射光を十分に集光させることができ、面光源装置としての輝度の一層の向上を図ることができるからである。即ち、プリズム頂角をこの範囲とすることで、出射光分布におけるピーク光を含みXZ面に垂直な面において出射光分布の半値全幅が35〜55°である集光された出射光を出射させることができ、面光源装置としての輝度を向上させることができる。特に、導光体4を作製する際のプリズム列形状の転写性の観点からは、プリズム列の深さが浅い形状で、輝度向上にも効果のある90〜110°の頂角とすることが好ましく、より好ましくは95〜105°の範囲である。
【0028】
一方、輝度向上の観点からは、プリズム列の頂角を70〜80°とすることが好ましい。このようにプリズム列の頂角を比較的鋭角とすることによって、導光体4を作製する際のプリズム列形状の転写性は低下する傾向にあるため、プリズム列の頂部を適度の曲面とすることで転写性の低下を抑止することが好ましい。
【0029】
また、レンズ列44aの配列ピッチP1は、例えば10〜100μm、好ましくは20〜80μm、より好ましくは30〜60μmである。なお、導光体4からの出射光のYZ面内での指向性を高めることがそれほど要求されない場合には、導光体裏面44にレンズ列44aを形成しなくともよい。
【0030】
なお、導光体4に形成される光出射機構としては、上記の様な光出射面43に形成したマット面からなるものと併用して、導光体4の内部に光拡散性微粒子を混入分散することで形成したものを用いることができる。また、導光体4としては、図1に示される様な全体として一様な厚さ(光出射面43の凹凸マット面の微細形状及び裏面44のプリズム列形状を無視した場合の厚さ)の板状のものの他に、X方向に関して光入射端面41から端面42の方へと次第に厚さが小さくなる様なくさび状のもの等の種々の断面形状のものを使用することができる。
【0031】
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。
【0032】
入光面61のプリズム列61aは、一次光源2の方向と略平行のY方向に延び、互いに平行に形成されている。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20〜80μm、さらに好ましくは30〜70μmの範囲である。また、プリズム列61aの頂角は、40〜80°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは45〜75°の範囲である。また、光偏向素子6の厚さは、例えば50〜300μmである。
【0033】
図3に、光偏向素子6による光偏向の様子を示す。この図は、XZ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、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、YZ面内では、上記のようなレンズ列44aの作用により出光面62の法線の方向の輝度の向上を図ることができる。図3では、光出射面43の主領域43−1からの光出射が示されており、上記のように、この光出射は指向性光出射機構としてのマット面の作用によりXZ面内で高い指向性をもってなされる。
【0034】
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。上記の様な指向性の高い光を出射する導光体4と組み合わせる場合には、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並列に配置されたプリズムシートが特に好ましい。
【0035】
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。
【0036】
導光体4の光出射面43の主領域43−1及び斜光発生防止機能領域43−2に形成するマット面のための転写パターンは、金型基材に対するガラスビーズなどのブラスト加工により形成することができ、このブラスト加工の条件を変えることで平均傾斜角の異なるマット面を得ることができる。
【0037】
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の裏面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の光入射端面として利用される端面以外の端面にも反射部材を付することが好ましい。
【0038】
一次光源2には、一次光源2から発せられる光を少ないロスで導光体4の光入射端面41へと導くためのリフレクタ10が付されている。該リフレクタ10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フィルムを用いることができる。図示されているように、リフレクタ10は、光反射素子8の端縁部外面から一次光源2の外面を経て光偏光素子6の出光面端縁部へと巻き付けられている。別法として、光源リフレクタ10は、光偏光素子6を避けて、光反射素子8の端縁部外面から一次光源2の外面を経て導光体4の光出射面端縁部へと巻き付けることも可能である。
【0039】
さて、本実施形態では、導光体4の光出射面43の主領域43−1のマット面は、ISO4287/1−1984による平均傾斜角θaが0.5°〜8.0°の範囲のものとすることが、上記指向性光出射に基づく輝度向上及び光出射面43内での輝度均斉度の向上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°〜5.0°の範囲であり、特に好ましくは1.0°〜3.0°の範囲である。
【0040】
尚、本明細書において、平均傾斜角などの角度または方向の基準としてレンズ列の形成された裏面44やマット面とされた光出射面43などの面をとる場合には、それらに形成されているレンズ列構造や粗面構造の微細形状を度外視した平面をいうものとする。
【0041】
導光体4の光出射面43に形成されるマット面の平均傾斜角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(3)式および(4)式を用いて求めることができる。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。
【0042】
Δa=(1/L)∫0 L|(d/dx)f(x)|dx ・・・ (3)
θa=tan-1(Δa) ・・・ (4)
さらに、導光体4の光出射面主領域43−1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、光出射面主領域43−1内でのY方向における光の減衰が著しくなり、光出射面主領域43−1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の光出射面主領域43−1の光出射率を0.5%〜5%とすることにより、光出射面主領域43−1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、X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全幅が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。
【0043】
導光体4の光出射面主領域43−1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(5)式のような関係を満足する。
【0044】
I=I0 ・α(1−α)L/t ・・・ (5)
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。
【0045】
なお、導光体の光出射機構は、導光体4の光出射面主領域43−1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、光出射機能構造としてのマット面の表面粗さの光出射面主領域43−1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。
【0046】
図4は、導光体4の部分拡大図であり、特に反入射隅部を示すものである。有効発光領域Fの外周縁と反入射端面42及び側端面45との間の距離(即ち額縁部分の幅)はw0である。斜光発生防止機能領域43−2は、X方向及びY方向にそれぞれ沿って延びた略L字形状をなしており、X方向に延びた部分及びY方向に延びた部分は、いずれも長さがLで幅がwである。但し、X方向に延びた部分とY方向に延びた部分とは、長さ及び幅が同一でなくともよい。幅wはw0と同一またはそれより小さいのが好ましいが、これに限定されることはなく、斜光発生防止機能領域43−2の一部が有効発光領域F内に位置してもよい。w0が1〜2mm程度の場合には、長さLは例えば1〜15mmである。
【0047】
斜光発生防止機能領域43−2の平均傾斜角は、その周囲の主領域43−1の部分の平均傾斜角より大きく、好ましくは0.5°以上大きい。斜光発生防止機能領域43−2は、全体的に均一な平均傾斜角を持つものでもよいし、少なくとも一部に平均傾斜角が連続的に変化するグラデーション領域を含むものであってもよい。このグラデーション領域は、反入射端面42または側端面45,46から離れるに従って平均傾斜角が連続的に低下するのが好ましく、特に主領域43−1と接するように配置されその境界線の少なくとも一部において双方の領域の平均傾斜角が等しくなるようなものとすることができる。
【0048】
斜光は反入射端面42または側端面45,46からの反射光が導光体4内にて導光され光出射面43から出射することで発生すると考えられるので、本発明では、比較的高い平均傾斜角を持ち従って比較的高い光出射率とされた斜光発生防止機能領域43−2を設けることで、この反射光の出射が有効発光領域Fの外でなされるようにしている。このようにして、斜光の長さ(反入射端面42と側端面45,46とが交わる位置から斜光の先端までの距離)を減少させ或いはその発生を阻止することで、額縁部分の幅w0を小さくしても斜光が有効発光領域Fに存在しないようにすることができる。このような機能は反入射端面42や側端面45,46に対して特別の処理たとえば光吸収剤の塗布や光拡散面となす加工などを施すことなしに発揮することができ、導光体製造の際に単に金型作製のブラスト処理などの条件を適宜設定することのみで実現可能である。このため、導光体成形に際して、側端面処理済のものとは異なり、金型からの取り出し操作が面倒になることはなく、また成形後の端面加工も不要であるなど、製造工程を複雑化させることがないという大きな利点がある。
【0049】
図5〜7は、いずれも導光体4の部分拡大図であり、特に反入射隅部に設けられた斜光発生防止機能領域43−2の変形例を示すものである。
【0050】
図5の例では、斜光発生防止機能領域43−2は、全体として略L字形状をなしているが、両端ほど幅が狭くなっている。斜光発生防止機能への高平均傾斜角領域の寄与の程度は、反入射端面42と側端面45,46とが交わる位置から離れるに従って次第に低くなるので、両端ほど幅を細くしても実質的な機能低下はない。
【0051】
図6の例では、斜光発生防止機能領域43−2は、全体として略L字形状をなしているが、両端に先端ほど幅が狭くなっている長さL2の領域とし、それ以外は一定幅wで長さL1の領域としたものである。
【0052】
図7の例では、斜光発生防止機能領域43−2は、矩形状例えば正方形状である。このような形状であっても、斜光発生防止の機能を発揮することができる。この場合、斜光発生防止機能領域43−2は反入射隅部の1mm四方の領域を完全に含むことが好ましい。
【0053】
以上のような一次光源2、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LCD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LCDを通して観察者により観察される。導光体4の光出射面43に斜光発生防止機能領域43−2を設けたことで、液晶表示素子LCDの有効表示領域F”に表示される画像には斜光の影響がなくなり、良好な品質での画像表示が可能である。
【0054】
なお、光偏光素子6の出光面62上に、光拡散素子を隣接配置することができる。この光拡散素子により、画像表示の品位低下の原因となるぎらつきや輝度斑などを抑止し、画像表示の品質を更に向上させることができる。光拡散素子は、光拡散材を混入したシート状のものとすることができ、光偏向素子6の出光面62側にて該光偏向素子6に接合などにより一体化させてもよいし、光偏向素子6上に載置してもよい。
【0055】
図8は本発明による面光源装置の他の一実施形態を示す斜視図である。この図において、上記図1及び図2におけると同様の機能を有する部材または部分等には同一の符号が付されている。
【0056】
本実施形態では、一次光源2として、略点状の光源であるLEDを複数個使用している。本実施形態では、リフレクタ10は、有効発光領域F’以外の領域の光偏向素子6、導光体4及び光反射素子8の積層体の端面部並びにLED2を覆うように配置されている。これにより、積層体の端面部から出射する光及びLED2のケースから漏れ出す光をXY面内において良好に拡散させて反射させ導光体4へと再入射させることができ、導光体光出射面43の広い領域へと所要の強度の光を導くことができ、輝度の均斉度の向上に寄与することができる。
【0057】
図9は本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す側面図である。図9において、図1、図2及び図8におけると同様の機能を有する部材または部分等には同一の符号が付されている。
【0058】
本実施形態では、有効発光領域F’以外の領域の導光体4及び光反射素子8の積層体の端面部並びにLED2を覆うようにして、光拡散性を有する反射シート10が付設されている。その上に、光偏向素子6が配置されている。これによっても、図8の実施形態と類似の作用効果を得ることができる。
【0059】
以上の実施形態では、LEDなどの点状一次光源を複数用いている。この場合、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。
【0060】
以上の実施形態では斜光発生防止機能領域及び光出射機構がいずれも光出射面43に形成されているが、本発明においては斜光発生防止機能領域を裏面44に形成することも可能であり、また光出射面43及び裏面44の双方に形成することも可能である。光出射機構についても同様である。但し、斜光発生防止機能領域と光出射機構とを同一の面に形成することが、導光体製造工程の効率化の観点からは好ましい。レンズ列44aの形成された面に斜光発生防止機能領域や光出射機構のためのマット面を形成する場合のこれらの平均傾斜角はレンズ列44aの延在方向に測定したもの(即ちレンズ列44aの形状による傾斜を含まないもの)である。
【0061】
また、本発明の表示装置の表示素子は液晶表示素子に限定されず、たとえばロール状の透光性画像担持フィルムを走行させる形式の表示装置や、各種の標示のための透光性固定画像担持体であってもよい。
【0062】
【実施例】
以下、本発明の実施例示す。尚、実施例において、平均傾斜角θaの測定は次のようにして行った。即ち、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、表面粗さを測定した。測定長は2mmとした。抽出曲線の平均線の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ることで平均傾斜角θaの値を得た。
【0063】
[実施例1]
鏡面仕上げをした240mm×310mmのステンレススチール板(SUS板)の表面を、ガラスビーズ(ポッターズバロティーニ社製J220)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35cmとし、吹付け圧力0.1MPaで全面に第1のブラスト処理を行って粗面化した。次いで、ステンレススチール板の粗面化した表面の隣接する2つの隅部に対して、アルミナ粒子(昭和電工株式会社モランダムA400)を用いて所定形状のブラスト用マスクを用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を35cmとし、吹付け圧力0.3MPaで第2のブラスト処理を行って、図6に示すような斜光発生防止機能領域43−2の形状(L1=5mm;L2=5mm;w=1.2mm)に対応する領域のみを更に粗面化し、光出射面転写用の第1の金型を得た。
【0064】
一方、裏面転写用の第2の金型は、鏡面仕上げの表面に対して頂角100°で先端曲面(R/P1=0.2に対応)を有するダイヤモンドバイトを用いて短手方向にピッチ50μmで多数のプリズム列を連続して切削することで作製した。
【0065】
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、長辺の長さが290mmで短辺の長さが219mmの長方形で、厚さが短辺に沿って2.0mmから0.7mmへと変化するくさび形状であり、一方の面(光出射面43)が平均傾斜角1.5°の主領域43−1と平均傾斜角4.0°の斜光発生防止機能領域43−2とからなり、他方の面(裏面44)が100°の頂角を有する多数のプリズム列が並列した透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体4とした。
【0066】
導光体の厚さ2.0mmの長辺側端面に対向するようにして、該長辺に沿って冷陰極管を配置し、該冷陰極管の導光体光入射端面側の部分以外を覆う様に光源リフレクタを配置した。また、導光体の裏面側には光反射素子として光散乱反射シート(東レ社製E60)を配置し、光出射面側には光偏向素子として頂角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、そのプリズム列形成面が対向するように配置し、図1〜7に関して説明したような面光源装置を作製した。
【0067】
得られた面光源装置の有効発光面F’(額縁部分の幅w0はX方向1.8mmでY方向1.6mm)を観察したところ、斜光は全く観察されず、全面にわたって輝度均斉度が極めて良好であった。有効発光面F’以外の額縁部分にのみ輝度むらが観察された。
【0068】
[実施例2]
第1の金型を作製する際の第2のブラスト処理で吹付け圧力を0.2MPaとし、斜光発生防止機能領域43−2の平均傾斜角を3.4°としたこと以外は、実施例1と同様にして面光源装置を作製した。
【0069】
得られた面光源装置の有効発光面F’(額縁部分の幅w0はX方向1.8mmでY方向1.6mm)を観察したところ、斜光は極僅かに観察されたが実用上全く支障のない程度であり、全面にわたって輝度均斉度が良好であった。有効発光面F’以外の額縁部分にのみ若干の輝度むらが観察された。
【0070】
[実施例3]
第1の金型を作製する際の第2のブラスト処理で吹付け圧力を0.1MPaとし、斜光発生防止機能領域43−2の平均傾斜角を2.6°としたこと以外は、実施例1と同様にして面光源装置を作製した。
【0071】
得られた面光源装置の有効発光面F’(額縁部分の幅w0はX方向1.8mmでY方向1.6mm)を観察したところ、斜光は僅かに観察されたが実用上支障のない程度であり、全面にわたって輝度均斉度が良好であった。有効発光面F’以外の額縁部分にも輝度むらは観察されなかった。
【0072】
[実施例4]
第1のブラスト処理により粗面化したステンレススチール板の表面の隣接する2つの隅部に対して、所定形状のブラスト用マスクを用いて、ステンレススチール板から吹付けノズルまでの距離を35cmとし、吹付け圧力0.2MPaで第2のブラスト処理を行って、図7に示すような斜光発生防止機能領域43−2の形状(1mm四方)に対応する領域のみを更に粗面化し、光出射面転写用の第1の金型を得たこと以外は、実施例1と同様にして面光源装置を作製した。
【0073】
得られた面光源装置の有効発光面F’(額縁部分の幅w0はX方向1.8mmでY方向1.6mm)を観察したところ、実施例2の場合に比べて幅広でぼんやりした斜光が観察されたが低コントラストで実用上支障のない程度であり、全面にわたって輝度均斉度が良好であった。有効発光面F’以外の額縁部分にも輝度むらは観察されなかった。
【0074】
[比較例1]
第1の金型を作製する際の第2のブラスト処理を行わなかったこと以外は、実施例1と同様にして面光源装置を作製した。
【0075】
得られた面光源装置の有効発光面F’(額縁部分の幅w0はX方向1.8mmでY方向1.6mm)を観察したところ、斜光がくっきりと観察され実用上支障があり、輝度均斉度が不良であった。有効表示領域F’‘内の額縁部分にも輝度むらが観察された。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導光体の光出射面において、反入射隅部に、周囲の領域の平均傾斜角より大きな平均傾斜角を持つ斜光発生防止機能領域を設けることで、面光源装置における斜光発生を防止して有効発光領域を拡大することができ、外形寸法に比して広い有効発光領域が可能な面光源装置及びそれを用いた表示装置が提供される。
【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】本発明による面光源装置の導光体及び一次光源を示す平面図である。
【図3】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図4】導光体の部分拡大図である。
【図5】導光体の部分拡大図である。
【図6】導光体の部分拡大図である。
【図7】導光体の部分拡大図である。
【図8】本発明による面光源装置を示す斜視図である。
【図9】本発明による面光源装置を示す側面図である。
【図10】斜光発生の説明図である。
【符号の説明】
2 一次光源
4 導光体
41 光入射端面
42 反入射端面
43 光出射面
43−1 主領域
43−2 斜光発生防止機能領域
44 裏面
44a レンズ列
45,46 側端面
6 光偏向素子
61 入光面
61a プリズム列
62 出光面
8 光反射素子
10 リフレクタ
LCD 液晶表示素子
F,F’ 有効発光領域
F” 有効表示領域
Claims (6)
- 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と導光される光が出射する光出射面と該光出射面の反対側の裏面とを有する板状の導光体であって、
前記光出射面において、前記光入射端面の反対側の反入射端面と該反入射端面に隣接する側端面とが交わる部分の近傍の反入射隅部に粗面からなる斜光発生防止機能領域が設けられており、該斜光発生防止機能領域の平均傾斜角は周囲の領域の平均傾斜角より大きいことを特徴とする面光源装置用導光体。 - 前記斜光発生防止機能領域は前記反入射端面と前記側端面とが交わる部分から前記反入射端面及び前記側端面のそれぞれに沿って延びた略L字形状をなすことを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置用導光体。
- 前記斜光発生防止機能領域の少なくとも一部は前記周囲の領域より平均傾斜角が0.5°以上大きいことを特徴とする、請求項1または2に記載の面光源装置用導光体。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の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た前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されたシート状の光偏向素子とを備えており、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いることを特徴とする面光源装置。
- 請求項4に記載の面光源装置と、該面光源装置の前記光偏向素子の出光面上に配置されている表示素子とを備えていることを特徴とする表示装置。
- 前記表示素子の有効表示領域は前記面光源装置の発光領域より小さく且つ該発光領域に包含されるような対応関係にて配置されており、前記有効表示領域に対応する前記面光源装置の有効発光領域に対応する前記導光体の有効発光領域の外に前記斜光発生防止機能領域が形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の表示装置。
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