JP4429259B2

JP4429259B2 - 面光源装置、およびこれを用いた表示装置

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Publication number: JP4429259B2
Application number: JP2005345205A
Authority: JP
Inventors: 俊之米田; 誠司境
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP2007149582A

Description

本発明は、面光源装置、特にはＬＥＤ等の発光領域の小さい光源を用いて面発光を行わせる面光源装置、およびこれを用いた液晶表示装置や誘導灯、看板等の表示装置に関する。

従来より、面光源装置には、導光板の一側面に対向してＬＥＤ等の発光領域の小さい光源を一定ピッチでアレー状に配置し、これらの各光源からの光を導光板の入光面から導入し、入光面と直交する出射面から光を放射して面発光を行わせるようにした構成のものがある。

このような構成の面光源装置では、導光板の入光面に対して複数の光源が離散的に配置され、かつ、各々の光源の光放射角度は自ずと限られているので、導光板の入光面近傍では光源の配列方向において明部と暗部とが混在して光強度分布が不均一になり易い。

そこで、従来の面光源装置には、導光板の光を出射する出射面と対向する位置にある反出射面において、入光面から反入光面に向かうに従って次第に厚みが増加するような階段状のプリズム列を形成するとともに、これらのプリズム列と対向する外方位置に反射シートを配設し、光源から導光板の入光面に入射した光を反入光面まで導いてここで一旦反射させ、その折返光を入光面側に導いてプリズム列と反射シートとで拡散させ、この拡散した光を出射面から外部に出射することで、出射面における光強度分布の不均一性を低減するようにした構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記の特許文献１には、導光板の反出射面において、上記のプリズム列と並存するかたちで拡散面を形成するとともに、これらのプリズム列や拡散面と対向する外方位置に反射シートを配設し、光源から導光板内に入射した光を反入光面に至る途中の拡散面で拡散させて出射面から外部に出射するとともに、反入光面で反射した折返光をプリズム列と反射シートとで拡散させることにより出射面から外部に出射することで、出射面における光強度分布の不均一性を低減するようにした構成も提案されている。

特表２００５−５２４１９４号公報

ところで、上記の特許文献１に記載されている従来技術のものは、導光板の反出射面に階段状のプリズム列を形成したことにより、出射面における光強度分布の不均一性は有る程度は低減できるものの、依然として光強度分布にムラが生じている。すなわち、導光板の出射面に対向する反出射面側にプリズム列と拡散面とを共に形成した構成のものは、両者が同じ反出射面側に形成されている関係上、プリズム列による光拡散の度合いと、拡散面による光拡散の度合いとをそれぞれ調整して出射面における光強度分布が均一になるようにすることが極めて難しく、プリズム列の形成領域と拡散面の形成領域との境界部分において光強度分布に依然としてムラが生じ易い。

さらに、入光面から反入光面に向かうに従って次第に厚みが増加するような階段状のプリズム列を形成した場合には、導光板全体の厚さが厚くなり、装置の小型化を図ることが難しいという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、余分なコストアップを招来することなく、導光板の光の出射面における光強度分布の不均一性を従来よりもさらに一層低減することができ、しかも、装置の小型化を図ることが可能な面光源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の面光源装置は、導光板の主表面が光を出射する出射面として形成され、この出射面と直交する少なくとも１つの側面を入光面とし、その入光面と対面する外方位置には光源が配設され、また、少なくとも上記出射面と対向する反出射面に対面する外方位置には反射部材が配設されている面光源装置であって、上記導光板の反出射面には、上記入光面から反入光面に向かう一定の領域に上記導光板の反入光面側からの光を外部に取り出すための第１光取出機能部が、また、上記導光板の出射面には、上記入光面側および反入光面側からの光を共に拡散して外部に出射する第２光取出機能部がそれぞれ形成されており、かつ、上記第１光取出機能部は、上記導光板の入光面に平行な方向に沿って延びる複数のプリズムからなり、各プリズムは、入光面側から伝搬されてきた光を上記反入光面に向けて伝搬する第１傾斜面と、上記反入光面側から伝搬されてきた光を上記出射面に向けて伝搬する第２傾斜面とを有することを特徴としている。

本発明によれば、第１光取出機能部と第２光取出機能部を互いに対向する出射面と反出射面に個別に設けているため、導光板の出射面側から見て、２つの機能部は導光板の厚さ方向に距離差が生じる。このため、第１光取出機能部で拡散された光は、この第１光取出機能部に正対する出射面の領域から出射されるだけでなく、第２光取出機能部にも入射してここで拡散されて外部に出射される。したがって、導光板の出射面では、第２光取出機能部の形成領域と、非形成領域との境界部の光強度変化がぼやける。これにより、出射面の光強度分布の不均一性が低減された面光源装置を安定して得ることができる。

また、第１光取出機能部と第２光取出機能部を導光板を挟んで別の面に形成しているので、両者が互いに一部重複するように形成することができる。このため、さらに一層、光強度分布の不均一性を低減することが可能になる。

特に、第１光取出機能部を構成する第１の斜面と入光面の法線が成す角が０度より大きく１０度以下となるように設定すれば、導光板光の光伝搬機能を維持したまま、厚さ方向の増加を抑えることができるため、装置の小型化を図ることが可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における表示装置の概略構成を示す分解斜視図、図２は同装置の縦断面図である。

この実施の形態１の表示装置は、面光源装置１を有し、この面光源装置１の光出射側（図１の上方側）に、光拡散シート２および液晶表示素子３が図示しないスペーサ等を介して順次配設されている。

面光源装置１は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂等の透明樹脂からなる平板状の導光板１０を備え、この導光板１０の主表面が光を出射する出射面１１として、この出射面１１と対向する面が反出射面１２としてそれぞれ形成されている。また、この導光板１０の出射面１１と直交する一側面が入光面１３とされ、また、入光面１３と対向する面が反入光面１４としてそれぞれ形成されている。
なお、ここでは説明の便宜上、導光板１０の入光面１３から反入光面１４に向かう方向をＸ軸方向、このＸ軸方向と直交して入光面１３および反入光面１４と平行する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する導光板１０の厚さ方向をＺ軸方向とする。

そして、導光板１０の入光面１３と対面する外方位置には光源としての複数のＬＥＤ４が一定ピッチで配設されるとともに、これらのＬＥＤ４を駆動するＬＥＤ基板５、および各ＬＥＤ４からの光を導光板１０の入光面１１に向けて反射するリフレクタ６がそれぞれ配置されている。

上記の各ＬＥＤ４は白色光を発し、ＬＥＤ基板５に複数保持されている。また、ＬＥＤ４はＬＥＤ基板５に電気的に接続されており、ＬＥＤ基板５を介して外部からの電気信号が供給されている。また、リフレクタ６はＬＥＤ４から発せられた光を効率よく導光板１０に入射させるためのものである。

また、導光板１０の反出射面１２の外方位置および反入光面１４の外方位置には、それぞれ反射部材としての反射シート７，８が配設されている。これらの反射シート７，８は、導光板１０の出射面１１以外から出射した光を効率よく導光板１０に再入射させるためのものである。

なお、上記のリフレクタ６や反射シート７，８は、銀色または白色で高い反射率、具体的には７０％以上、より好ましくは９０％以上の反射率をもつように、例えば発泡ＰＥＴ、あるいは銀蒸着膜等により形成されている。

また、上記の導光板１０の反出射面１２には、入光面１３から反入光面１４に向かう一定の領域（入光面１３からＸ軸方向に長さＬ分の領域）に第１光取出機能部１５１が、また、導光板１０の出射面１１には、反入光面１４から入光面１３に向かう一定の領域（反入光面１４からＸ軸方向に長さＭ分の領域）に第２光取出機能部１５２がそれぞれ形成されている。そして、第１光取出機能部１５１と第２光取出機能部１５２とは導光板１０を挟んで互いに一部（Ｘ軸方向に沿う長さＮ分の領域）が重複するように形成されている。

上記の第１光取出機能部１５１は、導光板１０の入光面１３側からの光を反入光面１４側に向けて伝搬するとともに、反入光面１４側からの光を出射面１１から外部に取り出す作用をするもので、導光板１０の入光面１３に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる複数のプリズム１６がＸ軸方向に連続的に形成されてなり、各プリズム１６は、第１傾斜面１６１と第２傾斜面１６２とを有している。

この場合、第１傾斜面１６１は入光面１３側から伝搬されてきた光を反入光面１４に向けて伝搬させ、また、第２傾斜面１６２は反入光面１４側から伝搬されてきた光を出射面１１に向けて伝搬させるものである。このため、第１傾斜面１６１と入光面１３の法線とのなす角をαとすると、αは０度より大きく１０度以下（０度＜α≦１０度）になるように設定されている。また、入光面１３の法線と第２傾斜面１６２とがなす角をγとすると、γは４５度以上で９０度以下の範囲（４５度≦γ≦９０度）になるように設定されている。なお、角度α，γの設定理由については、後でさらに詳述する。

また、第２光取出機能部１５２は、導光板１０の入光面１３側および反入光面１４側からそれぞれ伝搬されてきた光を共に拡散して外部に出射するためのもので、本例ではランダムな粗面により形成されている。特に、第１光取出機能部１５１と導光板１０を挟んで互いに重複する領域においては、Ｘ軸方向に沿う光拡散度合いが距離に応じて変化するように形成されている。すなわち、反入光面１４側では表面粗さが荒く、入光面１３に近付くほど表面粗さが細かくなって鏡面に近づくように形成されている。

液晶表示素子３は、図示しない上側または下側基板上に着色層、遮光層、スイッチング素子となる薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称する）、画素電極等の電極および配線が形成されたＴＦＴアレイ基板および対向基板、二枚の基板を等間隔に保持するスペーサ、二枚の基板を貼り合わせるシール材、二枚の基板とのあいだに液晶を注入した後に封止する封止材、液晶に初期配向をもたせる配向膜および光を偏光させる偏光板などにより構成されている。なお、この構成は液晶表示素子３として既存のものであるので、ここでは詳しい説明は省略する。

次に、導光板１０に導入された光の挙動について、図２および図３を参照して説明する。
ここでは、まず、導光板１０の入光面１３側から反入光面１４側へ向けて伝搬する光（以下、入行光と称する）の挙動について説明する。

ＬＥＤ４から発せられた光線は、直接またはリフレクタ６を介して、導光板１０の入光面１３から内部に入射して反入光面１４側へ向けて伝搬する。この入行光は、第１光取出機能部１５１の第１傾斜面１６１に到達すると、図３（ａ）中、実線で示すように、ここで全反射されて出射面１１に向かう。

いま、出射面１１の法線と入行光とがなす角をβとすると、βは入光面１３の法線と第１傾斜面１６１とがなす角αが大きくなるにつれて小さくなり、βが臨界角以下になると、導光板１０の第２光取出機能部１５２の非形成領域にある出射面１１から直ちに出射されて反入光面１４側に向けて伝搬することができず、このため、Ｙ軸方向の光強度分布を均一に保つことができなくなる。

そこで、この実施の形態１では、入行光の大半を反入光面１４側に向けて伝搬させるために、前述したように第１傾斜面１６１と入光面１３の法線とのなす角αが小さくなるように、本例では、αは０度＜α≦１０度、より好ましくは０度＜α≦３度に設定している。これにより、第１傾斜面１６１は入行光に対して外部に取り出さずに伝搬する面として機能する。しかも、入光面１３の法線と第１傾斜面１６１とがなす角αを０度＜α≦１０度の範囲に設定すると、導光板１０の厚さをほぼ一定に保ったまま、入光面１３から入射した入行光の大半を反入光面１４側に伝搬することができるため、面光源装置１の小型化を図る上で有利である。

また、第２傾斜面１６２は第１傾斜面１６１と逆方向に傾斜しているので、この第２傾斜面１６２に到達した入行光は、図３（ａ）中、一点鎖線で示すように、ここで全反射し、出射面１１から出射することなく反入光面１４側へ向けてさらに伝搬を続けることとなる。

さらに、入行光は、導光板１０の出射面１１と反出射面１２とでそれぞれ全反射して反入光面１４に向かうが、導光板１０の出射面１１側に形成された第２光取出機能部１５２に到達する入行光の一部は、この第２光取出機能部１５２によって拡散される。そして、この拡散により臨界角以下となった入行光は、導光板１０から外部に出射される。また、導光板１０の反出射面１２において臨界角以下となった一部の入行光は、反出射面１２より外部に出射するが、反射シート７により反射されて再び導光板１０に戻された後、出射面１１より外部に出射することとなる。

こうして、導光板１０中を伝搬して反入光面１４に到達した入行光は、反入光面１４で反射するか、もしくは反入光面１４から外部に出射することとなるが、外部に出射した光は反射シート８により反射されて再び導光板１０に戻され、反入光面１４から入光面１３に向かい導光板１０中を伝搬する光となる。

次に、導光板１０の反入光面１４から入光面１３側へ向けて伝搬する光（以下、戻り光と称する）の挙動について説明する。

反入光面１４から入光面１３に向かって伝搬する戻り光は、その伝搬過程で第２光取出機能部１５２に到達すると、その一部は全反射されてさらに伝搬される一方、残りの戻り光は、前述のようにこの第２光取出機能部１５２で拡散されて外部に取り出される。

また、導光板１０内をさらに伝搬した戻り光は、第１光取出機能部１５１に至る。そして、この戻り光の一部は、図３（ｂ）中、実線で示すように、第１光取出機能部１５１の第２傾斜面１６２に到達する。この第２傾斜面１６２に到達した戻り光を導光板１０の出射面１１から出射させるためには、この第２傾斜面１６２を透過させるか、あるいは全反射させることにより、出射面１１の法線に対する戻り光のなす角βが臨界角以下となるように到達させる必要がある。

ここで、第２傾斜面１６２を透過させるためには、第２傾斜面１６２が入光面１３の法線となす角γを大きく設定して第２傾斜面１６２を入光面１３と略平行になるように近付ければよく（すなわちγ≒９０度）、また、第２傾斜面１６２で全反射した光の大半がβ≦臨界角となるように出射面１１に到達させるには、同様に、γができるだけ大きくなるように設定すればよい。このため、本例では、γは４５度以上で９０度以下の範囲（４５度≦γ≦９０度）、より好ましくは略８０度になるように設定している。

また、第１傾斜面１６１は第２傾斜面１６２と逆方向に傾斜しているため、第１傾斜面１６１に到達した戻り光は、図３（ｂ）中、一点鎖線で示すように、第１傾斜面１６１で全反射するために出射面１１から出射することはなく、入光面１３側へ向けてさらに伝搬を続けることとなる。

次に、導光板１０内の入行光および戻り光が出射面１１から出射する場合の光強度分布との関係について、図４を参照して説明する。なお、図４は導光板１０の出射面１１におけるＸ軸方向に沿う光強度分布を示している。

入光面１３から反入光面１４側に伝搬する入行光に着目すると、この入行光は、主として第２光取出機能部１５２の作用によって出射する。すなわち、第１光取出機能部１５１は、入行光に対してこれを全反射して反入光面１４側に伝搬する機能をもつだけであり、このため、図４（ａ）に示すように、入光面１３から一定区間Ｋは入行光が外部に取り出されず、第２光取出機能部１５２が形成された領域Ｍの出射面１１から入行光が外部に取り出される。したがって、離散的に配置されたＬＥＤ４からの入行光は、第２光取出機能部１５２に至るまでの間に導光板１０内を伝搬する過程で混じり合ってＹ軸方向の光強度分布が一様性を増したうえで第２光取出機能部１５２から外部に取り出される。

一方、反入光面１４や反射シート８で反射された戻り光に着目すると、この戻り光は、第２光取出機能部１５２の作用によって出射面１１の外部に出射するとともに、第１光取出機能部１５１の作用によっても出射面１１の外部に出射される。このため、図４（ｂ）中、実線で示すように、導光板１０全域から光が出射することになる。この場合、入光面１３から反入光面１４に到達する過程において光が混じり合っているため、Ｙ軸方向の光強度分布が一様性を増した状態で出射面１１から外部に取り出される。なお、図４（ｂ）中、符号Ｉ１は第１光取出機能部１５１の作用により外部に取り出される戻り光の強度、Ｉ２は第２光取出機能部１５２の作用により外部に取り出される戻り光の強度を示している。

したがって、導光板１０内の入行光および戻り光がいずれも出射面１１から出射する場合のＸ軸方向の光強度分布は、図４（ａ）の分布と図４（ｂ）の分布を重ね合わせた、図４（ｃ）に示すような分布となる。

この場合、第２光取出機能部１５２については、平均粗さや凹凸の平均間隔を調整することにより、出射面１１から出射する入行光と戻り光とを重ね合わせたＸ軸方向に沿う全体的な光強度分布ができるだけ平坦になるようにしている。

また、導光板１０内を伝搬する戻り光は反入光面１４から遠ざかるのに従って光が取り出され、伝搬光量が減少する。このため、図４（ｂ）の破線で示すように、戻り光が入光面１３に近付くほど出射光の光強度が減少してしまう。そこで、第１光取出機能部１５１については、その第２反射面の受光面積が反入光面１４から遠ざかるにつれて次第に大きくなるように調整、より具体的には、例えばプリズム１６のＺ軸方向の高さが入光面１３に近付くほど次第に高くなるように調整することにより、出射面１１から出射する戻り光のＸ軸方向に沿う全体的な光強度分布ができるだけ平坦になるようにしている。

また、この実施の形態１においては、第１光取出機能部１５１と第２光取出機能部１５２とを導光板１０の別々の面に設けているため、第１光取出機能部１５１で拡散された光は、出射面１１の第２光取出機能部１５２が形成されていない領域から出射されるだけでなく、第２光取出機能部１５２にも入射してここで拡散されて外部に出射される。したがって、導光板１０の出射面１１では、第２光取出機能部１５２の形成領域と、非形成領域との境界部のＸ軸方向およびＹ軸方向の光強度変化がぼやけることになり、第１光取出機能部１５１と第２光取出機能部１５２の切り替え部に生じる明暗ムラを軽減することができる。

さらに、この実施の形態１では、出射面１１側から見て、第１光取出機能部１５１と第２光取出機能部１５２とが重複する領域Ｎを設けているので、この重複領域Ｎにおいて、第２光取出機能部１５２の反入光面１４側では表面粗さが粗く、入光面１３に近付くほど表面粗さが細かくなって鏡面に近づくようにするなど、光拡散度合いが入光面１３から反入光面１４の方向に沿う距離に応じて変化するように調整することにより、第１光取出機能部１５１と第２光取出機能部１５２の重複領域Ｎに生じる明暗ムラの発生を一層低減することができる。

なお、複数のプリズム１６で構成される第１光取出機能部１５１は、第２光取出機能部１５２に比べて出射面１１に対する光拡散効果が少ないので、光強度分布を適切に制御する上で高い精度が要求される。このため、第１光取出機能部１５１が製品の歩留まりを低下させる要因となりえることから、安定した良品を得るためには、第１光取出機能部１５１を形成する領域Ｌは小さくすることが望ましく、例えば、ＬＥＤ４の配列ピッチの３倍以内、できれば１倍以内とすることが好ましい。また、例えば導光板１０の入光面１３にＬＥＤ４からの光を拡散するプリズム列を設けるなどの手法を組み合わせれば、第１光取出機能部１５１の形成領域Ｌをさらに小さくすることができるので好ましい。

このようにして、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の光強度分布が一様性を増した状態で導光板１０の出射面１１から外部に取り出された光は、光拡散シート２によって拡散されてさらに一様性を増し、液晶表示素子３に入射する。液晶表示素子３は図示しないスイッチング素子による電圧のオンまたはオフによって液晶層が配向されることで、液晶表示素子３に入射した光は映像信号にあわせて変調され、赤色、緑色または青色の各色を表示する。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２における表示装置の縦断面図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２の特徴は、導光板１０を挟んで互いに対向する側面が共に入光面１３Ｌ，１３Ｒとして形成され、この各入光面１３Ｌ，１３Ｒと対面する外方位置にＬＥＤ４Ｌ，４Ｒがそれぞれ配設されている。このため、導光板１０の入光面１３Ｌ，１３Ｒの外方位置には反射シートが設けられていない。また、導光板１０の出射面１１には、その略全域にわたって第２光取出機能部１５２が形成される一方、出射面１１と対向する反出射面１２側の各ＬＥＤ４Ｌ，４Ｒの近傍位置にそれぞれ第１光取出機能部１５１Ｌ，１５１Ｒが形成されている。

そして、各々の第１光取出機能部１５１Ｌ，１５１Ｒを構成する各プリズム１６Ｌ，１６Ｒは、第１傾斜面１６１Ｌ，１６１Ｒと第２傾斜面１６２Ｌ，１６２Ｒとからなるが、この場合の第１傾斜面１６１Ｌ，１１６Ｒと入光面１３Ｌ，１３Ｒの法線とのなす角は０度、第２傾斜面１６２Ｌ，１６２Ｒと入光面１３Ｌ，１３Ｒの法線とのなす角は９０度になるように形成されている。

次に、図５において左側に位置するＬＥＤ４Ｌから出射する光に着目してその挙動を説明する。なお、この場合、左側に位置するＬＥＤ４Ｌから見れば、導光板１０の入光面１３Ｌに対向する側の入光面１３Ｒが反入光面となる。

ＬＥＤ４Ｌを出射した光は、入光面１３Ｌから導光板１０に入射する。そして、この光は、第１光取出機能部１５１Ｌを構成する第１傾斜面１６１Ｌと出射面１１との間で全反射を繰り返しながら他方の入光面１３Ｒ側へと伝搬する。この伝搬過程で光の混合が進むため、Ｙ軸方向の光の一様性が増す。

伝搬過程で導光板１０の出射面１１側に形成された第２光取出機能部１５２に到達する光の一部は、この第２光取出機能部１５２によって拡散される。そして、この拡散により臨界角以下となった入行光は導光板１０の外部に出射される。

また、右側の第１光取出機能部１５１Ｒを構成する第２傾斜面１６２Ｒに到達した光は、導光板１０から外部に出射するが、反射シート７により反射されて再び導光板１０に戻された後、出射面１１より出射することとなる。また、第１傾斜面１６１Ｒに到達した光は全反射されて他方の入光面１３Ｒ側へ向けて伝搬される。

このように、左側のＬＥＤ４Ｌから出射された光は、導光板１０内を伝搬して第２光取出機能部１５２および右側の第１光取出機能部１５１Ｒの作用により導光板１０の出射面１１側から外部に取り出される。同様にして、右側に位置するＬＥＤ４Ｒから出射される光については、導光板１０内を伝搬して第２光取出機能部１５２および左側の第１光取出機能部１５１Ｌの作用により導光板１０の出射面１１側から外部に取り出される。

この実施の形態２の構成の場合、各ＬＥＤ４Ｌ，４Ｒから導光板１０に入射された光がそれぞれ導光板１０内を十分に伝搬されることなく、第２光取出機能部１５２の作用によって各入光面１３Ｌ，１３Ｒ近傍の出射面１１から外部に取り出されると、光の混合が十分に進んでいないためにＹ軸方向のみならず、Ｘ軸方向に沿った光強度分布にムラを生じることとなる。

そこで、この実施の形態２では、各々の入光面１３Ｌ，１３Ｒ近傍における第２光取出機能部１５２の光拡散機能が弱くなるように、例えば入光面１３Ｌ，１３Ｒに近付くほど表面粗さが細かくなって鏡面に近づくように形成するなどして第２光取出機能部１５２の拡散機能を調整している。なお、本例では第２光取出機能部１５２は導光板１０の出射面１１の略全面に形成されているので、出射面１１における光強度分布が均一になるように第２光取出機能部１５２の拡散機能を調整することは容易である。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３における表示装置の縦断面図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３の特徴は、導光板１０の反出射面１２側において、反入光面１４から所定の領域（反入光面１４からＸ軸方向に長さＪ分の領域）に第３光取出機能部１５３が設けられている。この第３光取出機能部１５３は、導光板１０の入光面１３側からの入行光を出射面１１から外部に取り出すとともに、反入光面１４側からの戻り光を入光面１３に向けて伝搬する作用をするもので、導光板１０の入光面１３に平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って延びる複数のプリズム１７がＸ軸方向に連続的に形成されてなり、各プリズム１７は、第１傾斜面１７１と第２傾斜面１７２とを有している。

そして、第１傾斜面１７１は反入光面１４側から伝搬されてきた戻り光を入光面１３側に向けて伝搬させ、また、第２傾斜面１７２は入光面１３側から伝搬されてきた入行光を出射面１１に向けて伝搬させるものである。したがって、戻り光を入光面１３側に効率良く伝搬する上で、第１傾斜面１７１と反入光面１４の法線とのなす角をδとすると、δは０度より大きく１０度以下（０度＜δ≦１０度）になるように設定することが好ましい。また、入行光を出射面１１側から効率的に外部に取り出す上で、第２傾斜面１７２と反入光面１４の法線とがなす角をεとすると、εは４５度以上で９０度以下の範囲（４５度≦ε≦９０度）になるように設定することが好ましい。

このように、第３光取出機能部１５３の第２傾斜面１７２によって、これに対向する出射面１１から外部に光を取り出すことができるため、第２光取出機能部１５２は、入光面１３および反入光面１４から離間した一定領域Ｋにのみ形成されている。ただし、Ｘ軸方向に明暗ムラを生じないように、第２光取出機能部１５２と第３光取出機能部１５３とは、導光板１０を挟んでＸ軸方向において一部が互いに重複している。

次に、導光板１０に導入された光の挙動について説明する。
ＬＥＤ４を出射して導光板１０内に入射した入行光は、第１光取出機能部１５１を構成する第１傾斜面１６１と出射面１１の間で全反射を繰り返しながら反入光面１４側へと伝搬し、Ｙ軸方向の光の混合が進む。

そして、第３光取出機能部１５３を構成する第２傾斜面１７２に到達した入行光は、透過した場合には反射シート７で反射されて再び導光板１０に入射して出射面１１から外部に取り出される。また、第２傾斜面１７２で全反射した入行光は、出射面１１に臨界角以下となる角度で到達することにより導光板１０の外部に取り出される。また、第１傾斜面１７１に到達した入行光は全反射されて反入光面１４側へ向けて伝搬される。

反入光面１４に到達して反入光面１４で反射され光、あるいは反射シート８で反射され反入光面１４から再び導光板１０に入射した光は、戻り光として、第３光取出機能部１５３を構成する第１傾斜面１７１と出射面１１の間で全反射を繰り返しながら入光面１３側へと伝搬し、実施の形態１の場合と同様、第１光取出機能部１５１の作用によって導光板１０から取り出されることとなる。

ここで、導光板１０内の入行光と戻り光とが出射面１１から共に出射する場合の光強度分布に着目とすると、導光板１０中を伝搬する光は当然のことながら光が取り出されるにつれて次第に減少していくこととなる。よって、第３光取出機能部１５３に到達するときの入行光の光強度に比べて、第１光取出機能部１５１に到達するときの戻り光の光強度は小さくなる。

そこで、この実施の形態３では、第３光取出機能部１５３を構成する第２傾斜面１７２に比べて、第１光取出機能部１５１を構成する第２傾斜面１６２の受光面積が大きくなるように、具体的には、例えば第３光取出機能部１５３のプリズム１７のＺ軸方向の高さに比べて、第１光取出機能部１５１のプリズム１６のＺ軸方向の高さが高くなるように調整することにより、出射面１１から出射する戻り光のＸ軸方向に沿う全体的な光強度分布ができるだけ平坦になるようにしている。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態１と同様であるから、ここでは詳しい説明を省略する。

なお、上記の実施の形態３において、光強度分布を調整するには、図７に示すように、第３光取出機能部１５３のプリズム１７のピッチに比べて第１光取出機能部１５１のプリズム１６のピッチを小さくしたり、あるいは、第１光取出機能部１５１と第３光取出機能部１５３とでプリズム１６，１７の形状を変化させるなどの構成を採用しても良い。

上記の実施の形態１〜３について、次の変形例や応用例を考えることができる。
（１）上述の実施の形態１〜３においては、光源として白色のＬＥＤ４，４Ｌ，４Ｒを適用しているが、これに限られるものではなく、例えば、光源として発光色の異なる複数のＬＥＤを用いても良く、さらには、ＣＣＦＬなどの棒状光源を用いても良い。

（２）また、上述の実施の形態１，３では、導光板１０の側面に反射シート８をスペースを存して対面するように配設しているが、導光板１０の側面に反射シート８を直接接着したり、導光板１０の側面に印刷や蒸着をすることで直接に反射機能を持たせるようにしても良い。

（３）また、上述の実施の形態１〜３において、拡散機能を有する第２光取出機能部１５２をランダムな粗面を出射面１１に直接形成することにより構成したが、これに限定されるものではなく、例えば白色ドット印刷を行ったり、微小球面を形成して拡散機能をもたせるようにすることが可能である。

（４）また、上述の実施の形態１〜３において、第１光取出機能部１５１，１５１Ｒ，１５１Ｌは断面が三角形状のプリズム１６，１６Ｌ，１６Ｒを複数列設けることによって構成されているが、このような三角形状に限定されるものではなく、例えば図８に示すように、断面が台形形状であってもよく、さらには各プリズム１６，１６Ｌ，１６Ｒの間に平坦部が設けられていたり、断面形状が曲面などであってもよく入行光や戻り光を導光板１０の外部に効率良く取り出す機能を有するものであればよい。

（５）また、上述の実施の形態１〜３では、導光板１０の出射面１１側に対向して光拡散シート２を配設しているが、このような光拡散シート２に限られるものではなく、例えばプリズムシートや偏光反射シートなどを用いても良く、さらに、これらのシートを組み合わせて用いても良い。特にプリズムシートや偏光反射シートなど、一部の光を導光板１０側に戻す機能を有する光学シートを用いることによって、一層光の混合が進み、光の均一性が向上するため好ましい。

（６）また、上述の実施の形態１〜３においては、表示素子として液晶表示素子３を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、任意の図柄や文字が描かれた透光機能を有する表示板などを表示素子として用いても良い。

（７）さらに、本発明は上記の実施の形態１〜３の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において各種の変形を加えることが可能である。

本発明の実施の形態１における表示装置の分解斜視図である。本発明の実施の形態１における表示装置の縦断面図である。本発明の実施の形態１における表示装置の部分断面図である。本発明の実施の形態１における表示装置を構成する面光源装置の光の出射面におけるＸ軸方向に沿う光強度分布を示す特性図である。本発明の実施の形態２における表示装置の縦断面図である。本発明の実施の形態３における表示装置の縦断面図である。本発明の実施の形態３における表示装置を構成する面光源装置の変形例を示す縦断面図である。本発明の面光源装置の第１光取出機能部の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

１面光源装置、２光拡散シート、３液晶表示素子、
４，４Ｌ，４ＲＬＥＤ（光源）、５，５Ｌ，５ＲＬＥＤ基板、
６，６Ｌ，６Ｒリフクレタ、７，８反射シート（反射部材）、１０導光板、
１１出射面、１２反出射面、１３，１３Ｌ，１３Ｒ入光面、１４反入光面、
１５１第１光取出機能部、１５２第２光取出機能部、１５３第３光取出機能部、
１６，１６Ｌ，１６Ｒプリズム、１６１，１６１Ｌ，１６１Ｒ第１傾斜面、
１６２，１６２Ｌ，１６２Ｒ第２傾斜面、１７プリズム、１７１第１傾斜面、
１７２第２傾斜面。

Claims

導光板の主表面が光を出射する出射面として形成され、この出射面と直交する少なくとも１つの側面を入光面とし、その入光面と対面する外方位置には光源が配設され、また、少なくとも上記出射面と対向する反出射面に対面する外方位置には反射部材が配設されている面光源装置であって、上記導光板の反出射面には、上記入光面から反入光面に向かう一定の領域に上記導光板の反入光面側からの光を外部に取り出すための第１光取出機能部が、また、上記導光板の出射面には、上記入光面側および反入光面側からの光を共に拡散して外部に出射する第２光取出機能部がそれぞれ形成されており、かつ、上記第１光取出機能部は、上記導光板の入光面に平行な方向に沿って延びる複数のプリズムからなり、各プリズムは、入光面側から伝搬されてきた光を上記反入光面に向けて伝搬する第１傾斜面と、上記反入光面側から伝搬されてきた光を上記出射面に向けて伝搬する第２傾斜面とを有する、ことを特徴とする面光源装置。
上記第１光取出機能部と上記第２光取出機能部とが導光板を挟んで互いに一部が重複するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
上記第１光取出機能部を構成するプリズムの上記第１傾斜面と、上記入光面の法線との成す角が０度よりは大きく１０度以下に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
上記導光板の反出射面には、上記反入光面から入光面に向かう一定の領域に上記導光板の入光面側からの光を外部に取り出すための第３光取出機能部が形成されており、この第３光取出機能部は、上記導光板の反入光面に平行な方向に沿って延びる複数のプリズムからなり、各プリズムは、反入光面側から伝搬されてきた光を上記入光面に向けて伝搬する第１傾斜面と、上記入光面側から伝搬されてきた光を上記出射面に向けて伝搬する第２傾斜面とを有する、ことを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
上記第３光取出機能部と上記第２光取出機能部とが導光板を挟んで互いに一部が重複するように形成されていることを特徴とする請求項４記載の面光源装置。
上記第３光取出機能部を構成するプリズムの上記第１傾斜面と、上記反入光面の法線との成す角が０度よりは大きく１０度以下に設定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の面光源装置。
上記第２光取出機能部は、光拡散度合いが光伝搬方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の面光源装置。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の面光源装置を有し、当該装置の出射面側に液晶表示素子が設けられていることを特徴とする表示装置。