| 【発明の名称】 |
面光源装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】能瀬 徹
【氏名】馬▲渕▼ 宏司
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| 【要約】 |
【課題】
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】側面からの入射光を反射させて上面から出射させるための斜面が下面に形成された導光板、下面が前記導光板の前記上面と正対するように配置されたかつ前記導光板からの出射光を拡散させる拡散シート、および下面が前記拡散シートの上面と正対するように配置されたかつ前記導光板の側面と平行な方向における断面が２等辺三角形状となる線状の第１プリズムが上面に形成されたプリズムシートを備える面光源装置において、前記第１プリズムの頂角は９０°程度であり、前記斜面の傾斜角は２０°程度であることを特徴とする、面光源装置。
【請求項２】側面からの入射光を反射させて上面から出射させるための斜面が下面に形成された導光板、および下面が前記導光板の上面と正対するように配置されたかつ前記導光板の側面と平行な方向における断面が２等辺三角形状となる線状の第１プリズムが上面に形成されたプリズムシートを備える面光源装置において、前記第１プリズムの頂角は９０°程度であり、前記斜面の傾斜角は２５°程度であることを特徴とする、面光源装置。
【請求項３】前記導光板の下面には、前記導光板の上面とほぼ平行な平坦面部とその平坦面部から前記導光板の上面方向に形成された溝部とからなるパターンが階段状に配置されている、請求項１または２記載の面光源装置。
【請求項４】前記導光板の上面には前記側面と直交する方向に延びる線状の第２プリズムが形成される、請求項１ないし３のいずれかに記載の面光源装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、面光源装置に関し、特にたとえば、導光板の上方にプリズムシートが配置された、面光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、薄型，低消費電力などの理由で液晶ディスプレイが注目され、携帯通信端末，ディジタルスチルカメラ，カーナビゲーションシステム，パチンコ台のモニタ，テレビジョン受像機などに採用されている。このような液晶ディスプレイには、図１３に示すような面光源装置が設けられていた。
【０００３】図１３によれば、導光板１の一方側面１ａに線状光源２が設けられ、線状光源２の周囲は、一方側面１ａを除いて反射板３によって覆われる。導光板１の厚みは、一方側面１ａから他方側面１ｂに向かうにつれて薄くなり、さらに裏面１ｃには線状光源２と平行に延びる溝Ｌが所定間隔で形成される。反射シート５は導光板１の裏面１ｃおよび他方側面１ｂを覆うように設けられ、光拡散シート６は導光板１の表面１ｄを覆うように設けられる。プリズムシート７および８は光拡散シート６の上に積層され、プリズムシート８の表面には線状光源２と平行に延びるかつ断面が逆Ｖ字状の突状部（プリズム）８ａが複数形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような面光源装置では、構成が複雑で部品点数が多いという問題があった。一方、部品点数を抑えるためにプリズムシートを１枚省くと、輝度が大幅に低下してしまう。これは、プリズムシートの省略によって集光効果が減少したこと、および出射光の輝度分布の中心角（出射角）が導光板１の上面１ｄに対する法線方向からずれたことに起因する。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、部品点数を抑えつつ輝度特性を向上させることができる、面光源装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、側面からの入射光を反射させて上面から出射させるための斜面が下面に形成された導光板、下面が導光板の上面と正対するように配置されたかつ導光板からの出射光を拡散させる拡散シート、および下面が拡散シートの上面と正対するように配置されたかつ導光板の側面と平行な方向における断面が２等辺三角形状となる線状の第１プリズムが上面に形成されたプリズムシートを備える面光源装置において、第１プリズムの頂角は９０°程度であり、斜面の傾斜角は２０°程度であることを特徴とする、面光源装置である。
【０００７】第２の発明は、側面からの入射光を反射させて上面から出射させるための斜面が下面に形成された導光板、および下面が導光板の上面と正対するように配置されたかつ導光板の側面と平行な方向における断面が２等辺三角形状となる線状の第１プリズムが上面に形成されたプリズムシートを備える面光源装置において、プリズムの頂角は９０°程度であり、斜面の傾斜角は２５°程度であることを特徴とする、面光源装置である。
【０００８】
【作用】第１の発明によれば、導光板の下面には、側面からの入射光を反射させて上面から出射させるための斜面が形成される。拡散シートは下面が導光板の上面と正対するように配置され、導光板からの出射光を拡散させる。プリズムシートは下面が拡散シートの上面と正対するように配置され、上面には、導光板の側面と平行な方向における断面が２等辺三角形状となる線状の第１プリズムが形成される。ここで、第１プリズムの頂角は９０°程度であり、斜面の傾斜角は２０°程度である。
【０００９】これによって、導光板から出射される光線の輝度は３５°程度の出射角で最大となり、拡散シートの上面から出射される光線の強度は３０°程度の出射角で最大となる。したがって、プリズムシートの上面から出射される光線の出射方向は、プリズムシートの下面に対する法線方向とほぼ一致する。
【００１０】導光板の上面には、側面と直交する方向に延びる線状の第２プリズムが形成されてもよい。
【００１１】第２の発明によれば、導光板の下面には、側面からの入射光を反射させて上面から出射させるための斜面が形成される。プリズムシートは下面が導光板の上面と正対するように配置され、上面には、導光板の側面と平行な方向における断面が２等辺三角形状となる線状の第１プリズムが形成される。ここで、第１プリズムの頂角は９０°程度であり、斜面の傾斜角は２５°程度である。
【００１２】このとき、導光板から出射される光線の輝度は３０°程度の出射角で最大となり、プリズムシートの上面から出射される光線の出射方向は、プリズムシートの下面に対する法線方向とほぼ一致する。
【００１３】導光板上面には、側面と直交する方向に延びる線状の第２プリズムが形成されてもよい。
【００１４】
【発明の効果】これらの発明によれば、プリズムシートの上面から出射される光線の出射方向がプリズムシートの下面に対する法線方向とほぼ一致するため、部品点数を抑えつつ輝度特性を向上させることができる。
【００１５】この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１６】
【実施例】図１を参照して、この実施例の面光源装置１０は、導光板１２を含む。導光板１２は、アクリル系樹脂を材料として形成されている。上面１２ｃ側から見ると導光板１２の形状はほぼ長方形であるが、上面１２ｃと下面１２ｄとの間の厚みは、一方側面１２ａから他方側面１２ｂに向かうにつれて薄くなっている。また、下面１２ｄには一方側面１２ａと平行に延びる複数本の溝が形成されており、一方側面１２ａおよび他方側面１２ｂと上面１２ｃとがなす角度はほぼ９０°である。
【００１７】光拡散シート１４は、下面１４ｂが導光板１２の上面１２ｃに正対するように配置されている。光拡散シート１４は、透明樹脂内に屈折率の異なる材料を分散させるか、透明樹脂上に透明な球状の材料を分散させるか、透明樹脂表面に凹凸を形成することによって構成される。
【００１８】プリズムシート１６は、下面１６ｂが光拡散シート１４の上面１４ａに正対するように配置されている。プリズムシート１６は、ポリエステル樹脂と高屈折率のアクリル樹脂を材料として２層構造で形成されており、上面には、導光板１２の一方側面１２ａに平行して延びるかつ断面が２等辺三角形状の線状突起（プリズム）１６ａが多数形成されている。なお、２等辺三角形状である故、プリズム１６ａを形成する各々の斜面と下面１６ｂとの間の角度は、互いに等しい。
【００１９】反射シート１８は、導光板１２の他方側面１２ｂおよび下面１２ｄを覆うようにして配置される。反射シート１６は、例えば、透明な樹脂シートの内部に数μｍ〜数１０μｍ程度の気泡を密に分散させるか、樹脂シートや金属板などに銀やアルミなどの反射率の高い材料を蒸着することによって構成されている。これによって、反射シート１８の反射率は、少なくとも導光板１２と対向する面で高くなっている。
【００２０】線状光源２０は、導光板１２の一方側面１２ａ近傍に配置されている。この線状光源２０としては、例えば、熱陰極管，冷陰極管等の蛍光灯または発光ダイオードを線状に配列したもの、白熱灯または有機発光材料を線状に形成したものが用いられる。
【００２１】リフレクタ２２は、一方側面１２ａを除いて、線状光源２０を覆うようにして配置されている。リフレクタ２２は、内面で反射率が高くなるように構成されており、このような特性は、例えば、樹脂シートに銀やアルミなどの反射率の高い材料を蒸着し、このシートを薄い金属板あるいは樹脂シートに接着することによって得られる。
【００２２】なお、導光板１２の上面１２ａ，光拡散シート１４の上面１４ａおよび下面１４ｃならびにプリズムシート１６の下面１６ｂは、互いに平行である。
【００２３】図２を参照して、導光板１２の下面１２ｄは複数の階段部分１２１からなる。各々の階段部分１２１は、上面１２ｃとほぼ平行でかつ互いの段差がほぼ均一な３つの平坦面１２１ｂ，１２１ｄおよび１２１ｈを有する。同じ階段部分１２１に属する平坦面１２１ｂおよび１２１ｄは斜面１２１ｃによって結合され、異なる階段部分１２１に属する平坦面１２１ｈおよび１２１ｂは斜面１２１ａによって結合される。斜面１２１ｅおよび１２１ｆによって形成されるＶ字状の溝は、平坦面１２１ｄと斜面１２１ｇとの間に設けられ、斜面１２１ｆは斜面１２１ｇによって平坦面１２１ｈと結合される。斜面１２１ｃ，１２１ｅおよび１２１ｇは一方側面１２ａ側を向き、いずれも平坦面１２１ｂ，１２１ｄおよび１２１ｈに対して角度σをなす。一方、斜面１２１ｆは他方側面１２ｂ側を向き、平坦面１２１ｂ，１２１ｄおよび１２１ｈに対してほぼ垂直となる。
【００２４】線状光源２０からの入射光は、斜面１２１ａ，１２１ｃ，１２１ｅまたは１２１ｇによる全反射を経て、上面１２ｃから出射される。ここで、角度σが２０°のとき、上面１２ｃからの出射光の輝度および出射角β（上面１２ｃに対する法線と出射光とがなす角度）の関係は、図３に示すグラフによって表される。図３における横軸の正方向は他方側面１２ｂ側であり、負方向は一方側面１２ａ側である。このグラフはシミュレーションによって求められたものであり、これによれば、β＝３５°付近が出射光の輝度分布の中心角となり、この角度から出射される光線の輝度が最も高くなっている。
【００２５】また、別のシミュレーションを行なった結果、斜面１２１ｃ，１２１ｅおよび１２１ｇの傾斜角度σと最高輝度が得られる出射角β（出射光の輝度分布の中心角）との間には、図４に示すような関係が成立した。図４によれば、傾斜角度σが２０°のときに、β＝３５°からの出射光の輝度が最高となることが分かる。また、最高輝度が得られる出射角βを３０°＜β＜４５°の範囲に納めるためには、傾斜角度σを１５°＜σ＜２５°の範囲内で設定する必要があることが分かる。
【００２６】上述のシミュレーションを考慮した導光板１２内での光線の伝播を、図２を参照して検証する。導光板１２の屈折率をｎ１とし、光線の伝播方向が上面１２ｃに平行な方向に対してなす角度をΔ１とし、この光線の斜面１２１ｅに対する入射角をΔ２とすると、角度Δ１，傾斜角度σ，出射角βおよび屈折率ｎ１の間には数１が成立し、角度Δ２，傾斜角度σ，出射角βおよび屈折率ｎ１の間には数２が成立する。
【００２７】
【数１】
Δ１＝９０°−ｓｉｎ-1（ｓｉｎβ／ｎ１）−２×σ【００２８】
【数２】Δ２＝ｓｉｎ-1（ｓｉｎβ／ｎ１）＋σ導光板１２はアクリル樹脂を材料としているため、屈折率ｎ１は“１．４９”である。傾斜角度σが２０°のときに出射角βが３５°となるためには、角度Δ１は２７．３６°となる必要があり、このとき角度Δ２は４２．６４°である。
【００２９】一方、斜面１２１ｅで全反射するためには数３の条件を満たす必要があり、上面１２ｃから光線が出射するためには数４の条件を満たす必要がある。
【００３０】
【数３】Δ２＞ｓｉｎ-1（１／ｎ１）
【００３１】
【数４】α＜ｓｉｎ-1（１／ｎ１）
α：導光板の上面に対する入射角これより、光線が上面１２ｃから出射するためには、７．８４°＜Δ１＜２７．８４°の条件を満たさなければならないことが分かる。上述のΔ１＝２７．３６°は、この条件を満たす。なお、出射角β＝３５°で最大輝度が得られる図３のグラフは、角度Δ１が大きいほど（７．８４°＜Δ１＜２７．８４°の範囲で）、上面１２ｃから光線が出射する確率が高いことを示していると思われる。
【００３２】導光板１２の上面１２ｃからの出射光は、図５に示すように拡散シート１４の下面１４ｂに入射される。このときの入射角は、出射角と同じくβである。入射光は、下面１４ｂで屈折した後拡散シート１４内を伝播し、上面１４ａから出射される。屈折は上面１４ａでも生じ、上面１４ａから出射角はγとなる。実際にレーザ光を照射して測定を行なった結果、レーザ光の入射角βを３５°としたときの出射光の光強度分布は図６に示すように変化した。図６によれば、γ＝３０°における光強度が最大となる。
【００３３】また、レーザ光の入射角βを変化させて各々の入射角βに対応する出射角γを測定したところ、図７に示すようなグラフが得られた。このグラフによれば、入射角βが３５°のとき、出射角γは３０°となる。また、入射角βが３０°＜β＜４５°の範囲内にあるとき、出射角γは２７．５°＜γ＜３５°の範囲内に収まる。
【００３４】拡散シート１４の上面１４ａから出射された光線は、プリズムシート１６の下面１６ｂに入射される。このときの入射角は、拡散シート１４からの出射角と同じγである。入射光は、下面１６ｂにおける屈折を経てプリズムシート１６内を伝播する。そして、伝播した光線は、プリズム１６ａの斜面における再度の屈折を経て出射される。ここで、下面１６ｂにおける屈折角をθ２とし、線状突起１６ａの斜面に対する屈折光の入射角をθ１とし、プリズム１６ａの斜面における出射角をθ０とし、プリズム１６ａの頂角をφとし、そしてプリズムシート１６の屈折率をｎ２とすると、γ，θ０〜θ２およびφの間には数５が成立し、θ０とγとの間には数６が成立する。
【００３５】
【数５】θ１＝ｓｉｎ-1（ｓｉｎθ０／ｎ２）
θ２＝９０°−φ／２−θ１γ＝ｓｉｎ-1（ｓｉｎθ２×ｎ２）
【００３６】
【数６】θ０＝ｓｉｎ-1［ｎ２×ｓｉｎ｛９０°−φ／２−ｓｉｎ-1（ｓｉｎγ／ｎ２）｝］
一方、プリズム１６ａの斜面から出射される光線の出射方向を下面１６ａの法線方向と一致させるためには、数７が成立する必要がある。
【００３７】
【数７】θ０＝９０°−φ／２ここで、屈折率ｎ２を“１．６”とし、頂角φを９０°（下面１６ｂと斜面とがなす鋭角を４５°）とすると、入射角γが３０°のとき、数６が成立する。換言すれば、屈折率ｎ２が“１．６”で頂角φが９０°のプリズムシート１６を拡散シート１４の上に配置すれば、γ＝３０°で入射された光線は、プリズムシート１６内を伝播した後、下面１６ｂに直交する方向に出射される。また、入射角γが２７．５°＜γ＜３５°の範囲内にあるときは、出射角θ０は４０°＜θ０＜４９°の範囲内に収まる。
【００３８】以上の説明から分かるように、線状光源２０側を向きかつ傾斜角σが２０°程度の複数の斜面１２１ａ，１２１ｃ，１２１ｅおよび１２１ｇが導光板１２の下面１２ｄに形成され、線状光源２０からの入射光は、この斜面１２１ａ，１２１ｃ，１２１ｅおよび１２１ｇによる反射を経て上面１２ｃから出射される。このとき、最大輝度が得られる出射角βは３５°程度である。上面１２ｃからの出射光は、同じ入射角βで拡散シート１４の下面１４ｂに入射され、拡散シート１４内を伝播した後、上面１４ａから出射される。ここで、出射光の強度が最大となる出射角γは３０°程度である。上面１４ａからの出射光は、同じ入射角γでプリズムシート１６の下面１６ｂに入射される。プリズムシート１６の屈折率ｎ１は“１．６”で、プリズム１６ａの斜面と下面１６ｂとがなす鋭角は４５°であるため、プリズム１６ａの斜面から出射される光線の出射方向は、下面１６ｂの法線方向とほぼ一致する。
【００３９】また、角度σを１５°＜σ＜２５°の範囲内に設定すると、最高輝度が得られる出射角βが３０°＜β＜４５°の範囲に収まり、このとき、出射角γは２７．５°＜γ＜３５°の範囲で分布する。すると、出射角θ０は４０°＜θ０＜４９°の範囲で分布する。この結果、従来技術と比較してプリズムシートを１つ省いたとしても、十分な光強度を得ることができる。
【００４０】他の実施例の面光源装置１０は、導光板１２が図９に示すように形成される点を除き、図１実施例と同じである。このため、導光板１２の構造以外の重複した説明は省略する。図９に示す導光板１２でも複数の階段部分１２１が下面１２ｄに形成されるが、図２に示す導光板１２と異なり斜面１２１ｇは存在しない。つまり、平坦面１２１ｈは、斜面１２１ｆと結合される。このような導光板１２でも、一方側面１２ａからの入射光は、斜面１２１ａ，１２１ｃまたは１２１ｅにおける全反射あるいは一部反射を経て、上面１２ｃから出射される。この実施例でも、斜面１２１ａ，１２１ｃまたは１２１ｅの角度σを２０°に設定することによって、プリズムシート１６から出射される光線の出射方向をプリズムシート１６の下面１６ｂの法線方向に合わせることができる。
【００４１】図１０を参照して、その他の実施例の面光源装置１０は、プリズムシート１６の下面１６ｂが導光板１２の上面に正対して配置され、光拡散シート１４の下面１４ｂがプリズムシート１６の上面に正対して配置される点を除き、図１実施例または図９実施例と同様であるため、重複した説明はできるだけ省略する。
【００４２】光拡散シート１４の上面１４ａおよび下面１４ｂ，プリズムシート１６の下面１６ｂならびに導光板１２の上面１２ｃは、互いに平行とされる。この場合、図１１に示すように、プリズムシート１６の下面１６ｂに入射される光線の入射角は、導光板１２の上面１２ｃから出射される光線の出射角と同じβとなる。したがって、プリズムシート１６からの出射される光線の出射方向を下面１６ｂの法線方向と一致させるためには、導光板１２の上面１２ｃにおいて最大輝度が得られる出射角を３０°にする必要があり、図４から分かるように傾斜角度σを２５°にする必要がある。また、図８に示す出射角θ０を４０°＜θ０＜４９°の範囲に納めるべく出射角βを２７．５°＜β＜３５°とするためには、傾斜角度σを２０°＜σ＜２７．５°の範囲で設定する必要がある。
【００４３】なお、プリズムシート１６から出射される光線の出射方向が下面１６ｃの法線方向と一致するときは、図７から分かるように、光拡散シート１４で屈折が生じることはなく、光拡散シート１４から出射される光線の出射方向もまた、法線方向と一致する。
【００４４】さらにその他の実施例の面光源装置１０は、導光板１２の構造が異なる点を除き、上述の図１実施例，図９実施例または図１０実施例と同様であるため、重複した説明はできるだけ省略する。
【００４５】図１２を参照して、導光板１２の上面１２ｃには、線状光源２０と直交する方向に延びるかつ断面が逆Ｖ字状の線状突起１２ｅが複数形成される。これによって、上面１２ｃに達した光線の一部は線状突起１２ｅを形成する斜面における屈折を経て出射され、他の一部は反射されて導光板１２内に戻る。出射光は屈折によって方向修正され、これによって、線状光源２０と平行な方向における輝度分布範囲が狭められる。一方、反射によって導光板１２内に戻された光線は、導光板１２内で全反射あるいは反射シート１８によって反射され、全反射あるいは反射された光線の一部が屈折を経て上面１２ｃから出射される。上面１２ｃにおいて再度反射され導光板１２内に戻された光線は、上述と同様の振る舞いを繰り返す。このようにして出射方向が調整されることで、最終的に出射される光線の輝度が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年８月３１日（２０００．８．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９０１８１
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 義人
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| 【公開番号】 |
特開２００２−７５０３４（Ｐ２００２−７５０３４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年３月１５日（２００２．３．１５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２６２６４１（Ｐ２０００−２６２６４１） |
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