JP4761422B2 - 面光源装置及びそれに用いる導光体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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、小型化及び消費電力低減を企図した面光源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部と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト部としては、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、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】
このようなバックライトでは、線状または棒状の一次光源の両端部に近い導光体コーナー部や、導光体の光入射端面に隣接する側端面の近くの領域に十分な光量が到達せず、これらの部分や領域の輝度が低下しやすいという問題がある。
【０００４】
ところで、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、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バックライトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報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。
【０００５】
しかるに、小型の液晶表示装置の場合には、更に一層の消費電力の低減が要求されており、これに応えるためには使用するＬＥＤの数を少なくすることが必要である。しかしながら、ＬＥＤの数を少なくすると発光点間の距離が長くなるので、隣接発光点の間の領域に近接する導光体の領域が拡大し、この導光体領域から所要の方向へと出射する光の強度が低下する。これは、面光源装置発光面における観察方向の輝度分布の不均一化（すなわち、輝度均斉度の不均一）をもたらす。
【０００６】
また、特公平７−２７１３７号公報では、光出射面が粗面の導光体を用い、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、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。しかし、このようなバックライトでは、低消費電力で高い輝度が得られるものの、導光体からの出射光の輝度分布の不均一性がプリズムシートを通して視認されやすいものであった。
【０００７】
これら輝度分布の不均一性の原因は、導光体の光入射端面に配置した個々のＬＥＤから発せられる光が指向性を持っており、さらに導光体に入射する際の屈折作用により導光体に入射した光は広がりが比較的狭くなるためであり、図２４に示したように、複数のＬＥＤの配列における両端のＬＥＤより外側に対応する導光体領域に暗い部分が発生し、液晶表示装置の表示画面に対応する有効発光領域の隅部が暗くなる。特に、消費電力の低減を図るために、使用するＬＥＤの個数を少なくしたり、ＬＥＤを導光体に近接して設置する場合には、暗い部分の発生が顕著になる。このように、一次光源として点状光源を用いる従来のバックライトでは、消費電力の低減と輝度分布の均一性維持とを両立させることは困難であった。
【０００８】
さらに、一次光源として冷陰極管等の線状光源を使用したバックライトにおいて、入射面近傍部の暗部等を解消する方法として、例えば特開平９−１６００３５号公報には導光体の光入射端面を粗面にする方法が提案されているが、ＬＥＤ等の点状光源を一次光源として用いたバックライトでは、このような方法では十分に前記のような暗い部分を解消することはできなかった。
【０００９】
一方、実開平５−６４０１号公報や特開平８−１７９３２２号公報等には、冷陰極管等の線状光源を用いたバックライトにおいて、導光体からの出射光を光入射面と平行な方向において収束させる目的で、光入射端面に略垂直な方向に沿って延びる多数のプリズム列を導光体の光出射面あるいはその反対面に並列して形成したものが提案されている。しかし、点光源を用いたバックライトでは、このようなプリズム列からなるレンズ列を形成した導光体を使用した場合に、導光体に入射した光を導光体面内である程度広げることはできるものの、レンズ列では特定方向に異方性をもって光が広げられるため、図２３に示したように輝度分布が不均一な部分が発生するという問題点を有している。
【００１０】
本発明の目的は、以上のような面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用等に伴う輝度均斉度の不均一を出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することにある。
【００１１】
【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、
点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列の延在方向と直交する前記レンズ列の断面形状は、前記導光体のレンズ列形成平面に対する平均傾斜角が１０〜５０°であり、かつ、前記断面形状の各点での接線の前記レンズ列形成平面に対する角度の絶対値（ａ）と前記平均傾斜角（ｂ）との差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値が５〜３０°の範囲であり、前記断面形状の各微小領域での接線と前記レンズ列形成平面とのなす角度の絶対値の度数分布において最大度数を示す角度から±５°以内の範囲内の前記微小領域の数の全微小領域の数に対する割合が５０％以下であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が９０°以上であり、前記断面形状の平均傾斜角が１２．５〜３０°である。本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が７０〜９０°であり、前記断面形状の平均傾斜角が１１〜２０°または２５〜３５°である。本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が７０°以下であり、前記断面形状の平均傾斜角が１０〜１７°または２７．５〜５０°である。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凸の曲線を含んでなる。本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凹の曲線を含んでなる。本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線を含んでなる。
【００１４】
本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一端縁に形成されており、該端縁に直交する方向に沿って前記レンズ列が延びている。本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一隅部に形成されており、該隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ方向に沿って前記レンズ列が延びている。本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一隅部に形成されており、該隅部に隣接する２つの端縁の双方に対して略同一の角度をなす方向に沿って前記レンズ列が延びている。
【００１５】
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、
点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光入射端面は異方性粗面からなり、該異方性粗面は前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が前記光出射面と直交する方向で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。
【００１６】
本発明の一態様においては、前記異方性粗面は、前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が３〜６０°であり、前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角が５°以下である。本発明の一態様においては、前記異方性粗面は、前記光出射面と直交する方向で測定した場合の傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％以下である。
【００１７】
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、
点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面に沿った方向に隔てられ同一平面上に配置された複数の前記光入射端面を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が前記同一平面より外方へ突出して突出部を形成しており、該突出部では前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して傾斜していることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【００１８】
本発明の一態様においては、前記突出部での前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して５〜６０°傾斜している。
【００１９】
以上のような本発明の一態様においては、前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの片方に光出射機構を備えている。以上のような本発明の一態様においては、前記光出射機構は、粗面、または前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列からなる。以上のような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０．５〜７°である。
【００２０】
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、
以上のような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ている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている少なくとも１つの光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、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おり、前記導光体に隣接する光偏向素子の前記入光面に、前記導光体の光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【００２１】
本発明の一態様においては、前記一次光源は点状光源である。本発明の一態様においては、前記一次光源はＬＥＤである。本発明の一態様においては、前記一次光源は前記光入射端面に対して０．２ｍｍ以下の距離隔てて配置されている。
【００２２】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子の入光面の複数のプリズム列のそれぞれは、２つのプリズム面を備えており且つ該プリズム面のうちの一方から入射した光を前記プリズム面のうちの他方により全反射させるものである。
【００２３】
本発明の一態様においては、前記導光体の裏面に対向して光反射素子が配置されている。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１は、本発明による面光源装置の一つの実施形態を示す分解斜視図である。図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源としてのＬＥＤ２と、該ＬＥＤから発せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４と、該導光体に隣接配置される光偏向素子６及び光反射素子８とを備えている。導光体４は上下２つの主面と該主面の外周縁どうしを連ねる４つの端縁とを有している。
【００２６】
ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対の端縁のうちの一方（図１の手前側の端縁：入射端縁）に隣接し且つそのＸ方向に関する中央に配置されている。本発明においては、一次光源であるＬＥＤ等の点状光源は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が好ましいが、導光体４の大きさ等によって複数個を等間隔あるいは近接して配置することもできる。
【００２７】
導光体４の入射端縁には、ＬＥＤ２が配置される位置に相当する光入射端面４１が形成されている。導光体４に形成される光入射端面４１は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。ＬＥＤ発光面と光入射端面とは、凹凸逆の互いに嵌り合う形状（双方が平面である場合を含む）であることが好ましい。
【００２８】
導光体４は、一方の主面（図では上面）が光出射面４３とされている。この光出射面４３には、導光体４内にて導光される光を当該光出射面４３に対して傾斜した方向（即ちＸＹ面に対して傾斜した方向）に光を出射させる指向性光出射機構を備えている。該指向性光出射機構は、例えば粗面（マット面）からなる。該指向性光出射機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び入射端縁と直交するＹ方向との双方を含むＹＺ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４３となす角度は、例えば１０〜４０°であり、出射光分布の半値幅は例えば１０〜４０°である。
【００２９】
導光体４は、他方の主面（図では下面：裏面）がレンズ列形成面４４とされている。該レンズ列形成面４４は、図２に示されているように、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（光強度分布における最大強度の光Ｌ0 の方向）に略沿った方向に延び且つ互いに平行に配列されたレンズ列４４ａを有する（図２では各レンズ列４４ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図２に示されているように、レンズ列４４ａの方向をＹ方向とすることができる。なお、本発明においては、レンズ列４４ａの方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体２に入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この場合、レンズ列４４ａの方向は、導光体に入射した光の指向性の方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、図１９に示したように、レンズ列４４ａの方向を局所的に特に光入射端面４１の側の端縁に近接する領域において、導光体４に入射した光の指向性の方向から変化させてもよく、この場合は方向を変化させた領域の面積を全体の３０％以下とすることが好ましい。このような方向にレンズ列４４ａを形成することによって、導光体４に入射した光がＸＹ面内で広げられ暗い部分が発生し難くなる。
【００３０】
レンズ列４４ａの配列ピッチＰ１は、１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。尚、本発明においては、レンズ列４４ａのピッチは、上記範囲内であれば、全てのレンズ列４４ａで同一としてもよいし、部分的に異なるものでも良いし、徐々に変化していても良い。
【００３１】
本発明においては、面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様（輝度むら）の発現を抑えるために、レンズ列４４ａの形状を適正化することが必要となる。明暗模様の発現を抑えるためには光が特定角度へ集中しないようにレンズ列４４ａの断面形状（レンズ列４４ａの延在方向と直交する断面形状）を曲線状にすることが必要であり、輝度の低下を抑えるためにはレンズ列４４ａによる光の広がりを明暗模様の発現がない範囲で極力抑えることが必要であり、レンズ列４４ａの平均傾斜角（レンズ列４４ａの延在方向と直交する断面における平均傾斜角）を光の広がり角に応じて適正化することが必要となる。すなわち、面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様の発現を抑えるためには、レンズ列４４ａの平均傾斜角と曲面形状とを適正化することが必要となる。
【００３２】
本発明において、光の広がり角とは、１つの点光源を点灯し、この点光源からの最大強度光が導光体に入射する位置を中心とする半径５ｍｍの円弧上での導光体光出射面の輝度分布を測定した場合に、最大輝度値の５０％以上の輝度値が得られる角度範囲をいう。有効発光領域内での明暗模様の発現を抑止するために必要となる光の広がり角は、図２０に示したように、ＬＥＤのような一次光源と導光体の光入射端面との距離や一次光源間の距離によって決まってくる。面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様の発現を抑えるためには、光の広がり角を明暗模様が発現しなくなるできるだけ小さな角度にし、この光の広がり角に応じてレンズ列４４ａの断面形状の平均傾斜角を設定することが必要である。
【００３３】
すなわち、導光体内での光の広がり角を９０°以上とすることが必要である場合には、レンズ列４４ａの平均傾斜角が１２．５〜３０°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１５〜２８°の範囲である。導光体内での光の広がり角を７０〜９０°とすることが必要である場合には、レンズ列４４ａの平均傾斜角が１１〜２０°または２５〜３５°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１１．５〜１７．５°または２５〜３０°の範囲である。また、導光体内での光の広がり角を７０°以下とすることが必要である場合には、レンズ列４４ａの平均傾斜角は１０〜１７°または２７．５〜５０°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１１〜１５°または２７．５〜３２．５°の範囲である。これは、レンズ列４４ａの平均傾斜角を必要とされる光の広がり角に応じて上記範囲とすることにより、面光源装置としての輝度の大幅な低下を招くことなく明暗模様の発現を抑止することができるためである。総体的には、レンズ列４４ａの平均傾斜角は１０〜５０°の範囲内にある。
【００３４】
明暗模様の発現を抑えるためには、レンズ列４４ａの断面形状を曲線状とし、光が特定角度へ集中しないようにすることが必要であり、特にレンズ列４４ａの傾斜が特定の角度に偏らず幅を持って分布していることが好ましい。
【００３５】
図３〜図５に、本発明の導光体の光出射面あるいはその反対側の裏面に形成するレンズ列４４ａの断面形状の代表例を示す。図３において、ＣＦはレンズ列４４ａの表面のＸＺ断面形状を示す。断面形状ＣＦは、基本形状ＣＦ０に対して修正形状ＣＦ１を付加したものに相当する。ここで、基本形状ＣＦ０は頂角θが８０〜１６０°の三角形状の該頂角を挟む２つの辺からなる。該三角形状の底辺に対する上記２つの辺のなす角度α，α’は１０〜５０°であるのが好ましく、α＝α’であるのが好ましい。また、修正形状ＣＦ１は、基本形状の上記２つの辺のそれぞれに対して両端での修正量が零であり、全部分において傾き角βが３０°以下である。図３の例では、修正形状ＣＦ１は外方へ凸の曲線からなる。
【００３６】
図４及び図５は、レンズ列４４ａの表面の断面形状の更に別の例を示すための、図３と同様な説明図である。図４の例では、修正形状ＣＦ１は外方へ凹の曲線からなる。図５の例では、修正形状ＣＦ１は外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線からなる。いずれにおいても、修正形状ＣＦ１は全部分において傾き角βが３０°以下である。また、いずれにおいても、基本形状ＣＦ０は図３のものと同一である。
【００３７】
頂角θを上記の範囲とすることによって導光体４からの出射光をＹ方向と略直交する面内において良好に集光することができ、所要の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【００３８】
図６〜図９は、Ｙ方向と直交する断面でのレンズ列４４ａの形状の例を示す模式図である。図６の例は上記図３に対応しており、ここではレンズ列４４ａの断面形状は外方へ凸の曲線ＣＶ１，ＣＶ２を含んでなる。図７の例は上記図４に対応しており、ここではレンズ列４４ａの断面形状は外方へ凹の曲線ＣＣ１，ＣＣ２を含んでなる。図８の例は上記図５に対応しており、ここではレンズ列４４ａの断面形状はそれぞれ外方へ凸の部分ＣＶと外方へ凹の部分ＣＣとを有する曲線ＣＸ１，ＣＸ２を含んでなる。図９の例では、レンズ列４４ａの断面形状は折れ線Ｋ１，Ｋ２を含んでなる。これらの図において、ＳＳはレンズ列４４ａの断面形状の底辺であり、該レンズ列４４ａの形成されている導光体面を代表的に近似する仮想平面に相当する。
【００３９】
図１０に、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光のＸＹ面内での分布をＭで示す。ここでは、Ｙ方向を角度０としている。このように、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光は、ＸＹ面内において指向性を持って（強度に角度分布を持って）導光体４の光入射端面４１に入射する。図１０に示した場合では、ＬＥＤ２の発光の指向性がＹ方向と略一致しているため、導光体４へ入射する際の屈折作用を殆ど受けないため、レンズ列４４ａの延在方向は、ＬＥＤ２の発光の指向性の方向に沿っており、即ちＬＥＤ２の発光部から発せられた光のうちの最大強度光Ｌ0 の方向と一致している。
【００４０】
上記のように、レンズ列４４ａのそれぞれの表面のＸＺ断面形状ＣＦは、基本形状ＣＦ０に対して修正形状ＣＦ１を付加したものであり、該修正形状ＣＦ１として、基本形状の２つの辺のそれぞれに対して両端での修正量が零であり、全部分において傾き角βが３０°以下であるものを用いているので、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射した光のＸＹ面内での分布を、図１０にてＮで示すように、Ｍより広い分布とすることができる。これにより、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、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、レンズ列４４ａの表面のＸＺ断面形状ＣＦの基本形状ＣＦ０の頂角θを上記範囲内にすることにより、以上のようなレンズ列形成面の修正形状付加による効果を維持しながら、Ｘ方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【００４１】
本発明においては、レンズ列４４ａの断面形状を特定のものとなすことによって、輝度分布の不均一な部分の発生を抑止する。
【００４２】
即ち、図３〜図９に示されるような曲線や折れ線等からなるレンズ列断面形状は、レンズ列形成面４４に対する平均傾斜角が１０〜５０°となるように設定されている。平均傾斜角θａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、後述するようにして求めることができる。
【００４３】
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形成面４４や光出射面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（例えば図６〜図９に示されている底辺ＳＳに対応する平面や、これらと平行でレンズ列形成面４４に接する接平面など）をいうものとする。
【００４４】
更に、レンズ列４４ａの断面形状は、その各点での接線と導光体のレンズ列形成面とのなす角度の絶対値を「（ａ）」とし、レンズ列４４ａの平均傾斜角を「（ｂ）」として、これらの差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値が５〜３０°の範囲となるようにすることが必要であり、｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値は好ましくは７〜２５°の範囲であり、さらに好ましくは１０〜２０°の範囲である。この値を大きくすることで、図２０，２３，２４での明るい部分の範囲を広げることができる。この値が３０°を超えるとレンズ列４４ａによる光を広げる作用が低下し図２４に示したような特に有効発光領域での暗い部分の発現を十分に抑えることができないためであり、逆に５°未満であるとレンズ列４４ａによる光を広げる作用が不十分であり図２３に示したような明暗模様の発現を抑えることができないためである。
【００４５】
このようにレンズ列４４ａの断面形状における｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値を設定することで、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射した光のＸＹ面内での分布を、図１０にてＮで示すように、Ｍより広い分布とすることができる。これにより、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、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、レンズ列断面形状の平均傾斜角（ｂ）を１０〜５０°の範囲内とすることで、以上のようなレンズ列形状における｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値範囲の特定による効果を維持しながら、Ｘ方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【００４６】
また、レンズ列４４ａの断面形状を微小な一定間隔（例えば、１μｍ間隔）で分割して得られた各微小領域での接線と導光体の光出射面とのなす角度の絶対値の度数分布を求めた時、その最大度数を示す角度から±５°以内の範囲内の微小領域の数（長さに対応する）の総和がレンズ列４４ａ全体の５０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは、レンズ列４４ａ全体の４０％以下である。これは、レンズ列４４ａの傾斜が特定の角度に偏らず幅を持って分布していることにより明暗模様の発現を抑止できる効果が大きくなるためである。例えば、断面三角形状のレンズ列の頂部のみを曲面状としたような形状では、特定の方向が明るくなりやすくなり、明暗模様が発現しやすい。
【００４７】
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。
【００４８】
入光面６１のプリズム列６１ａは、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向に延び、互いに平行に形成されている。本実施形態では、プリズム列６１ａはＸ方向に延びている。なお、プリズム列６１ａは直線状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。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１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。また、プリズム列６１ａの頂角は、５０〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは５０〜７０°の範囲である。
【００４９】
図１１に、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。この図は、ＹＺ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、ＸＺ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十分な向上を図ることができる。
【００５０】
本発明においては、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が、本発明のように指向性の高い光を出射する導光体４の場合には、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配列されたプリズムシートが特に好ましい。
【００５１】
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の光出射面の反対側の主面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４つの側端面（光入射端面４１を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
【００５２】
本発明の導光体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。
【００５３】
本発明では、導光体４の光出射機構としては、上記の粗面の他に、図１２に示すように、プリズム列、レンチキュラーレンズ列またはＶ字状溝等の多数のレンズ列を、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向（Ｘ方向）に延び、互いに平行に形成したものを用いることができる。なお、この場合のレンズ列は直線状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。この目的で使用されるプリズム列４３ａは、配列ピッチＰ３が好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲であり、頂角が好ましくは１３０〜１７９°、より好ましくは１４０〜１７９°の範囲である。
【００５４】
この光出射機構は、導光体４の光出射面４３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、光出射機構として粗面を使用する場合には、その表面粗さの光出射面４３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。
【００５５】
本発明においては、以上のように導光体４の光出射面４３に光出射機構を形成し、その反対側の主面（裏面）をレンズ列４４ａのレンズ列形成面４４とすることが好ましいが、本発明においては光出射面をレンズ列形成面とし且つその反対側の主面に光出射機構を形成してもよい。
【００５６】
光出射機構としての粗面やレンズ列形成面は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜２５°の範囲のものとすることが、光出射面４３内での輝度の均斉度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０．５〜２０°の範囲であり、特に好ましくは０．５〜７°の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体４の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｔ）によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体４としてＬ／ｔが１００〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜８°とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜６°の範囲であり、より好ましくは０．５〜４°の範囲である。また、導光体４としてＬ／ｔが５０〜１００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．８〜１５°とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１０°の範囲であり、より好ましくは１〜６°の範囲である。さらに、導光体４としてＬ／ｔが５０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを１．５〜２５°とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜２０°の範囲である。
【００５７】
導光体４のレンズ列形成面４４に形成されるレンズ列４４ａ、および光出射機構としての粗面あるいはレンズ列の平均傾斜角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（１）式および（２）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。
【００５８】
Δａ＝（１／Ｌ）∫0 L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ ・・・ （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ） ・・・ （２）
さらに、導光体４としては、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４３内でのＹ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面４３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の光出射率を０．５〜５％とすることにより、光出射面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、Ｙ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。
【００５９】
本発明において、導光体４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（３）式のような関係を満足する。
【００６０】
Ｉ＝Ｉ0 ・α（１−α）L/t ・・・ （３）
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。
【００６１】
以上のようなＬＥＤ２、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を通して観察者により観察される。また、本発明においては、十分にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。
【００６２】
図１３及び図１４は、本発明による面光源装置用導光体をＬＥＤとともに示す平面図である。これらの図において、図１〜図１２におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００６３】
これらの実施形態では、点状の一次光源としてのＬＥＤ２が、導光体４の隅部の切欠部に形成された光入射端面４１に隣接して配置されている。そして、図１３の実施形態では、ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ対角線と平行に進行する。また、図１４の実施形態では、ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部に隣接する２つの端縁の双方に対して略同一の角度φをなす方向に沿って進行する。いずれの場合も、導光体裏面４４のレンズ列４４ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向と平行な方向に延びている。レンズ列４４ａの断面形状ＣＦは上記の実施形態のものと同様である。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００６４】
図１５は、本発明による面光源装置用導光体の一部をＬＥＤとともに示す部分分解斜視図である。これらの図において、図１〜図１４におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００６５】
本実施形態では、光入射端面４１は異方性粗面からなる。この異方性粗面は、光出射面４３に沿ったＸ方向での平均傾斜角θａが光出射面４３と直交するＺ方向での平均傾斜角θａより大きい。このような粗面とすることで、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射する光のＸＹ面内での分布を広げることができる。これにより、ＹＺ面内での分布を過度に広げることに基づく光入射端面近傍での導光体４からの過度の光出射を防止して、光出射面４３の広い領域へと効率よく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。
【００６６】
この光入射端面４１の異方性粗面は、光出射面４３に沿ったＸ方向での平均傾斜角が好ましくは３〜６０°、更に好ましくは５〜４５°である。平均傾斜角が３°未満であると上記の作用効果が小さくなる傾向にあり、平均傾斜角が６０°を越えると輝線が出現しやすくなる傾向にある。また、上記の作用効果を得るためには、光出射面４３と直交するＺ方向での平均傾斜角が５°以下であるのが好ましい。更に、光入射端面４１の異方性粗面は、前記光出射面４３に直交する方向で測定した場合の傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％以下であることが好ましい。傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％を越えると、導光体内に入射した時点で光出射面４３に対し臨界角以下で入射するような光線が多くなるので、光源近傍で光出射面４３から出射する光線の割合が増加し、輝線が出現しやすくなる傾向にある。
【００６７】
ＬＥＤ２などの一次光源と光入射端面４１との距離は０．２ｍｍ以下とするのが好ましい。一次光源と光入射端面との距離が０．２ｍｍを越えると、輝度低下が発生しやすくなる傾向にある。
【００６８】
図１６は、本発明による面光源装置用導光体をＬＥＤとともに示す部分平面図である。これらの図において、図１〜図１５におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００６９】
本実施形態では、光出射面４３に沿ったＸ方向に隔てられ同一平面Ｓ上に配置された複数の光入射端面４１を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が上記同一平面Ｓより外方へ突出して突出部４６を形成しており、該突出部４６では各光入射端面４１に隣接する部分が同一平面Ｓに対して角度ωだけ傾斜している。このような構造にすることで、ＬＥＤ２のケースから横方向に漏れ出す光を端縁から導光体４内へと導入することができ、光の利用効率を高めることができる。このような作用効果を高めるためには、角度ωは５〜６０°であるのが好ましい。
【００７０】
図１７は、本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す斜視図である。図において、図１〜図１６におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００７１】
本実施形態では、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を覆うようにして、光拡散性を有する反射シート１０が付設されている。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。
【００７２】
図１８は、本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す断面図である。図において、図１〜図１７におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００７３】
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１７の実施形態と類似の作用効果を得ることができる。但し、この実施形態は、図１７の実施形態と比較して、ＸＹ面内における拡散の機能は低いが、高い輝度を得ることができる。
【００７４】
以上の実施形態のいくつかでは、ＬＥＤなどの点状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Ｌ0 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。
【００７５】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定、微小領域での傾斜角（接線の傾斜角）の測定、広がり角の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むらの測定は次のようにして行った。
【００７６】
平均傾斜角の測定
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た。
【００７７】
微小領域での傾斜角の測定
上記抽出曲線を１μｍづつの微小測定領域に分割し、各測定領域でのレンズ列断面形状の傾斜角（接線の傾き角に相当）を求めた。この値に基づき、傾斜角の度数分布を得た。度数分布は１度おきに求めた。
【００７８】
広がり角の測定
点状の一次光源としてのＬＥＤを１つ点灯し、そのＬＥＤから光が入射する位置を中心とする半径５ｍｍの円弧上にて導光体光出射面の輝度を測定し、最大輝度値の５０％以上の輝度値が得られる角度範囲を求めた。
【００７９】
輝度むらの測定
面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から４ｍｍ〜４．５ｍｍの幅０．５ｍｍの領域にてその長さ方向に沿って１ｍｍの間隔の位置ごとに輝度測定を行い、測定した輝度値の最小値と最大値との比（最小値／最大値）を求めた。
【００８０】
［実施例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）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４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００８１】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍのレンズ列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したレンズパターンを切削加工により形成した。これにより、レンズパターンの形状転写面（凹状曲面）を有する第２の金型を得た。図２２に、金型の形状転写面の断面形状の測定結果を示す。
【００８２】
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、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面がレンズ面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は３．４°であった。
【００８３】
また、得られた導光体のレンズ面の断面形状の平均傾斜角は１６°であり、微小領域のレンズ列形成平面に対する傾斜角の絶対値は最大値が３１°であり最小値が０°であり従って平均傾斜角との差の最大値は１６°であった。上記微小領域での傾斜角の度数分布を１°おきに求めたところ、最も度数の大きい傾斜角は６°であった。傾斜角が１°〜１１°の値をとる微小領域の数は、全微小領域の数の３４％であった。
【００８４】
得られた導光体の光入射端面を、＃２０００のサンドペーパーを用いて光出射面と直交する方向に粗面化処理した。粗面化された光入射端面は、光出射面に沿った方向での平均傾斜角が１５°であり、光出射面に直交する方向での平均傾斜角が５°であった。
【００８５】
導光体の厚さ１ｍｍの短辺側端面に対向するようにして、３個のＬＥＤ（日亜化学工業社製ＮＳＣＷ２１５ｂｉＲ）を９．０ｍｍの間隔で配置した。この導光体のレンズ列形成面側には光散乱反射シート（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を配置し、粗面側には頂角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、そのプリズム形成面が対向するように配置し、図２１に示したような面光源装置を作製した。即ち、導光体の粗面からなる面を光出射面として用いた。なお、得られた面光源装置の広がり角は１１０°であった。面光源装置の有効発光領域Ｆは図示した通りである。
【００８６】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．９であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。
【００８７】
［比較例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）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４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行った。次いで、ステンレススチール板の一つの短辺端面の近傍の幅４ｍｍ以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレススチール板の表面から４０ｍｍ離して配置し、ステンレススチール板の表面の遮蔽板により覆われていない領域を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）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４０ｃｍとして、吹付け圧力５．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で幅４ｍｍの帯状にブラスト処理を行った。これにより、粗面の形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００８８】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°で頂部が曲率半径５μｍの曲面とされた略二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。これにより、プリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００８９】
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って、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面がプリズム面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。射出成形の際には、粗面の金型を帯状にブラスト処理を施した側が厚肉側となるようにした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は、厚肉端面から４ｍｍの帯状領域では５．０°であり、この帯状領域に隣接する約１ｍｍの領域では徐々に変化しており、それ以外の領域では３．４°であった。
【００９０】
また、導光体のレンズ列形成面の平均傾斜角は２２°であり、レンズ列の断面形状の微小領域での接線と導光体のプリズム列形成面とのなす角の絶対値の最大値が２７°、最小値が６°であり、平均傾斜角との差の最大値は１６°であった。さらに、微小領域での傾斜角の度数分布を１°間隔で求めたところ、度数が最大となる傾斜角は２５°であり、傾斜角が２０°〜３０°の値をとる微小領域の数は全体の７９％であった。なお、導光体のプリズム列の頂部の曲面部を除く平面部分の平均傾斜角は２５°であり、レンズ列の断面形状の微小領域での接線と導光体のレンズ列形成面とのなす角の絶対値との差の最大値は１９°であった。
【００９１】
得られた導光体を用いて、実施例１と同様にして、図２１に示したような面光源装置を作製した。
【００９２】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．４であり、有効発光領域Ｆ内で輝度むらが観察された。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用に伴う輝度均斉度の不均一を、出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することができる。
【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】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図３】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図４】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図５】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図６】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図７】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図８】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図９】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図１０】ＬＥＤの出射光強度分布及び導光体内での強度分布を示す図である。
【図１１】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図１２】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図１３】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１４】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１５】本発明による導光体を一次光源とともに示す部分分解斜視図である。
【図１６】本発明による導光体を一次光源とともに示す部分平面図である。
【図１７】本発明による面光源装置を示す斜視図である。
【図１８】本発明による面光源装置を示す断面図である。
【図１９】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図２０】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図２１】実施例で使用した面光源装置の寸法を示す模式図である。
【図２２】実施例で使用した金型の形状転写面の断面形状の測定結果を示す図である。
【図２３】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【図２４】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２ ＬＥＤ
４ 導光体
４１ 光入射端面
４３ 光出射面
４３ａ プリズム列
４４ レンズ列形成面
４４ａ レンズ列
４６ 突出部
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 光拡散性反射シート
ＣＦ レンズ列表面の断面形状
ＣＦ０ 基本形状
ＣＦ１ 修正形状
ＣＶ１，ＣＶ２ 外方へ凸の曲線
ＣＣ１，ＣＣ２ 外方へ凹の曲線
ＣＸ１，ＣＸ２ 外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線
Ｋ１，Ｋ２ 折れ線
ＳＳ 底辺
Ｆ 有効発光領域
【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、小型化及び消費電力低減を企図した面光源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部と液晶表示素子部とから構成されている。バックライト部としては、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、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】
このようなバックライトでは、線状または棒状の一次光源の両端部に近い導光体コーナー部や、導光体の光入射端面に隣接する側端面の近くの領域に十分な光量が到達せず、これらの部分や領域の輝度が低下しやすいという問題がある。
【０００４】
ところで、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、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バックライトとしては、例えば特開平７−２７０６２４号公報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。
【０００５】
しかるに、小型の液晶表示装置の場合には、更に一層の消費電力の低減が要求されており、これに応えるためには使用するＬＥＤの数を少なくすることが必要である。しかしながら、ＬＥＤの数を少なくすると発光点間の距離が長くなるので、隣接発光点の間の領域に近接する導光体の領域が拡大し、この導光体領域から所要の方向へと出射する光の強度が低下する。これは、面光源装置発光面における観察方向の輝度分布の不均一化（すなわち、輝度均斉度の不均一）をもたらす。
【０００６】
また、特公平７−２７１３７号公報では、光出射面が粗面の導光体を用い、多数のプリズム列を配列したプリズムシートを、そのプリズム面が導光体側となるように導光体の光出射面上に配置し、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。しかし、このようなバックライトでは、低消費電力で高い輝度が得られるものの、導光体からの出射光の輝度分布の不均一性がプリズムシートを通して視認されやすいものであった。
【０００７】
これら輝度分布の不均一性の原因は、導光体の光入射端面に配置した個々のＬＥＤから発せられる光が指向性を持っており、さらに導光体に入射する際の屈折作用により導光体に入射した光は広がりが比較的狭くなるためであり、図２４に示したように、複数のＬＥＤの配列における両端のＬＥＤより外側に対応する導光体領域に暗い部分が発生し、液晶表示装置の表示画面に対応する有効発光領域の隅部が暗くなる。特に、消費電力の低減を図るために、使用するＬＥＤの個数を少なくしたり、ＬＥＤを導光体に近接して設置する場合には、暗い部分の発生が顕著になる。このように、一次光源として点状光源を用いる従来のバックライトでは、消費電力の低減と輝度分布の均一性維持とを両立させることは困難であった。
【０００８】
さらに、一次光源として冷陰極管等の線状光源を使用したバックライトにおいて、入射面近傍部の暗部等を解消する方法として、例えば特開平９−１６００３５号公報には導光体の光入射端面を粗面にする方法が提案されているが、ＬＥＤ等の点状光源を一次光源として用いたバックライトでは、このような方法では十分に前記のような暗い部分を解消することはできなかった。
【０００９】
一方、実開平５−６４０１号公報や特開平８−１７９３２２号公報等には、冷陰極管等の線状光源を用いたバックライトにおいて、導光体からの出射光を光入射面と平行な方向において収束させる目的で、光入射端面に略垂直な方向に沿って延びる多数のプリズム列を導光体の光出射面あるいはその反対面に並列して形成したものが提案されている。しかし、点光源を用いたバックライトでは、このようなプリズム列からなるレンズ列を形成した導光体を使用した場合に、導光体に入射した光を導光体面内である程度広げることはできるものの、レンズ列では特定方向に異方性をもって光が広げられるため、図２３に示したように輝度分布が不均一な部分が発生するという問題点を有している。
【００１０】
本発明の目的は、以上のような面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用等に伴う輝度均斉度の不均一を出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することにある。
【００１１】
【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、
点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列の延在方向と直交する前記レンズ列の断面形状は、前記導光体のレンズ列形成平面に対する平均傾斜角が１０〜５０°であり、かつ、前記断面形状の各点での接線の前記レンズ列形成平面に対する角度の絶対値（ａ）と前記平均傾斜角（ｂ）との差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値が５〜３０°の範囲であり、前記断面形状の各微小領域での接線と前記レンズ列形成平面とのなす角度の絶対値の度数分布において最大度数を示す角度から±５°以内の範囲内の前記微小領域の数の全微小領域の数に対する割合が５０％以下であることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が９０°以上であり、前記断面形状の平均傾斜角が１２．５〜３０°である。本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が７０〜９０°であり、前記断面形状の平均傾斜角が１１〜２０°または２５〜３５°である。本発明の一態様においては、前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が７０°以下であり、前記断面形状の平均傾斜角が１０〜１７°または２７．５〜５０°である。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凸の曲線を含んでなる。本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凹の曲線を含んでなる。本発明の一態様においては、前記断面形状は外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線を含んでなる。
【００１４】
本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一端縁に形成されており、該端縁に直交する方向に沿って前記レンズ列が延びている。本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一隅部に形成されており、該隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ方向に沿って前記レンズ列が延びている。本発明の一態様においては、前記光入射端面は前記導光体の一隅部に形成されており、該隅部に隣接する２つの端縁の双方に対して略同一の角度をなす方向に沿って前記レンズ列が延びている。
【００１５】
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、
点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光入射端面は異方性粗面からなり、該異方性粗面は前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が前記光出射面と直交する方向で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。
【００１６】
本発明の一態様においては、前記異方性粗面は、前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が３〜６０°であり、前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角が５°以下である。本発明の一態様においては、前記異方性粗面は、前記光出射面と直交する方向で測定した場合の傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％以下である。
【００１７】
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、
点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面に沿った方向に隔てられ同一平面上に配置された複数の前記光入射端面を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が前記同一平面より外方へ突出して突出部を形成しており、該突出部では前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して傾斜していることを特徴とする面光源装置用導光体、
が提供される。
【００１８】
本発明の一態様においては、前記突出部での前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して５〜６０°傾斜している。
【００１９】
以上のような本発明の一態様においては、前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの片方に光出射機構を備えている。以上のような本発明の一態様においては、前記光出射機構は、粗面、または前記光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延びており且つ互いに平行な複数のレンズ列からなる。以上のような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０．５〜７°である。
【００２０】
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、
以上のような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ている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている少なくとも１つの光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、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おり、前記導光体に隣接する光偏向素子の前記入光面に、前記導光体の光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする面光源装置、
が提供される。
【００２１】
本発明の一態様においては、前記一次光源は点状光源である。本発明の一態様においては、前記一次光源はＬＥＤである。本発明の一態様においては、前記一次光源は前記光入射端面に対して０．２ｍｍ以下の距離隔てて配置されている。
【００２２】
本発明の一態様においては、前記光偏向素子の入光面の複数のプリズム列のそれぞれは、２つのプリズム面を備えており且つ該プリズム面のうちの一方から入射した光を前記プリズム面のうちの他方により全反射させるものである。
【００２３】
本発明の一態様においては、前記導光体の裏面に対向して光反射素子が配置されている。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１は、本発明による面光源装置の一つの実施形態を示す分解斜視図である。図１に示されているように、本実施形態の面光源装置は、点状の一次光源としてのＬＥＤ２と、該ＬＥＤから発せられる光を光入射端面から入射させ導光して光出射面から出射させるＸＹ面内の矩形板状の導光体４と、該導光体に隣接配置される光偏向素子６及び光反射素子８とを備えている。導光体４は上下２つの主面と該主面の外周縁どうしを連ねる４つの端縁とを有している。
【００２６】
ＬＥＤ２は導光体４の互いに略平行な１対の端縁のうちの一方（図１の手前側の端縁：入射端縁）に隣接し且つそのＸ方向に関する中央に配置されている。本発明においては、一次光源であるＬＥＤ等の点状光源は、低消費電力化の観点から出来るだけ数が少ない方が好ましいが、導光体４の大きさ等によって複数個を等間隔あるいは近接して配置することもできる。
【００２７】
導光体４の入射端縁には、ＬＥＤ２が配置される位置に相当する光入射端面４１が形成されている。導光体４に形成される光入射端面４１は、凹筒面状等となるように入射端縁を凹状に切欠くことによって形成されていてもよい。ＬＥＤ発光面と光入射端面とは、凹凸逆の互いに嵌り合う形状（双方が平面である場合を含む）であることが好ましい。
【００２８】
導光体４は、一方の主面（図では上面）が光出射面４３とされている。この光出射面４３には、導光体４内にて導光される光を当該光出射面４３に対して傾斜した方向（即ちＸＹ面に対して傾斜した方向）に光を出射させる指向性光出射機構を備えている。該指向性光出射機構は、例えば粗面（マット面）からなる。該指向性光出射機構は、光出射面４３の法線方向（Ｚ方向）及び入射端縁と直交するＹ方向との双方を含むＹＺ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４３となす角度は、例えば１０〜４０°であり、出射光分布の半値幅は例えば１０〜４０°である。
【００２９】
導光体４は、他方の主面（図では下面：裏面）がレンズ列形成面４４とされている。該レンズ列形成面４４は、図２に示されているように、ＬＥＤ２から発せられ導光体４に入射した光の指向性の方向（光強度分布における最大強度の光Ｌ0 の方向）に略沿った方向に延び且つ互いに平行に配列されたレンズ列４４ａを有する（図２では各レンズ列４４ａの稜線が示されている）。例えば、導光体４に入射した光の指向性の方向が略Ｙ方向である場合には、図２に示されているように、レンズ列４４ａの方向をＹ方向とすることができる。なお、本発明においては、レンズ列４４ａの方向は、光を広げる効果を大きく損なわない範囲であれば、導光体２に入射した光の指向性の方向からずれていてもよい。この場合、レンズ列４４ａの方向は、導光体に入射した光の指向性の方向に対して２０°以内の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０°以内の範囲である。また、図１９に示したように、レンズ列４４ａの方向を局所的に特に光入射端面４１の側の端縁に近接する領域において、導光体４に入射した光の指向性の方向から変化させてもよく、この場合は方向を変化させた領域の面積を全体の３０％以下とすることが好ましい。このような方向にレンズ列４４ａを形成することによって、導光体４に入射した光がＸＹ面内で広げられ暗い部分が発生し難くなる。
【００３０】
レンズ列４４ａの配列ピッチＰ１は、１０〜１００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。尚、本発明においては、レンズ列４４ａのピッチは、上記範囲内であれば、全てのレンズ列４４ａで同一としてもよいし、部分的に異なるものでも良いし、徐々に変化していても良い。
【００３１】
本発明においては、面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様（輝度むら）の発現を抑えるために、レンズ列４４ａの形状を適正化することが必要となる。明暗模様の発現を抑えるためには光が特定角度へ集中しないようにレンズ列４４ａの断面形状（レンズ列４４ａの延在方向と直交する断面形状）を曲線状にすることが必要であり、輝度の低下を抑えるためにはレンズ列４４ａによる光の広がりを明暗模様の発現がない範囲で極力抑えることが必要であり、レンズ列４４ａの平均傾斜角（レンズ列４４ａの延在方向と直交する断面における平均傾斜角）を光の広がり角に応じて適正化することが必要となる。すなわち、面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様の発現を抑えるためには、レンズ列４４ａの平均傾斜角と曲面形状とを適正化することが必要となる。
【００３２】
本発明において、光の広がり角とは、１つの点光源を点灯し、この点光源からの最大強度光が導光体に入射する位置を中心とする半径５ｍｍの円弧上での導光体光出射面の輝度分布を測定した場合に、最大輝度値の５０％以上の輝度値が得られる角度範囲をいう。有効発光領域内での明暗模様の発現を抑止するために必要となる光の広がり角は、図２０に示したように、ＬＥＤのような一次光源と導光体の光入射端面との距離や一次光源間の距離によって決まってくる。面光源装置の輝度を損なうことなく明暗模様の発現を抑えるためには、光の広がり角を明暗模様が発現しなくなるできるだけ小さな角度にし、この光の広がり角に応じてレンズ列４４ａの断面形状の平均傾斜角を設定することが必要である。
【００３３】
すなわち、導光体内での光の広がり角を９０°以上とすることが必要である場合には、レンズ列４４ａの平均傾斜角が１２．５〜３０°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１５〜２８°の範囲である。導光体内での光の広がり角を７０〜９０°とすることが必要である場合には、レンズ列４４ａの平均傾斜角が１１〜２０°または２５〜３５°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１１．５〜１７．５°または２５〜３０°の範囲である。また、導光体内での光の広がり角を７０°以下とすることが必要である場合には、レンズ列４４ａの平均傾斜角は１０〜１７°または２７．５〜５０°の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１１〜１５°または２７．５〜３２．５°の範囲である。これは、レンズ列４４ａの平均傾斜角を必要とされる光の広がり角に応じて上記範囲とすることにより、面光源装置としての輝度の大幅な低下を招くことなく明暗模様の発現を抑止することができるためである。総体的には、レンズ列４４ａの平均傾斜角は１０〜５０°の範囲内にある。
【００３４】
明暗模様の発現を抑えるためには、レンズ列４４ａの断面形状を曲線状とし、光が特定角度へ集中しないようにすることが必要であり、特にレンズ列４４ａの傾斜が特定の角度に偏らず幅を持って分布していることが好ましい。
【００３５】
図３〜図５に、本発明の導光体の光出射面あるいはその反対側の裏面に形成するレンズ列４４ａの断面形状の代表例を示す。図３において、ＣＦはレンズ列４４ａの表面のＸＺ断面形状を示す。断面形状ＣＦは、基本形状ＣＦ０に対して修正形状ＣＦ１を付加したものに相当する。ここで、基本形状ＣＦ０は頂角θが８０〜１６０°の三角形状の該頂角を挟む２つの辺からなる。該三角形状の底辺に対する上記２つの辺のなす角度α，α’は１０〜５０°であるのが好ましく、α＝α’であるのが好ましい。また、修正形状ＣＦ１は、基本形状の上記２つの辺のそれぞれに対して両端での修正量が零であり、全部分において傾き角βが３０°以下である。図３の例では、修正形状ＣＦ１は外方へ凸の曲線からなる。
【００３６】
図４及び図５は、レンズ列４４ａの表面の断面形状の更に別の例を示すための、図３と同様な説明図である。図４の例では、修正形状ＣＦ１は外方へ凹の曲線からなる。図５の例では、修正形状ＣＦ１は外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線からなる。いずれにおいても、修正形状ＣＦ１は全部分において傾き角βが３０°以下である。また、いずれにおいても、基本形状ＣＦ０は図３のものと同一である。
【００３７】
頂角θを上記の範囲とすることによって導光体４からの出射光をＹ方向と略直交する面内において良好に集光することができ、所要の方向の輝度の十分な向上を図ることができる。
【００３８】
図６〜図９は、Ｙ方向と直交する断面でのレンズ列４４ａの形状の例を示す模式図である。図６の例は上記図３に対応しており、ここではレンズ列４４ａの断面形状は外方へ凸の曲線ＣＶ１，ＣＶ２を含んでなる。図７の例は上記図４に対応しており、ここではレンズ列４４ａの断面形状は外方へ凹の曲線ＣＣ１，ＣＣ２を含んでなる。図８の例は上記図５に対応しており、ここではレンズ列４４ａの断面形状はそれぞれ外方へ凸の部分ＣＶと外方へ凹の部分ＣＣとを有する曲線ＣＸ１，ＣＸ２を含んでなる。図９の例では、レンズ列４４ａの断面形状は折れ線Ｋ１，Ｋ２を含んでなる。これらの図において、ＳＳはレンズ列４４ａの断面形状の底辺であり、該レンズ列４４ａの形成されている導光体面を代表的に近似する仮想平面に相当する。
【００３９】
図１０に、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光のＸＹ面内での分布をＭで示す。ここでは、Ｙ方向を角度０としている。このように、ＬＥＤ２の発光部から発せられた光は、ＸＹ面内において指向性を持って（強度に角度分布を持って）導光体４の光入射端面４１に入射する。図１０に示した場合では、ＬＥＤ２の発光の指向性がＹ方向と略一致しているため、導光体４へ入射する際の屈折作用を殆ど受けないため、レンズ列４４ａの延在方向は、ＬＥＤ２の発光の指向性の方向に沿っており、即ちＬＥＤ２の発光部から発せられた光のうちの最大強度光Ｌ0 の方向と一致している。
【００４０】
上記のように、レンズ列４４ａのそれぞれの表面のＸＺ断面形状ＣＦは、基本形状ＣＦ０に対して修正形状ＣＦ１を付加したものであり、該修正形状ＣＦ１として、基本形状の２つの辺のそれぞれに対して両端での修正量が零であり、全部分において傾き角βが３０°以下であるものを用いているので、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射した光のＸＹ面内での分布を、図１０にてＮで示すように、Ｍより広い分布とすることができる。これにより、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、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、レンズ列４４ａの表面のＸＺ断面形状ＣＦの基本形状ＣＦ０の頂角θを上記範囲内にすることにより、以上のようなレンズ列形成面の修正形状付加による効果を維持しながら、Ｘ方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【００４１】
本発明においては、レンズ列４４ａの断面形状を特定のものとなすことによって、輝度分布の不均一な部分の発生を抑止する。
【００４２】
即ち、図３〜図９に示されるような曲線や折れ線等からなるレンズ列断面形状は、レンズ列形成面４４に対する平均傾斜角が１０〜５０°となるように設定されている。平均傾斜角θａは、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、後述するようにして求めることができる。
【００４３】
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形成面４４や光出射面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（例えば図６〜図９に示されている底辺ＳＳに対応する平面や、これらと平行でレンズ列形成面４４に接する接平面など）をいうものとする。
【００４４】
更に、レンズ列４４ａの断面形状は、その各点での接線と導光体のレンズ列形成面とのなす角度の絶対値を「（ａ）」とし、レンズ列４４ａの平均傾斜角を「（ｂ）」として、これらの差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値が５〜３０°の範囲となるようにすることが必要であり、｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値は好ましくは７〜２５°の範囲であり、さらに好ましくは１０〜２０°の範囲である。この値を大きくすることで、図２０，２３，２４での明るい部分の範囲を広げることができる。この値が３０°を超えるとレンズ列４４ａによる光を広げる作用が低下し図２４に示したような特に有効発光領域での暗い部分の発現を十分に抑えることができないためであり、逆に５°未満であるとレンズ列４４ａによる光を広げる作用が不十分であり図２３に示したような明暗模様の発現を抑えることができないためである。
【００４５】
このようにレンズ列４４ａの断面形状における｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値を設定することで、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射した光のＸＹ面内での分布を、図１０にてＮで示すように、Ｍより広い分布とすることができる。これにより、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、輝度の均斉度を向上させることができる。そして、レンズ列断面形状の平均傾斜角（ｂ）を１０〜５０°の範囲内とすることで、以上のようなレンズ列形状における｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値範囲の特定による効果を維持しながら、Ｘ方向と平行な面において集光された出射光を出射させることができ、面光源装置として所要の視野範囲内の方向に集中して光出射させて輝度を向上させることができる。
【００４６】
また、レンズ列４４ａの断面形状を微小な一定間隔（例えば、１μｍ間隔）で分割して得られた各微小領域での接線と導光体の光出射面とのなす角度の絶対値の度数分布を求めた時、その最大度数を示す角度から±５°以内の範囲内の微小領域の数（長さに対応する）の総和がレンズ列４４ａ全体の５０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは、レンズ列４４ａ全体の４０％以下である。これは、レンズ列４４ａの傾斜が特定の角度に偏らず幅を持って分布していることにより明暗模様の発現を抑止できる効果が大きくなるためである。例えば、断面三角形状のレンズ列の頂部のみを曲面状としたような形状では、特定の方向が明るくなりやすくなり、明暗模様が発現しやすい。
【００４７】
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。
【００４８】
入光面６１のプリズム列６１ａは、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向に延び、互いに平行に形成されている。本実施形態では、プリズム列６１ａはＸ方向に延びている。なお、プリズム列６１ａは直線状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。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１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲である。また、プリズム列６１ａの頂角は、５０〜８０°の範囲とすることが好ましく、より好ましくは５０〜７０°の範囲である。
【００４９】
図１１に、光偏向素子６による光偏向の様子を示す。この図は、ＹＺ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、ＸＺ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十分な向上を図ることができる。
【００５０】
本発明においては、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が、本発明のように指向性の高い光を出射する導光体４の場合には、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配列されたプリズムシートが特に好ましい。
【００５１】
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の光出射面の反対側の主面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４つの側端面（光入射端面４１を除く）にも反射部材を付することが好ましい。
【００５２】
本発明の導光体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。
【００５３】
本発明では、導光体４の光出射機構としては、上記の粗面の他に、図１２に示すように、プリズム列、レンチキュラーレンズ列またはＶ字状溝等の多数のレンズ列を、導光体４に入射したＬＥＤ２からの光の指向性の方向と略直交する方向（Ｘ方向）に延び、互いに平行に形成したものを用いることができる。なお、この場合のレンズ列は直線状に限定されず、ＬＥＤ２を囲むような湾曲状のものであってもよい。この目的で使用されるプリズム列４３ａは、配列ピッチＰ３が好ましくは１０〜１００μｍ、より好ましくは１０〜８０μｍ、さらに好ましくは２０〜７０μｍの範囲であり、頂角が好ましくは１３０〜１７９°、より好ましくは１４０〜１７９°の範囲である。
【００５４】
この光出射機構は、導光体４の光出射面４３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、光出射機構として粗面を使用する場合には、その表面粗さの光出射面４３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。
【００５５】
本発明においては、以上のように導光体４の光出射面４３に光出射機構を形成し、その反対側の主面（裏面）をレンズ列４４ａのレンズ列形成面４４とすることが好ましいが、本発明においては光出射面をレンズ列形成面とし且つその反対側の主面に光出射機構を形成してもよい。
【００５６】
光出射機構としての粗面やレンズ列形成面は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４による平均傾斜角θａが０．５〜２５°の範囲のものとすることが、光出射面４３内での輝度の均斉度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０．５〜２０°の範囲であり、特に好ましくは０．５〜７°の範囲である。この平均傾斜角θａは、導光体４の厚さ（ｔ）と入射光が伝搬する方向の長さ（Ｌ）との比（Ｌ／ｔ）によって最適範囲が設定されることが好ましい。すなわち、導光体４としてＬ／ｔが１００〜２００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．５〜８°とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜６°の範囲であり、より好ましくは０．５〜４°の範囲である。また、導光体４としてＬ／ｔが５０〜１００程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを０．８〜１５°とすることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜１０°の範囲であり、より好ましくは１〜６°の範囲である。さらに、導光体４としてＬ／ｔが５０以下程度のものを使用する場合は、平均傾斜角θａを１．５〜２５°とすることが好ましく、さらに好ましくは２〜２０°の範囲である。
【００５７】
導光体４のレンズ列形成面４４に形成されるレンズ列４４ａ、および光出射機構としての粗面あるいはレンズ列の平均傾斜角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（１）式および（２）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。
【００５８】
Δａ＝（１／Ｌ）∫0 L｜（ｄ／ｄｘ）ｆ（ｘ）｜ｄｘ ・・・ （１）
θａ＝ｔａｎ-1（Δａ） ・・・ （２）
さらに、導光体４としては、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４３内でのＹ方向における光の減衰が著しくなり、光出射面４３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の光出射率を０．５〜５％とすることにより、光出射面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、Ｙ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。
【００５９】
本発明において、導光体４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（３）式のような関係を満足する。
【００６０】
Ｉ＝Ｉ0 ・α（１−α）L/t ・・・ （３）
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。
【００６１】
以上のようなＬＥＤ２、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を通して観察者により観察される。また、本発明においては、十分にコリメートされた狭い分布の光を面光源装置から液晶表示素子に入射させることができるため、液晶表示素子での階調反転等がなく明るさ、色相の均一性の良好な画像表示が得られるとともに、所望の方向に集中した光照射が得られ、この方向の照明に対する一次光源の発光光量の利用効率を高めることができる。
【００６２】
図１３及び図１４は、本発明による面光源装置用導光体をＬＥＤとともに示す平面図である。これらの図において、図１〜図１２におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００６３】
これらの実施形態では、点状の一次光源としてのＬＥＤ２が、導光体４の隅部の切欠部に形成された光入射端面４１に隣接して配置されている。そして、図１３の実施形態では、ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部とその対角位置の隅部とを結ぶ対角線と平行に進行する。また、図１４の実施形態では、ＬＥＤ２から発せられた最大強度光Ｌ0 は、導光体４の切欠部の形成されている隅部に隣接する２つの端縁の双方に対して略同一の角度φをなす方向に沿って進行する。いずれの場合も、導光体裏面４４のレンズ列４４ａは、最大強度光Ｌ0 の進行方向と平行な方向に延びている。レンズ列４４ａの断面形状ＣＦは上記の実施形態のものと同様である。本実施形態においても上記実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００６４】
図１５は、本発明による面光源装置用導光体の一部をＬＥＤとともに示す部分分解斜視図である。これらの図において、図１〜図１４におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００６５】
本実施形態では、光入射端面４１は異方性粗面からなる。この異方性粗面は、光出射面４３に沿ったＸ方向での平均傾斜角θａが光出射面４３と直交するＺ方向での平均傾斜角θａより大きい。このような粗面とすることで、ＬＥＤ２から発せられ光入射端面４１から導光体４内へと入射する光のＸＹ面内での分布を広げることができる。これにより、ＹＺ面内での分布を過度に広げることに基づく光入射端面近傍での導光体４からの過度の光出射を防止して、光出射面４３の広い領域へと効率よく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。
【００６６】
この光入射端面４１の異方性粗面は、光出射面４３に沿ったＸ方向での平均傾斜角が好ましくは３〜６０°、更に好ましくは５〜４５°である。平均傾斜角が３°未満であると上記の作用効果が小さくなる傾向にあり、平均傾斜角が６０°を越えると輝線が出現しやすくなる傾向にある。また、上記の作用効果を得るためには、光出射面４３と直交するＺ方向での平均傾斜角が５°以下であるのが好ましい。更に、光入射端面４１の異方性粗面は、前記光出射面４３に直交する方向で測定した場合の傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％以下であることが好ましい。傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％を越えると、導光体内に入射した時点で光出射面４３に対し臨界角以下で入射するような光線が多くなるので、光源近傍で光出射面４３から出射する光線の割合が増加し、輝線が出現しやすくなる傾向にある。
【００６７】
ＬＥＤ２などの一次光源と光入射端面４１との距離は０．２ｍｍ以下とするのが好ましい。一次光源と光入射端面との距離が０．２ｍｍを越えると、輝度低下が発生しやすくなる傾向にある。
【００６８】
図１６は、本発明による面光源装置用導光体をＬＥＤとともに示す部分平面図である。これらの図において、図１〜図１５におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００６９】
本実施形態では、光出射面４３に沿ったＸ方向に隔てられ同一平面Ｓ上に配置された複数の光入射端面４１を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が上記同一平面Ｓより外方へ突出して突出部４６を形成しており、該突出部４６では各光入射端面４１に隣接する部分が同一平面Ｓに対して角度ωだけ傾斜している。このような構造にすることで、ＬＥＤ２のケースから横方向に漏れ出す光を端縁から導光体４内へと導入することができ、光の利用効率を高めることができる。このような作用効果を高めるためには、角度ωは５〜６０°であるのが好ましい。
【００７０】
図１７は、本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す斜視図である。図において、図１〜図１６におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００７１】
本実施形態では、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を覆うようにして、光拡散性を有する反射シート１０が付設されている。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。
【００７２】
図１８は、本発明による面光源装置の更に別の実施形態を示す断面図である。図において、図１〜図１７におけると同様の機能を有する部材または部分には同一の符号が付されている。
【００７３】
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１７の実施形態と類似の作用効果を得ることができる。但し、この実施形態は、図１７の実施形態と比較して、ＸＹ面内における拡散の機能は低いが、高い輝度を得ることができる。
【００７４】
以上の実施形態のいくつかでは、ＬＥＤなどの点状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Ｌ0 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。
【００７５】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示す。尚、実施例及び比較例において、平均傾斜角の測定、微小領域での傾斜角（接線の傾斜角）の測定、広がり角の測定及び輝度分布の均一性の評価のための輝度むらの測定は次のようにして行った。
【００７６】
平均傾斜角の測定
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た。
【００７７】
微小領域での傾斜角の測定
上記抽出曲線を１μｍづつの微小測定領域に分割し、各測定領域でのレンズ列断面形状の傾斜角（接線の傾き角に相当）を求めた。この値に基づき、傾斜角の度数分布を得た。度数分布は１度おきに求めた。
【００７８】
広がり角の測定
点状の一次光源としてのＬＥＤを１つ点灯し、そのＬＥＤから光が入射する位置を中心とする半径５ｍｍの円弧上にて導光体光出射面の輝度を測定し、最大輝度値の５０％以上の輝度値が得られる角度範囲を求めた。
【００７９】
輝度むらの測定
面光源装置の光出射面における光入射端面側の端縁から４ｍｍ〜４．５ｍｍの幅０．５ｍｍの領域にてその長さ方向に沿って１ｍｍの間隔の位置ごとに輝度測定を行い、測定した輝度値の最小値と最大値との比（最小値／最大値）を求めた。
【００８０】
［実施例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）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４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行って、粗面化した。これにより、粗面の形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００８１】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、ピッチ５０μｍのレンズ列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したレンズパターンを切削加工により形成した。これにより、レンズパターンの形状転写面（凹状曲面）を有する第２の金型を得た。図２２に、金型の形状転写面の断面形状の測定結果を示す。
【００８２】
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、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面がレンズ面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は３．４°であった。
【００８３】
また、得られた導光体のレンズ面の断面形状の平均傾斜角は１６°であり、微小領域のレンズ列形成平面に対する傾斜角の絶対値は最大値が３１°であり最小値が０°であり従って平均傾斜角との差の最大値は１６°であった。上記微小領域での傾斜角の度数分布を１°おきに求めたところ、最も度数の大きい傾斜角は６°であった。傾斜角が１°〜１１°の値をとる微小領域の数は、全微小領域の数の３４％であった。
【００８４】
得られた導光体の光入射端面を、＃２０００のサンドペーパーを用いて光出射面と直交する方向に粗面化処理した。粗面化された光入射端面は、光出射面に沿った方向での平均傾斜角が１５°であり、光出射面に直交する方向での平均傾斜角が５°であった。
【００８５】
導光体の厚さ１ｍｍの短辺側端面に対向するようにして、３個のＬＥＤ（日亜化学工業社製ＮＳＣＷ２１５ｂｉＲ）を９．０ｍｍの間隔で配置した。この導光体のレンズ列形成面側には光散乱反射シート（辻本電機製作所社製ＳＵ−１１９）を配置し、粗面側には頂角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、そのプリズム形成面が対向するように配置し、図２１に示したような面光源装置を作製した。即ち、導光体の粗面からなる面を光出射面として用いた。なお、得られた面光源装置の広がり角は１１０°であった。面光源装置の有効発光領域Ｆは図示した通りである。
【００８６】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．９であり、有効発光領域Ｆ内での輝度むらは観察されなかった。
【００８７】
［比較例１］
鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍのステンレススチール板の表面を、粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）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４０ｃｍとして、吹付け圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で全面にブラスト処理を行った。次いで、ステンレススチール板の一つの短辺端面の近傍の幅４ｍｍ以外の部分を覆うようにアクリル樹脂製遮蔽板をステンレススチール板の表面から４０ｍｍ離して配置し、ステンレススチール板の表面の遮蔽板により覆われていない領域を粒径５３μｍ以下のガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−４００）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４０ｃｍとして、吹付け圧力５．０ｋｇｆ／ｃｍ2 で幅４ｍｍの帯状にブラスト処理を行った。これにより、粗面の形状転写面を有する第１の金型を得た。
【００８８】
一方、鏡面仕上げをした有効面積３４ｍｍ×４８ｍｍ、厚さ３ｍｍの真鍮板の表面に、頂角１３０°で頂部が曲率半径５μｍの曲面とされた略二等辺三角形断面を有するピッチ５０μｍのプリズム列を長さ４８ｍｍの辺に平行に連設したプリズムパターンを切削加工により形成した。これにより、プリズムパターンの形状転写面を有する第２の金型を得た。
【００８９】
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って、短辺３４ｍｍ、長辺４８ｍｍの長方形で、厚さが長辺に沿って１ｍｍ〜０．７ｍｍと変化するくさび形状であり、一方の面が粗面からなり、他方の面がプリズム面からなる透明アクリル樹脂板を作製し、これを導光体とした。射出成形の際には、粗面の金型を帯状にブラスト処理を施した側が厚肉側となるようにした。得られた導光体の粗面側の平均傾斜角は、厚肉端面から４ｍｍの帯状領域では５．０°であり、この帯状領域に隣接する約１ｍｍの領域では徐々に変化しており、それ以外の領域では３．４°であった。
【００９０】
また、導光体のレンズ列形成面の平均傾斜角は２２°であり、レンズ列の断面形状の微小領域での接線と導光体のプリズム列形成面とのなす角の絶対値の最大値が２７°、最小値が６°であり、平均傾斜角との差の最大値は１６°であった。さらに、微小領域での傾斜角の度数分布を１°間隔で求めたところ、度数が最大となる傾斜角は２５°であり、傾斜角が２０°〜３０°の値をとる微小領域の数は全体の７９％であった。なお、導光体のプリズム列の頂部の曲面部を除く平面部分の平均傾斜角は２５°であり、レンズ列の断面形状の微小領域での接線と導光体のレンズ列形成面とのなす角の絶対値との差の最大値は１９°であった。
【００９１】
得られた導光体を用いて、実施例１と同様にして、図２１に示したような面光源装置を作製した。
【００９２】
得られた面光源装置の有効発光領域Ｆの光入射端面近傍の０．５ｍｍ幅の領域での輝度むらを測定したところ、輝度の最小値と最大値との比（最小値／最大値）は０．４であり、有効発光領域Ｆ内で輝度むらが観察された。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、面光源装置の低消費電力化のための少ない数の点状一次光源の使用に伴う輝度均斉度の不均一を、出射光の進行方向分布を劣化させることなしに解消して、高品位の面光源装置を提供することができる。
【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】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図３】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図４】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図５】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図６】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図７】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図８】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図９】本発明による導光体のレンズ列の断面形状を示す模式図である。
【図１０】ＬＥＤの出射光強度分布及び導光体内での強度分布を示す図である。
【図１１】光偏向素子による光偏向の様子を示す図である。
【図１２】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図１３】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１４】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図１５】本発明による導光体を一次光源とともに示す部分分解斜視図である。
【図１６】本発明による導光体を一次光源とともに示す部分平面図である。
【図１７】本発明による面光源装置を示す斜視図である。
【図１８】本発明による面光源装置を示す断面図である。
【図１９】本発明による導光体を一次光源とともに示す底面図である。
【図２０】本発明による導光体を一次光源とともに示す平面図である。
【図２１】実施例で使用した面光源装置の寸法を示す模式図である。
【図２２】実施例で使用した金型の形状転写面の断面形状の測定結果を示す図である。
【図２３】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【図２４】面光源装置における輝度分布不均一の発生を説明するための模式図である。
【符号の説明】
２ ＬＥＤ
４ 導光体
４１ 光入射端面
４３ 光出射面
４３ａ プリズム列
４４ レンズ列形成面
４４ａ レンズ列
４６ 突出部
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 光拡散性反射シート
ＣＦ レンズ列表面の断面形状
ＣＦ０ 基本形状
ＣＦ１ 修正形状
ＣＶ１，ＣＶ２ 外方へ凸の曲線
ＣＣ１，ＣＣ２ 外方へ凹の曲線
ＣＸ１，ＣＸ２ 外方へ凸の部分と外方へ凹の部分とを有する曲線
Ｋ１，Ｋ２ 折れ線
ＳＳ 底辺
Ｆ 有効発光領域
Claims (13)
- 点状の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及び導光される光が出射する光出射面を有する板状の導光体であって、
前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの一方に、前記光出射面に沿った面内での前記一次光源から前記導光体に入射した光の指向性の方向に略沿って延び且つ互いに平行に配列された複数のレンズ列が形成されており、該レンズ列の延在方向と直交する前記レンズ列の断面形状は、前記導光体のレンズ列形成平面に対する平均傾斜角が１０〜５０°であり、かつ、前記断面形状の各点での接線の前記レンズ列形成平面に対する角度の絶対値（ａ）と前記平均傾斜角（ｂ）との差の絶対値｜（ａ）−（ｂ）｜の最大値が５〜３０°の範囲であり、前記断面形状の各微小領域での接線と前記レンズ列形成平面とのなす角度の絶対値の度数分布において最大度数を示す角度から±５°以内の範囲内の前記微小領域の数の全微小領域の数に対する割合が５０％以下であることを特徴とする面光源装置用導光体。 - 前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が９０°以上であり、前記断面形状の平均傾斜角が１２．５〜３０°であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
- 前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が７０〜９０°であり、前記断面形状の平均傾斜角が１１〜２０°または２５〜３５°であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
- 前記一次光源から前記導光体に入射した光の広がり角が７０°以下であり、前記断面形状の平均傾斜角が１０〜１７°または２７．５〜５０°であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
- 前記断面形状は凸および凹の曲線の少なくとも１つを含んでなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
- 前記光入射端面は異方性粗面からなり、該異方性粗面は前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置用導光体。
- 前記異方性粗面は、前記光出射面に沿った方向での平均傾斜角が３〜６０°であり、前記光出射面と直交する方向での平均傾斜角が５°以下であることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置用導光体。
- 前記異方性粗面は、前記光出射面と直交する方向で測定した場合の傾き角８°以上の領域の長さが全測定長の５％以下であることを特徴とする、請求項６〜７のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
- 前記光出射面に沿った方向に隔てられ同一平面上に配置された複数の前記光入射端面を備えており、該光入射端面の隣接するものどうしの間の端縁に対応する部分が前記同一平面より外方へ突出して突出部を形成しており、該突出部では前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して傾斜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用導光体。
- 前記突出部での前記端縁の前記光入射端面に隣接する部分が前記同一平面に対して５〜６０°傾斜していることを特徴とする、請求項９に記載の面光源装置用導光体。
- 前記光出射面及びその反対側の裏面のうちの片方に光出射機構を備えていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の面光源装置用導光体。
- 請求項１〜１１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ている前記一次光源と、前記導光体の光出射面に隣接して配置されている少なくとも１つの光偏向素子とを備えており、該光偏向素子は、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おり、前記導光体に隣接する光偏向素子の前記入光面に、前記導光体の光入射端面の形成されている入射端縁と略平行の方向に延び且つ互いに平行な複数のプリズム列を備えていることを特徴とする面光源装置。
- 前記一次光源は点状光源であることを特徴とする、請求項１２に記載の面光源装置。
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