JPH06301035A - 面光源、それを用いた表示装置、及びそれらに用いるレンズシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶等の透過型表示装置に於いて、光輝度
で、適度な視野角を持ち、且つ面内の輝度分布も均一な
画面を得る。又その為の有効な面光源を提供する。 【構成】 導光板、該導光板の裏面の光拡散反射層、該
導光板側面の線状光源、該導光板表面のレンチキュラー
レンズシートからなるエッジライト型面光源に於いて、
該レンズシートが楕円柱又は双曲線柱型単位レンズをそ
の稜線を平行にして多数配列した物からなる。該楕円又
は双曲線は、その長軸が面光源の法線方向を向く。又よ
り好ましい態様として、該レンズシート裏面と導光板表
面との間に、光の波長以上の間隙を持たせた物を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面光源に関するものであ
り、液晶表示装置等の透過型表示装置のバックライト、
照明広告、交通標識等に有用なものである。本発明は又
該面光源を背面光源として用いた液晶表示装置等の透過
型表示装置も開示する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト
用の面光源として、 図７のような透光性平板を導光体としたエッジライト
方式のものが知られている。このような面光源では、透
明な平行平板からなる導光体の側端面の双方又は一方か
ら光を入射させ、透光性平板内部の全反射を利用し光を
導光板の全域に遍く伝播させ、その伝播した光の一部を
導光体裏面の光散乱反射板で臨界角未満の拡散反射光と
なし、導光板表面から拡散光を放出する。（実開昭５５
−１６２２０１）。 図６のような一方の面に三角プリズム型レンチキュラ
ーレンズの突起を有し、もう一方の面を平滑面としたレ
ンズシートを、の面光源の導光板表面上に突起面を上
にして重ね、レンズの光集束作用を利用して、その拡散
放射光を所望の角度範囲内に均一等方的に拡散させるこ
とができる（実開平４−１０７２０１）。このレンズシ
ートは艶消透明拡散板（艶消透明シート）と組合せて使
用する場合には、単に艶消透明拡散板のみを用いたもの
（米国特許第４７２９０６７号）よりも、光源の光エネ
ルギーを所望の限られた角度範囲内に重点的に分配し、
かつ、その角度範囲内では均一等方性の高い拡散光を得
ることはできた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の技術では、導光体裏面に光散乱板を設けただけの
では、放出光は導光体表面の法線方向に対して６０度の
角度をピークに比較的鋭い分布をすることになり、最も
光を必要とする法線方向の輝度が不足し、受容の少ない
斜め横方向に光エネルギーが散逸してしまう。また、従
来の技術では導光体の光放出面上の三角プリズム型レ
ンチキュラーレンズシートが放出光を屈折集束さること
により、光放出面の法線方向をピークとして３０°〜６
０°の角度内に放出される光エネルギー比率が高くなる
が、一方で図１７の様に法線方向から離れた方向（斜め
方向）にも放出光のピーク（サイドローブ）が発生する
という欠点があった。此の為、依然として観察者に寄与
しない損失光が残存する。又このサイドローブは周囲に
不要なノイズ光を輻射することにもなり不都合であっ
た。更に、放出面内での輝度分布についても予想に反し
て、導光板側端部から２〜４ｃｍ迄は高輝度であるが、
それ以上遠ざかると輝度が漸次低下し、光源と反対側の
端部では目立って暗くなると云う問題も生じることがわ
かった。

【０００４】これらの欠点を改良すべく、 特開平１−２４５２２０号のように、導光体裏面の光
散乱層を網点等のパターン状とし、且つそのパターンの
面積を光源に近づく程小さく、光源から遠ざかる程大き
くさせて導光板面内の輝度分布を補正、均一化させる試
み。 特開平３−９３０６号のように導光板の側端部の２箇
所以上に光源を配置して導光板面内の輝度分布を補正、
均一化させる試み。 がなされたが、いずれも完全に輝度を均一化することは
難しく、又では光放出面側から、光散乱層を網点が目
立ってしまう欠点があり、又では光源のスペース、消
費電力とも２倍以上となる欠点があった。

【０００５】本発明の目的は、前述の課題を解決し、液
晶表示装置のバックライト用等の用途のレンズシート及
びそのレンズシートを用いた面光源を提供する事であ
り、その際消費電力や発熱量を増大させることなく、所
望の角度範囲内のみに均一且つ高輝度発光をし、面内で
の場所による輝度のバラツキもない面発光を得ることで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、

【請求項１】 透光性平板又は直方体状空洞からなる導
光体と、該導光体の側端面の少なくとも一面に隣接して
設けられた線光源又は点光源と、該導光体裏面の光反射
層と、該導光体表面の光放出面上に積層された凹又は凸
のレンチキュラーレンズシートとからなる面光源であっ
て、該レンズシートは楕円柱単位レンズをその稜線方向
が互いに平行になるように多数平面内に配列してなり、
該楕円柱単位レンズは長軸方向が光放出面の法線方向を
向いており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦長軸／短軸≦０．９×
ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。

【請求項２】 透光性平板又は直方体状空洞からなる導
光体と、該導光体の側端面の少なくとも一面に隣接して
設けられた線光源又は点光源と、該導光体裏面の光反射
層と、該導光体表面の光放出面上に積層された凹又は凸
のレンチキュラーレンズシートとからなる面光源であっ
て、該レンズシートは双曲線柱単位レンズをその稜線方
向が互いに平行になるように多数平面内に配列してな
り、該双曲線柱単位レンズは長軸方向が光放出面の法線
方向を向いており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦漸近線の傾斜≦０．９
×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。

【請求項３】 該導光体が表面粗さが光源光の波長以下
の平滑表面を有する透光性平板からなり、該レンチキュ
ラーレンズシートがレンズ面の反対面に表面粗さが光源
光の波長以上の微小凹凸を有しており、その微小凹凸面
を導光体の平滑表面側に向けて積層されてなり、導光体
とレンズシートとの間に光源光の波長以上の空隙を少な
くとも部分的には有する事を特徴とする請求項１に記載
の面光源。

【請求項４】 該導光体が表面粗さが光源光の波長以下
の平滑表面を有する透光性平板からなり、該レンチキュ
ラーレンズシート裏面と該導光体表面との間に光拡散層
を挿入してなり、該光拡散層の表面及び裏面に表面粗さ
が光源光の波長以上の微小凹凸を有しており、その結
果、光源光の波長以上の空隙を少なくとも部分的に形成
された界面が、導光体表面と光拡散層との界面、及び光
拡散層とレンズシート裏面との界面の２箇所に有する事
を特徴とする請求項１記載の面光源。

【請求項５】 １個以上の線光源又は点光源と、該光源
の下面及び側面を覆い光源の上面に窓が開口され、光源
側内面が光反射面となっているランプハウスと、該窓部
を被覆する凹又は凸のレンチキュラーレンズ、とからな
る面光源であって、該レンズシートは楕円柱単位レンズ
をその稜線方向が互いに平行になるように多数平面内に
配列してなり、該楕円柱単位レンズは長軸方向が光放出
面の法線方向を向いており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦長軸／短軸≦０．９×
ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。

【請求項６】 １個以上の線光源又は点光源と、該光源
の下面及び側面を覆い光源の上面に窓が開口され、光源
側内面が光反射面となっているランプハウスと、該窓部
を被覆する凹又は凸のレンチキュラーレンズ、とからな
る面光源であって、該レンズシートは双曲線柱単位レン
ズをその稜線方向が互いに平行になるように多数平面内
に配列してなり、該双曲線柱単位レンズは長軸方向が光
放出面の法線方向を向いており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦漸近線の傾斜≦０．９
×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。

【請求項７】 請求項１〜請求項６の面光源の光放出面
上に透過型表示素子を積層してなる事を特徴とする表示
装置。

【０００７】本発明のレンズシート４は、楕円柱レンチ
キュラーレンズ、又は双曲線柱レンチキュラーレンズで
ある。先ず、楕円柱レンチキュラーレンズを例に説明す
る。即ち、図３（Ａ）のように楕円柱状の凸単位レンズ
４２をその稜線方向を平行にして隣接して配列させてな
る柱状レンズ群（所謂レンチキュラーレンズ）であり、
レンズシート４の法線方向に楕円の長軸方向が向いてい
る。そして楕円の偏平度としては、楕円の式を、 Ｘ² ／ａ² ＋Ｙ² ／ｂ² ＝１ 式（１） 但し、ａ短軸長は、ｂは長軸長で、ａ＜ｂ とした時、
長軸／短軸＝ｂ／ａ＝は、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦ｂ／ａ≦０．９×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 −−−−−式（２） とするのが好ましい。楕円をこのように設計する理由と
しては、レンチキュラーレンズの球面収差をなくし、集
光時の損失を最小にするためである。即ち、図４
（Ａ）、図５（Ａ）のように真円柱レンチキュラーレン
ズを用いた場合、レンズの集束作用を利用して放出光を
所定の拡散角θ内に集束させようとしても、実際に焦点
Ｆに集束する光はレンズ中心付近の近軸光線ＬＮのみで
あり、その他の光線ＬＦは焦点をそれて散逸光となって
しまう（所謂球面収差）。この際焦点をずれた光線ＬＦ
は、所定の各θ内から散逸してしまい、光の損失及び不
要なノイズ光となってしまう。

【０００８】レンチキュラーレンズの球面収差を最小に
する為の幾何光学的条件は、レンチキュラーレンズの稜
線に直交する断面（主切断面）の楕円の偏平率ｅとレン
ズ材料の屈折率ｎとの間に、 ｎ＝１／ｅ 式（３） の関係が成り立てば良い。また偏平率ｅは、該楕円の長
軸の長さ２ｂと短軸の長さ２ａを使って、 ｅ² ＝（ｂ² −ａ² )/ｂ² 式（４） と書ける。よって、式（１）及び式（２）より、 長軸／短軸＝２ｂ／２ａ＝ｂ／ａ＝ｎ／（ｎ² −１）^1/2 式（５） 例えば、アクリル樹脂で屈折率＝１．５の物質を使用し
たとすると、式（５）より、 長軸／短軸＝１．３４ の時球面収差はなくなる。但し実際には、導光板裏面の
光拡散反射層２、導光板とレンズシートとの間の光拡散
層８等による光拡散、屈折等により方向がそれる光線が
一部生じる為、所定の拡散角θから逸脱する光エネルギ
ーは零とはならないが、最小には出来る。

【０００９】又式（５）から多少はずれても、その差が
少ない間は式（５）の場合にほぼ近い特性を得ることが
可能である。しかし、有る程度以上式（５）からはずれ
ると輝度の角度分布ピークが、球面収差の為に光放出面
の法線方向を中心とした平坦な山となり、且つ平坦な頂
上の両端部にサイドローブ（側面のピーク）が出来てし
まい。本発明の目的に適さなくなる。検討の結果、式
（５）の＋−２０％以内であればサイドローブを生ぜ
ず、一応単なる光等方拡散性フィルムのみの場合に比
べ、良好な光エネルギー利用効率、シャープな拡散角、
高い法線方向輝度を得ることができると判明した。但
し、実用上より好ましくは、式（５）の＋−１０％以内
の偏平率にするとよい。

【００１０】尚この単位レンズは、図３（Ａ）、（Ｃ）
の様な凸レンズでも、図３（Ｂ）、（Ｄ）の様な凹レン
ズでも良い。

【００１１】該楕円柱単位レンズの光線の挙動は、第４
図（Ｂ）、図５（Ｂ）に示した通りである。光軸に平行
に入射する光線は、球面収差を生じることなく、焦点Ｆ
に収束し、而る後所定の拡散角θで発散する。該拡散角
θは、球面収差が無視でき、導光板の平滑表面１０とレ
ンズシート４との間の全反射によって、導光板の法線か
ら大きくはずれた光線は、導光板内にフィードバックさ
れ、導光板裏面の光反射層の拡散反射とによって導光板
の法線方向近傍の光線、即ち光軸にほぼ平行な光線が主
にレンズに入射するとした場合、概略、 θ＝２ｔａ
ｎ^-1（ｐ／２ｆ） 式（６） となる。ただし、ｐは単位レンズの繰り返し周期、ｆは
焦点距離である。図４と図５の比較からわかるように焦
点にできる位置は凹レンズと凸レンズとで変わる。即
ち、図４（Ｂ）のように凸レンズの場合結像は実像とな
り焦点はレンズ外部（向こう側）にできる。又図５
（Ｂ）のように凹レンズの場合は、結像は虚像となり焦
点はレンズ内部（手前側）にできる。但しいずれの場合
に於いても、本発明の用途の場合、焦点距離はレンズ表
面（即ち面光源表面）から観察者までの距離に比べて充
分小さく取る為（通常１０ｍｍ以下）、観察者に対する
効果としては凹、凸両レンズとも大差はない。

【００１２】尚、以上の説明では専ら楕円柱型レンチキ
ュラーレンズについて述べたが、単位レンズ断面が式
（６）、 Ｘ² ／ａ² −Ｙ² ／ｂ² ＝１ 式（６） （但し、ここで、ｂ／ａは漸近線の傾きで、 ａ＜
ｂ、）で表現される双曲線柱型レンチキュラーレンズで
あっても同様な効果が期待できる。ａ、ｂの最適範囲も
楕円柱の場合と同様である。

【００１３】これらレンズシートは１枚構成で用いるこ
ともできるが、柱状レンズを用いてＸ、Ｙ２方向（上下
方向、左右方向等）の光拡散角を制御する為には図６の
ように２枚のレンズシートを、その長軸が直交するよう
に積層しても良い。この場合レンズ面の向きは図６のよ
うに２枚とも同じ向きにするのが、光反射層２から飛来
する光線のうち、比較的法線方向に近い成分の透過率の
高さと、比較的法線方向から傾いた光線の導光板へのフ
ィードバック率の高さとの均衡上最も良好であるが、勿
論各レンズシートのレンズが対抗して向き合う（レンズ
面は２枚のレンズシートの間に挾まれる）様に積層する
こともできる。又該レンズシートは図３（Ａ）、（Ｃ）
のように透光性基材を一体成形して得ても良いし、又図
３（Ｂ）、（Ｄ）のように透光性平板（又はシート）４
４の上に単位レンズ４２を形成したものでも良い。

【００１４】該レンズシート４は透光性基材から形成さ
れる。此処で透光性基材としては、ポリメタアクリル酸
メチル，ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル
又はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体，
ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレ
ート等のポリエステル，ポリカーボネート，ポリスチレ
ン、ポリメチルペンテン等熱可塑性樹脂、或いは紫外線
又は電子線で架橋した、多官能のウレタンアクリレー
ト、ポリエステルアクリレート等のアクリレート、不飽
和ポリエステル等透明な樹脂，透明な硝子等、透明なセ
ラミックス等が用いられる。

【００１５】この透光性基材は、レンズシートとして用
いる場合には、通常総厚みが２０〜１０００μｍ程度と
する。

【００１６】レンズ形状を形成する方法としては、例え
ば、公知の熱プレス法（特開昭５６−１５７３１０号公
報記載）、紫外線硬化性の熱可塑性樹脂フィルムにロー
ルエンボス版によってエンボス加工したのちに、紫外線
を照射してそのフィルムを硬化させる方法（特開昭６１
−１５６２７３号公報記載）、レンズ形状を刻設したロ
ール凹版上に紫外線又は電子線硬化性樹脂液を塗布し凹
部に充填後、樹脂液を介してロール凹版上に透明基材フ
イルムを被覆したまま紫外線又は電子線を照射し硬化さ
せた樹脂と、それに接着した基材フイルムとをロール凹
版から離型し、ロール凹版のレンズ形状を硬化樹脂層に
賦型する方法（特開平３ー２２３８８３号、米国特許第
４５７６８５０号等）等を用いる。該方法の場合、成形
したレンズシートを巻き取って加工する都合上、加工時
の龜裂発生等を防止する為、紫外線又は電子線硬化性樹
脂としては、比較的可撓性、柔軟性のあるものを選定す
る。

【００１７】透光性基材に要求される透光性は、各用途
の使用に支障のない程度に、拡散光を充分透過するよう
に選定する必要があり、無色透明が一番望ましいが、用
途によっては着色透明又は艶消半透明であってもよい。
ここで、艶消透明とは、透過光を半立体角内のあらゆる
方向にほぼ均一等方的に拡散透過させる性質をいい、光
等方拡散性と同義語に用いられる。つまり、艶消透明と
は、透明性基材の表面の法線方向とのなす角をθとした
場合に、平行光束を裏面から入射させたとき（入射角ｉ
＝０°）における透過光強度の角度分布Ｉ⁰ （θ）がｃ
ｏｓ分布 Ｉ⁰ （θ）＝Ｉ⁰ _mpｃｏｓθ、−９０°≦θ≦９０° 式（８） θは法線Ｎとのなす角、Ｉ⁰ _mpは法線方向の透過光強度
又はそれに類似する分布となることを云う。なお、Ｉⁱ
（θ）の定義については後述する。

【００１８】該レンズシートの裏面（レンズ面の反対
面）には、微小凹凸（微小突起群）を設けることが好ま
しい。此の理由は、請求項１〜請求項４のような所謂エ
ッジライト型面光源の場合と、請求項５〜請求項６のよ
うな所謂直下型面光源との場合で異なる。エッジライト
型の場合は後述するように、光放出面内の輝度分布を均
一化する為であり、一方直下型の場合は所定の光拡散角
内の輝度の角度分布の均一化が目的である（この場合
は、単なる光拡散効果）。レンズシート裏面に形成する
高さが光源光の波長以上、１００μｍ以下の微小凹凸４
１は、図１４のように一体成形レンズシート４の裏面に
熱プレスによるエンボス加工、サンドブラスト加工等で
直接形成することも出来るし、其の他図１１のようにレ
ンズシート４の平坦な裏面に突起を有する透光性材料層
を形成することによっても出来る。具体的には、炭酸カ
ルシウム、シリカ、アクリル樹脂等の透明な微粒子を透
明バインダーに分散させた塗料を塗工して、塗膜の表面
に微粒子の凹凸を現出させる方法、或いは前記の特開平
３ー２２３８８３号、米国特許第４５７６８５０号等に
開示されるロール凹版上で紫外線又は電子線硬化性樹脂
液を表面が艶消し微小凹凸となる様に成形する方法等を
用いる。

【００１９】該突起４１は、図１１のように導光板１の
平滑表面１０とレンズシート４との間に光源光の波長以
上の間隙９（寸法ΔＸ）を少なくとも部分的に形成させ
る事が目的である。後述するように間隙ΔＸが光源光の
波長未満だと、導光板１の平滑平面１０での光全反射が
充分に起きなくなり、又１００μｍ超過だと突起の凹凸
形状が目立ってきて不都合である。

【００２０】此の目的が達せられれば該突起４１はいか
なる凹凸形状でも良いが、所望の拡散角内での均一な輝
度の角度分布と光源面内での均一な輝度分布とを得る点
から、最も良好な態様は、図３（Ｃ）、（Ｄ）の様にレ
ンズシート４の裏面にランダムな凹凸形状（例えば砂目
模様、梨地模様等）を全面に形成したものである。此の
様にすると、図１１に示すようにレンズシート４の裏面
から入射した光Ｌ１、Ｌ２Ｓ等は該突起群４１が光拡散
層としても作用して光を等方的に拡散する為、別途艶消
透明シートを介在させることなく均一な角度分布がえら
れ、又網点状のパターンが目立つこともなく良好であ
る。

【００２１】勿論この他、図１０の如く艶消し透明性と
表面の波長以上、１００μｍ以下の突起群４１とを有す
る光等方拡散性シート８を、レンズシート４と導光板の
平滑平面１０との間に介在させる事も出来る。但し、こ
の場合は光が拡散する界面が複数（平滑平面１０光等方
拡散性シート８／、光等方拡散性シート８／レンズシー
ト４の裏面）になるため、法線方向近傍に向かう有効な
光エネルギーの透過率が最大になり、且つ法線方向から
大きく離れた（斜め〜光放出面の接線方向）光源として
無駄になる光エネルギーの反射率も最大となり（この反
射光は、図１１でわかるように、別の場所の光反射層２
に送られ、そこで再利用される。）光エネルギー利用効
率が最大となり、同時に全光放出面内での輝度分布も最
も均一となる。

【００２２】又、図１４の如く、微小凹凸４１は、網点
等の互いに隔たった点状パターンが平面内に分布配列し
たものを用いる事もできる。但し、この様にするとパタ
ーン４１が目立つ為、艶消し剤をレンズシート４に分散
させる等の工夫が必要となる。

【００２３】本発明の面光源は図１０、図１１の断面
図、及び図１、図２の斜視図で示される構成となってい
る。導光板１、その側端部の少なくとも１箇所に隣接し
て設置された線状又は点状光源３、導光板の裏面の光反
射層２、導光板の光反射層とは反対面に設置されたレン
ズシート４、とを最低限の構成となすものである。通常
これらに、光源光反射鏡５、全体を収納し、光放出面を
窓とした収納筺体（図示せず）、電源（図示せず）等も
付随する。

【００２４】導光板１の光反射層の反対面１０は平面で
あり、表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の十点平均粗さ
Ｒｚ等で計測される）は、光源光の波長以下に仕上げ
る。通常光源は可視光線であり、その波長は０．４〜
０．８μｍであるから、表面粗さは０．４μｍ以下とす
る。この程度の粗さに仕上げる方法としては公知の手
法、例えば鏡面板での熱プレス、鏡面性の形を用いた射
出成形、注型（キャステイング）成形、光学レンズ等で
行われている精密研磨等を用いれば良い。

【００２５】導光板１の材料としては、前記のレンズシ
ートの材料と同様の透光性材料の中から選択する。通常
は、アクリル又はポリカーボネートの樹脂が用いられ
る。導光板の厚みは、通常１〜１０ｍｍ程度のものが用
いられる。

【００２６】光源３としては、螢光燈等の線光源が全面
均一の輝度を得る上で好ましいが、白熱電球等の点光源
を用いる事も可能である。該光源３は図示した様に導光
板の側端部の外に隔離して設ける以外に、導光板１の側
端部を一部切り欠いて、一部又は全部を導光板の中に埋
設する事も可能である。高輝度と輝度の面内での均一性
向上の点から、光源３を導光板１のもう片方の側端部に
も設置する事もできる。光源光反射鏡５としては公知の
もの、例えば放物面柱、双曲線柱、楕円柱等の形状をし
た板の内面に金属蒸着をしたものが用いられる。

【００２７】エッジライト型面光源の場合、導光板の平
滑平面１０上には、前記のレンズシート４を積層する。
その際図１０、図１１のようにレンズシート４のレンズ
面を外側（平面１０の反対面）に、微小凹凸４１が内側
（平面１０側）を向くようにして載せることにより、レ
ンズシート４と導光板１の平滑面１０との間に、光源光
の波長λ以上の空隙９が少なくとも一部分はできるよう
にする。空隙部分９の面積比率Ｒ即ち、 Ｒ＝（波長λ以上の空隙のある部分の面積／導光板全表
面積）×１００％ は、要求される面内での輝度の均一性、光エネルギーの
利用効率、導光板の寸法等により決定されるが、通常
は、比率Ｒは８０％以上、より好ましくは９０％以上必
要である。

【００２８】この理由としては、実験の結果、図９の様
な、ともに表面粗さが光の波長以下の平滑な導光板表面
１０とレンズシートの表面４１とを密着させた場合、線
光源３からの入力光のうち大部分が、光源側の側端部か
ら距離ｙの所で全反射することなく放出され、ｙより遠
い所では急激に輝度が低下して暗くなることが判明し
た。そして、発光部の長さｙと導光板の光伝播方向の全
長Ｙに対する比率、（ｙ／Ｙ）×１００＝１０〜２０％
である事が判明した。よって、光源から導光板平面１０
に入射する光エネルギー量を全長さＹに均等に分配する
為には、平面１０への入射光のうち１０〜２０％だは透
過させ、残り９０〜８０％を全反射させる必要がある。
概ね、 （透過光量／全反射光量）＝（波長λ以上の空隙のある部分の面積／導光板全表 面積）＝Ｒ 式（９） で近似されることから、Ｒは８０〜９０％以上必要とな
る事が判明した。

【００２９】レンズシート４と導光板１との間に光源光
の波長以上の空隙を形成する方法としては、レンズシー
ト４を、そのレンズ面４２と突起群４１の向きを図１
０、図１１とは反転させて置くことも出来る（図示せ
ず）。但しこの場合は、一旦レンズ面４２で所望の角度
内に集束された光が、再び東邦的に発散してしまう為、
光の拡散角を最適値である法線を中心とした３０度〜６
０度内に制御することが難しい。

【００３０】光反射層２は、光を拡散反射させる性能を
持つ層であって、以下のように構成することができる。 導光板層の片面に、高隠蔽性かつ白色度の高い顔
料、例えば、二酸化チタン、アルミニウム等の粉末を分
散させた白色層を塗装などによって形成する。 サンドブライト加工，エンボス加工等によって艶消
微細凹凸を形成した導光板の凹凸模様面に、更に、アル
ミニウム，クロム，銀等のような金属をメッキ又は蒸着
等して、金属薄膜層を形成する。 隠蔽性が低く単にマット面を塗布で形成した白色層
に、金属薄膜層を形成する。 網点状の白色層に形成し、光源から遠ざかるに従っ
て面積率を増やして、光源の光量が減衰するのを補正す
るようにしてもよい。

【００３１】尚本発明の面光源１００を透過型ＬＣＤ等
の透過型表示装置のバックライト（背面光源）として使
用する場合の構成は図１、図２の通りである。即ち本発
明の面光源１００のレンズシートのレンズ面（単位レン
ズ４２のある側）の上に透過型表示装置６を積層すれ
ば、本発明の表示装置を得る。

【００３２】面光源の光の分布状態を評価するには、拡
散角が有効である。拡散角としては例えば半値角θ_H が
用いられる。これは、透過光輝度（又は強度）が光放出
面の法線からの角度θの減少関数Ｉ（θ）とした時に、
Ｉ (θ_H ) ＝Ｉ（θ）／２となる角θ_H として定義され
る。

【００３３】

【作用】請求項１、及び請求項５の楕円柱レンチキュラ
ーレンズは、前記の通り幾何光学的に球面収差を生じな
い。即ち真円柱単位レンズは図４（Ａ）、図５（Ａ）の
ように球面収差が存在し、光軸から離れた入射光線Ｌ２
は焦点には集光せず、その結果、一部の光が所定の拡散
角θの範囲から逸脱して無駄となってしまう。一方本発
明で用いる図４（Ｂ）、図５（Ｂ）の楕円柱単位レンズ
は前述のように球面収差を生じない乃至はそれが無視出
来る範囲内の形状に設計されている。その為、光軸に平
行な入射光はレンズしーと４で屈折後、１つの焦点に収
束し、その後その儘発散して行くため、放出光は所望の
拡散角θ（式（６））にほぼ近い角度で集光され、有効
利用される。凹レンズの場合は、前記の通り凸レンズに
比べて、焦点の位置がレンズの全方か後方かの差であ
る。従ってレンズシート４の焦点距離よりも充分遠方の
観察者にとっては、凸レンズと実質同様の作用をなす。

【００３４】又双曲線レンチキュラーレンズの場合も、
前記楕円柱レンチキュラーレンズの場合と同様である。

【００３５】次に、エッジライト型面光源に於ける、空
隙９について説明する。エッジライト方式面光源の作用
機構は図７のように、光源３から導光板１に入射し導光
板の平滑平面１０に直接入射する光線のうち、光源近傍
に入射するＬ１は入射角（面１０の法線とのなす角）が
小さく臨界角未満になる為、入射光量の何割かが透過光
Ｌ１Ｔとなって放出する。これによって、光源近傍の放
出光が形成される。一方、光源３から比較的離れた所に
直接入射する光線Ｌ２は入射角が大きく、臨界角以上と
なる為、外部には放出されず全反射光Ｌ２Ｒとなって更
に遠方へ送られ、導光板裏面の光拡散反射層２で拡散
（乱）反射光Ｌ２Ｓとなって四方八方に進む、これらの
何割かは臨界角未満で面１０へ入射し、その更に何割か
が放出光となる。これによって光源から離れた所での放
出光が形成される。

【００３６】此処で、導光板１の平滑平面１０の上に、
非レンズ面が平滑平面となったレンズシート４の平滑面
が面１０に接する向きで積層した状態が第８図、第９図
である。通常使用される透光性材料の屈折率は、いずれ
も大体１．５前後であり、相互の差は大きくない。よっ
て、程度の差はあれ、図９のようにレンズシート４と導
光板１とは光学的に殆ど一体の物となる。そうすると、
レンズシート４の単位レンズ４２の表面は平滑平面１０
に対して傾斜を持つので、光源近傍で導光板に入射する
光線の大部分、例えばＬ１、Ｌ２、Ｌ３は臨界角未満で
入射する為、何割かがその儘放出され、反射した光も大
部分が光源方向に戻され、遠方に伝播されない。 もち
ろん、光源から直接遠方のレンズ面に入射し、そこから
放出光となる光線、例えば図９のＬ４も存在するが、そ
の量は図７の場合より少ない。故に前述の様に、面光源
からの放出光は、光源側近傍導光板の全面積の１０〜２
０％の所に大部分集中してしまう事になる。

【００３７】一方本発明では、図１０、図１１のよう
に、レンズシート４の非レンズ面側に突起群４１を形成
し、それにより導光板の平滑平面１０とレンズシート４
との間に、少なくとも部分的に、空隙９を形成する。此
の空隙部９では、通常１．５程度の導光板１と屈折率
１．０程度の空気層（乃至は真空層）とが平面１０を界
面として隣接する為、図７の場合と同様の光全反射が起
こる。そのため光源近傍の領域では平面１０に臨界角未
満で入射し透過していく光線Ｌ１Ｔによって放出光がえ
られ、又光源から離れた領域では該空隙部９の界面で全
反射した後、裏面の光拡散反射層２で拡散反射した光線
のうち臨界角未満の成分Ｌ２Ｔによって放出光が得られ
る。

【００３８】勿論、Ｌ２Ｔの中でも、一部、微小凹凸４
１と平滑平面１０とが接触している領域に入射した光
は、全反射せず、そのまま透過し放出光となる。空隙部
の面積比Ｒが８０〜９０％以上の場合、全面保母均一な
輝度分布となることは、前述の通りである。

【００３９】又ここで、微小凹凸４１の高さ（即ち空隙
部の間隔）を、光源光の一波長以上にしたことにより、
面１０での全反射が確実なものとなる。その理由として
は、図１２のように、導光板内部から導光板の平滑平面
１０入射した光線Ｌ１が全反射して反射光Ｌ１Ｒになる
場合、厳密に言うと光の電磁場は全く空気（又は真空）
９の中に存在しない訳ではなく、一部トンネル効果によ
り界面１０を透過した電磁場Ｌ１Ｖが存在している。但
し、此の電磁場Ｌ１Ｖは指数関数的に減衰し、光の波長
程度のオーダーで振幅は０となる。よって、空隙９が光
の波長に比べて充分大きな距離続けば、光線Ｌ１は事実
上全く、空隙部９の中には入らない。

【００４０】ところが、図１３のように導光板１とほぼ
同屈折率のレンズシート４が、導光板の面１０に対し
て、光の波長λ未満の距離ΔＸ迄近づくと（ΔＸ＜
λ）、完全に減衰せずにレンズシート４に入った電磁場
Ｌ１Ｖは再び進行波Ｌ１Ｔとなる、即ち透過光Ｌ１Ｔが
生じてしまう。

【００４１】本発明に於いては、レンズシート４の裏面
に微小凹凸４が形成してある為、図１４のように導光板
１とレンズシート４との間には空隙部９を有する領域と
空隙部が無く光学的に両者が一体化している（或いは空
隙が有っても光の波長未満）領域とができる。これらの
うち、空隙部では入射光の全反射が起こり、空隙のない
部分では入射光は透過する。空隙部面積の導光板全面積
に対する比で、面１０で全反射する光量の比が決まるこ
とは前述の通りである。

【００４２】

【発明の効果】請求項１、請求項２、請求項５、請求項
６の面光源は球面収差がない為、導光板から放出された
光は殆ど所定の拡散角内に集光され、本来無駄になる面
光源の斜め〜接線方向に散逸する光エネルギーも観察に
有効な照明光として利用できる。その為、エネルギーの
利用効率も良く、高輝度であり、且つ面光源側面にノイ
ズ光を放出することもない。請求項３、請求項４の面光
源は、レンズシート４の裏面（レンズ面の反対面）の微
凹凸の為、エッジライト型面光源の導光板とレンズシー
トとの間に確実に、光源光の波長以上の空隙を形成出来
る。その為レンズシートを置いても、導光板表面での光
全反射による導光板内全体への光源光の均一な分配を妨
げることがなく光放出面内での輝度分布は均一である。

【００４３】又請求項７の表示装置は、請求項１〜請求
項６の面光源を使用している為、電力等エネギー利用効
率が高く、高輝度で、適度な視野角を持ち、且つ前面均
一な輝度の表示を得る事ができる。

【００４４】

【実施例１】 （レンズの成形工程）図１５の様な装置を用い、以下の
工程により製造した。 厚さ１００μｍの無色透明な２軸延伸ポリエチレンテ
レフタレートの基材フィルムの巻取りロール１１を用意
した。 金属円筒表面に楕円柱レンチキュラーレンズ形状の逆
型（同一形状で凹凸が逆）１５を刻設したロール状凹版
１４を用意し、これを中心軸の回りに回転させつつ、Ｔ
ダイ型ノズル２１から紫外線硬化型樹脂液１６を版面に
供給し、レンズの逆型の凹凸表面を充填被覆した。 次いで前記基材フィルム１２を巻取りロール１１から
ロール状凹版１４の回転周速度と同期する速度で巻出し
て、押圧ロール１３で基材フィルムを該ロール凹版上
に、該樹脂液を間に介して積層密着させ、その儘の状態
で水銀燈２３、２３からの紫外線を基材フィルム側から
照射し、該逆型内で樹脂液を架橋硬化させると同時に基
材フィルムと接着した。 次いで剥離ロール１８を用いて走行する基材フィルム
を、それに接着したレンズ形状１９の成形された硬化樹
脂と共に剥離し、 斯くして、楕円柱レンチキュラーレンズシート２０を
得た。ちなみに；レンズ形状 ；図３（Ａ）の通り、 ・単位レンズ形状；凸楕円柱（長軸をレンズシートの法
線方向に向ける。） ・長軸長２ｂ＝２０４μｍ ・短軸長２ａ＝１５０μｍ ・長軸長／短軸長＝２ｂ／２ａ＝１．３６ ・レンズ単位の繰り返し周期ｐ＝１３０μｍ 紫外線硬化性樹脂液； ・多官能ポリエステルアクリレートオリゴマー ・光反応開始剤 を主成分とする。

【００４５】（微小凹凸を有する艶消し層の成形工程） 金属円筒表面にサンドブラストして得た微小凹凸（突
起群）の逆型を刻設したロール状凹版を用意した。 次いで、厚さ５０μｍの無色透明な２軸延伸ポリエチ
レンテレフタレートの基材フィルムを巻取りロールから
巻戻し、レンズ成形工程と同様の装置、樹脂液、を用い
て、該レンズシートの裏面に紫外線硬化型樹脂硬化物よ
りなる艶消し透明の微小凹凸を成形した。 斯くして、本発明に仕様する光拡散層を得た。ちなみ
に、微小凹凸 ・ヘイズ値＝８８．８ ・表面光沢度（ＪＩＳ−Ｚ−８７４１）＝１１．１ ・表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の十点平均粗さ）Ｒ
ｚ＝３８．４μｍ ・表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の中心線平均粗さ）
Ｒａ＝７．３μｍ

【００４６】

【実施例２】実施例１で製造した楕円柱レンズシート
を、実施例１で製造した光拡散層を介して、導光板に重
ね、図１の１００の構成のエッジライト型面光源を得
た。導光板 ； ・材料；ポリメチルメタアクリレート重合体樹脂 ・形状；直方体。 厚み４ｍｍ ・表面；十点平均粗さが全面に於いてＲｚ＝０．１μｍ
未満の平滑性に仕上げた。 ・裏面；導光板の裏面に艶消し透明インキを円形の網点
状に印刷し、その裏面にアルミニウムをポリエチレンテ
レフタレートフィルムに真空蒸着した鏡面反射性フィル
ムをおいた。網点はシリカの微粉末をアクリル系樹脂の
バインダーに分散させたものを用いシルクスクリーン印
刷で形成した。網点の配列は、繰り返し周期５ｍｍで縦
・横方向に配列させた。網点の直径は光源に近い所では
０．１ｍｍとし、光源からの距離に比例して大きくし、
光源と反対側の端部で２ｍｍとした。光源 線光源として、白色螢光燈を導光板の一端に配置した。
導光板と反対側には金属性の反射鏡を置いた。 以上の構成の面光源の性能は以下の通り。 ・輝度の角度分布は図１６の通り。 ・半値角＝３６度 ・法線方向輝度（導光板中央部）＝２０２８ｃｄ／ｍ² ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−１５％以内。
目視でも略均一 ・サイドローブ発生無し。

【００３７】

【比較例１】実施例２に於いて、レンズシート凸楕円柱
レンチキュラーレンズに代えて、下記の三角柱プリズム
型レンチキュラーレンズを仕様した。 ・断面形状； 直角二等片三角形。９０度の頂角を面光
源の法線方向に向ける。 ・単位レンズの繰り返し周期（一辺の長さ）＝１００μ
ｍ ・材料、層構成、製法は実施例１の凸楕円柱レンチキュ
ラーレンズと同様。 以上の構成の面光源の性能は以下の通り。 ・輝度の角度分布は図１７の通り。 ・半値角＝３４度 ・法線方向輝度（導光板中央部）＝２０７４ｃｄ／ｍ² ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−１５％以内。
目視でもほぼ均 ・サイドローブ発生有り。（法線から＋−７５度方向に
ピーク） サイドローブピーク輝度／法線方向輝度＝２６％

【比較例２】実施例２に於いて、レンズシートの代わり
に実施例１で作った光拡散層を用いた。即ち、光拡散層
を２層重ねて置いた。その他は実施例２と同じとした。
以上の構成の面光源の性能は以下の通り、 ・輝度の角度分布は図１９の通り。 ・半値角＝３８度（但し、半値角の外でも急には減衰せ
ず或る程度の放出光が分布する。） ・法線方向輝度（導光板中央部）＝１４９１ｃｄ／ｍ² ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−１５％以内。
目視でも略均一 ・サイドローブ発生無し。

【比較例３】実施例２に於いて、以下の形状の凸楕円柱
レンチキュラーレンズを使用した。 ・単位レンズ形状；凸楕円柱（短軸をレンズシートの法
線方向に向ける。） ・長軸長２ｂ＝１５０μｍ ・短軸長２ａ＝２０４μｍ ・長軸長／短軸長＝２ｂ／２ａ＝０．７４ ・レンズ単位の繰り返し周期ｐ＝１７７μｍ その他は実施例２と同じとした。以上の構成の面光源の
性能は以下の通り、 ・輝度の角度分布は図１８の通り。 ・半値角＝４２度 ・法線方向輝度（導光板中央部）＝１７３８ｃｄ／ｍ² ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−５％以内。目
視でもほぼ均一 ・サイドローブ発生有り。（法線方向より、＋−７５度
離れた方向に輝度のピークあり） サイドローブピーク輝度／法線方向輝度＝３７％

【比較例４】実施例２に於いて、レンズシートの裏面に
艶消し層を介在させない物を使用した。レンズシート裏
面は、基材フィルム表面自体であり、表面の十点平均粗
さＲｚは０．１μｍ未満の平滑平面とした。その他は実
施例２と同じとした。以上の構成の面光源の性能は、光
放出面の法線方向輝度が光源側端部近傍は高輝度である
が、光源からの距離とともに急激に低下し、光源から２
ｃｍの所では目視で暗く感じる程に輝度が低下してしま
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッジライト型面光源、及びそれを用
いた透過型表示装置の実施例の斜視図。

【図２】本発明の直下型面光源、及びそれを用いた透過
型表示装置の実施例の斜視図。

【図３】本発明のレンズシートの実施例の斜視図。楕円
柱型レンチキュラーレンズの場合。（Ａ）、（Ｃ）は凸
レンズ、（Ｂ）、（Ｄ）は凹レンズの場合。

【図４】レンズシートの光線の挙動、特に球面収差を単
位レンズで説明した図。（Ａ）は凸真円柱レンズの場
合、（Ｂ）は本発明の凸楕円柱レンズの場合。

【図５】レンズシートの光線の挙動、特に球面収差を単
位レンズで説明した図。（Ａ）は凹真円柱レンズの場
合、（Ｂ）は本発明の凹楕円柱レンズの場合。

【図６】本発明のレンズシートの別の実施例の斜視図。
楕円柱型レンチキュラーレンズ２枚を、両者の軸が直行
する様に積層した場合。

【図７】従来技術のエッジライト型面光源の断面図。導
光板上にレンズシートなしの場合。

【図８】従来技術のエッジライト型面光源の斜視図。導
光板上にレンズシートを、間に空隙を置かず、密着させ
た場合。

【図９】〔図８〕の拡大断面図。レンズシートと導光板
との界面が光学的に消滅一体化している事を示す。

【図１０】本発明のエッジライト型面光源の実施例の断
面図。導光板とレンズシートとの界面に、両面が微小凹
凸を有する光拡散層を挿入し、２か所（２層）の空隙を
形成した例。

【図１１】本発明のエッジライト型面光源の別の実施例
の断面図。レンズシートの裏面に直接微小凹凸を形成し
て、空隙を１層のみ有する例。

【図１２】導光板表面の平滑平面で全反射する光線の挙
動を示す断面図。一部空気中に電磁場がトンネル効果で
滲み出ている。

【図１３】導光板からトンネル効果で滲み出した光線が
レンズシート内で再び進行波となることを示す断面図。

【図１４】本発明のレンズシートに於いて、導光板から
外部へ向かって進行する光線が一部全反射され、一部透
過することを示す断面図。

【図１５】本発明の製造方法の一例を示す断面図。〔実
施例１〕に対応する。

【図１６】本発明〔実施例２〕のエッジライト型面光源
の特性。長軸が法線方向に向いた凸楕円柱レンチキュラ
ーレンズを用いた場合の、放出光輝度の角度分布を図示
する。

【図１７】〔比較例２〕のエッジライト型面光源の特
性。三角柱レンチキュラーレンズを用いた場合の、放出
光輝度の角度分布を図示する。

【図１８】〔比較例３〕のエッジライト型面光源の特
性。短軸が法線方向に向いた凸楕円柱レンチキュラーレ
ンズを用いた場合の、放出光輝度の角度分布を図示す
る。

【図１９】〔比較例３〕のエッジライト型面光源の特
性。導光板の上に光拡散層（フィルム）を２層積層した
場合の。放出光輝度の角度分布を図示する。

【符号の説明】

１ 導光板 ２ 光反射層 ３ 光源（ユニット） ４ レンズシート ５ 反射鏡 ６ 液晶表示装置等の透過型表示装置 ７ レンズシート裏面の平滑平面 ８ 光等方拡散性シート（光拡散層） ９ 空隙 １０導光板表面の平滑平面。 １１巻取りロール １２基材フィルム １３押圧ロール １４ロール状凹版 １５レンズ形状の逆型 １６紫外線硬化型樹脂液 １７レンズ逆型内の未硬化樹脂液 １８剥離ロール １９レンズ形状（レンズ単位） ２０レンズシート ２１Ｔダイ型ノズル ２２液溜まり ２３水銀燈 ４１レンズシートの突起（群） ４２レンズ単位 ４３突起群を有する透明層 ４４透明基材層 １００面光源 ２００表示装置 Ｆ 焦点 Ｌ１光源から近傍のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 Ｌ２光源から近傍のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 Ｌ３光源から近傍のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 Ｌ４光源から遠方のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 ＬＮ近軸光線。 ＬＦ近軸から離れた光線。 Ｌ１Ｒ導光板の平滑平面１０での反射光。 Ｌ２Ｒ導光板の平滑平面１０での反射光。 Ｌ１Ｔ導光板の平滑平面１０での透過光。 Ｌ２Ｔ導光板の平滑平面１０での透過光。 Ｌ１Ｓ導光板裏面の光反射層２での拡散反射光。 Ｌ２Ｓ導光板裏面の光反射層２での拡散反射光。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 面光源、それを用いた表示装置、及び
それらに用いるレンズシート

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は面光源に関するものであ
り、液晶表示装置等の透過型表示装置のバックライト、
照明広告、交通標識等に有用なものである。本発明は又
該面光源を背面光源として用いた液晶表示装置等の透過
型表示装置も開示する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト
用の面光源として、 図７のような透光性平板を導光体としたエッジライト
方式のものが知られている。このような面光源では、透
明な平行平板からなる導光体の側端面の双方又は一方か
ら光を入射させ、透光性平板内部の全反射を利用し光を
導光板の全域に遍く伝播させ、その伝播した光の一部を
導光体裏面の光散乱反射板で臨界角未満の拡散反射光と
なし、導光板表面から拡散光を放出する。（実開昭５５
−１６２２０１）。 図６のような一方の面に三角プリズム型レンチキュラ
ーレンズの突起を有し、もう一方の面を平滑面としたレ
ンズシートを、の面光源の導光板表面上に突起面を上
にして重ね、レンズの光集束作用を利用して、その拡散
放射光を所望の角度範囲内に均一等方的に拡散させるこ
とができる（実開平４−１０７２０１）。このレンズシ
ートは艶消透明拡散板（艶消透明シート）と組合せて使
用する場合には、単に艶消透明拡散板のみを用いたもの
（米国特許第４７２９０６７号）よりも、光源の光エネ
ルギーを所望の限られた角度範囲内に重点的に分配し、
かつ、その角度範囲内では均一等方性の高い拡散光を得
ることはできた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の技術では、導光体裏面に光散乱板を設けただけの
では、放出光は導光体表面の法線方向に対して６０度の
角度をピークに比較的鋭い分布をすることになり、最も
光を必要とする法線方向の輝度が不足し、受容の少ない
斜め横方向に光エネルギーが散逸してしまう。また、従
来の技術では導光体の光放出面上の三角プリズム型レ
ンチキュラーレンズシートが放出光を屈折集束さること
により、光放出面の法線方向をピークとして３０°〜６
０°の角度内に放出される光エネルギー比率が高くなる
が、一方で図１７の様に法線方向から離れた方向（斜め
方向）にも放出光のピーク（サイドローブ）が発生する
という欠点があった。此の為、依然として観察者に寄与
しない損失光が残存する。又このサイドローブは周囲に
不要なノイズ光を輻射することにもなり不都合であっ
た。更に、放出面内での輝度分布についても予想に反し
て、導光板側端部から２〜４ｃｍ迄は高輝度であるが、
それ以上遠ざかると輝度が漸次低下し、光源と反対側の
端部では目立って暗くなると云う問題も生じることがわ
かった。

【０００４】これらの欠点を改良すべく、 特開平１−２４５２２０号のように、導光体裏面の光
散乱層を網点等のパターン状とし、且つそのパターンの
面積を光源に近づく程小さく、光源から遠ざかる程大き
くさせて導光板面内の輝度分布を補正、均一化させる試
み。 特開平３−９３０６号のように導光板の側端部の２箇
所以上に光源を配置して導光板面内の輝度分布を補正、
均一化させる試み。 がなされたが、いずれも完全に輝度を均一化することは
難しく、又では光放出面側から、光散乱層を網点が目
立ってしまう欠点があり、又では光源のスペース、消
費電力とも２倍以上となる欠点があった。

【０００５】本発明の目的は、前述の課題を解決し、液
晶表示装置のバックライト用等の用途のレンズシート及
びそのレンズシートを用いた面光源を提供する事であ
り、その際消費電力や発熱量を増大させることなく、所
望の角度範囲内のみに均一且つ高輝度発光をし、面内で
の場所による輝度のバラツキもない面発光を得ることで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、

【０００７】本発明のレンズシート４は、楕円柱レンチ
キュラーレンズ、又は双曲線柱レンチキュラーレンズで
ある。先ず、楕円柱レンチキュラーレンズを例に説明す
る。即ち、図３（Ａ）のように楕円柱状の凸単位レンズ
４２をその稜線方向を平行にして隣接して配列させてな
る柱状レンズ群（所謂レンチキュラーレンズ）であり、
レンズシート４の法線方向に楕円の長軸方向が向いてい
る。そして楕円の偏平度としては、楕円の式を、 Ｘ^２／ａ^２＋Ｙ^２／ｂ^２＝１ 式（１） 但し、ａは短軸長、ｂは長軸長で、ａ＜ｂ とした時、
長軸／短軸＝ｂ／ａ＝は、 １．１×ｎ／（ｎ^２−１） ^１／２≧ｂ／ａ≧０．９×ｎ／（ｎ^２−１）^１／２ −−−−−式（２） とするのが好ましい。楕円をこのように設計する理由と
しては、レンチキュラーレンズの球面収差をなくし、集
光時の損失を最小にするためである。即ち、図４
（Ａ）、図５（Ａ）のように真円柱レンチキュラーレン
ズを用いた場合、レンズの集束作用を利用して放出光を
所定の拡散角θ内に集束させようとしても、実際に焦点
Ｆに集束する光はレンズ中心付近の近軸光線ＬＮのみで
あり、その他の光線ＬＦは焦点をそれて散逸光となって
しまう（所謂球面収差）。この際焦点をずれた光線ＬＦ
は、所定の各θ内から散逸してしまい、光の損失及び不
要なノイズ光となってしまう。

【０００８】レンチキュラーレンズの球面収差を最小に
する為の幾何光学的条件は、レンチキュラーレンズの稜
線に直交する断面（主切断面）の楕円の偏平率ｅとレン
ズ材料の屈折率ｎとの間に、 ｎ＝１／ｅ 式（３） の関係が成り立てば良い。また偏平率ｅは、該楕円の長
軸の長さ２ｂと短軸の長さ２ａを使って、 ｅ^２＝（ｂ^２−ａ^２）／ｂ^２ 式（４） と書ける。よって、式（１）及び式（２）より、 長軸／短軸＝２ｂ／２ａ＝ｂ／ａ＝ｎ／（ｎ^２−１）^１／２ 式（５） 例えば、アクリル樹脂で屈折率＝１．５の物質を使用し
たとすると、式（５）より、 長軸／短軸＝１．３４ の時球面収差はなくなる。但し実際には、導光板裏面の
光拡散反射層２、導光板とレンズシートとの間の光拡散
層８等による光拡散、屈折等により方向がそれる光線が
一部生じる為、所定の拡散角θから逸脱する光エネルギ
ーは零とはならないが、最小には出来る。

【０００９】又式（５）から多少はずれても、その差が
少ない間は式（５）の場合にほぼ近い特性を得ることが
可能である。しかし、有る程度以上式（５）からはずれ
ると輝度の角度分布ピークが、球面収差の為に光放出面
の法線方向を中心とした平坦な山となり、且つ平坦な頂
上の両端部にサイドローブ（側面のピーク）が出来てし
まい。本発明の目的に適さなくなる。検討の結果、式
（５）の＋−２０％以内であればサイドローブを生ぜ
ず、一応単なる光等方拡散性フィルムのみの場合に比
べ、良好な光エネルギー利用効率、シャープな拡散角、
高い法線方向輝度を得ることができると判明した。但
し、実用上より好ましくは、式（５）の＋−１０％以内
の偏平率にするとよい。

【００１０】尚この単位レンズは、図３（Ａ）、（Ｃ）
の様な凸レンズでも、図３（Ｂ）、（Ｄ）の様な凹レン
ズでも良い。

【００１１】該楕円柱単位レンズの光線の挙動は、第４
図（Ｂ）、図５（Ｂ）に示した通りである。光軸に平行
に入射する光線は、球面収差を生じることなく、焦点Ｆ
に収束し、而る後所定の拡散角θで発散する。該拡散角
θは、球面収差が無視でき、導光板の平滑表面１０とレ
ンズシート４との間の全反射によって、導光板の法線か
ら大きくはずれた光線は、導光板内にフィードバックさ
れ、導光板裏面の光反射層の拡散反射とによって導光板
の法線方向近傍の光線、即ち光軸にほぼ平行な光線が主
にレンズに入射するとした場合、概略、 θ＝２ｔａ
ｎ^−１（ｐ／２ｆ） 式（６） となる。ただし、ｐは単位レンズの繰り返し周期、ｆは
焦点距離である。図４と図５の比較からわかるように焦
点にできる位置は凹レンズと凸レンズとで変わる。即
ち、図４（Ｂ）のように凸レンズの場合結像は実像とな
り焦点はレンズ外部（向こう側）にできる。又図５
（Ｂ）のように凹レンズの場合は、結像は虚像となり焦
点はレンズ内部（手前側）にできる。但しいずれの場合
に於いても、本発明の用途の場合、焦点距離はレンズ表
面（即ち面光源表面）から観察者までの距離に比べて充
分小さく取る為（通常１０ｍｍ以下）、観察者に対する
効果としては凹、凸両レンズとも大差はない。

【００１２】尚、以上の説明では専ら楕円柱型レンチキ
ュラーレンズについて述べたが、単位レンズ断面が式
（６）、 Ｘ^２／ａ^２−Ｙ^２／ｂ^２＝１ 式（６） （但し、ここで、ｂ／ａは漸近線の傾きで、 ａ＜
ｂ、）で表現される双曲線柱型レンチキュラーレンズで
あっても同様な効果が期待できる。ａ、ｂの最適範囲も
楕円柱の場合と同様である。

【００１３】これらレンズシートは１枚構成で用いるこ
ともできるが、柱状レンズを用いてＸ、Ｙ２方向（上下
方向、左右方向等）の光拡散角を制御する為には図６の
ように２枚のレンズシートを、その長軸が直交するよう
に積層しても良い。この場合レンズ面の向きは図６のよ
うに２枚とも同じ向きにするのが、光反射層２から飛来
する光線のうち、比較的法線方向に近い成分の透過率の
高さと、比較的法線方向から傾いた光線の導光板へのフ
ィードバック率の高さとの均衡上最も良好であるが、勿
論各レンズシートのレンズが対抗して向き合う（レンズ
面は２枚のレンズシートの間に挾まれる）様に積層する
こともできる。又該レンズシートは図３（Ａ）、（Ｃ）
のように透光性基材を一体成形して得ても良いし、又図
３（Ｂ）、（Ｄ）のように透光性平板（又はシート）４
４の上に単位レンズ４２を形成したものでも良い。

【００１４】該レンズシート４は透光性基材から形成さ
れる。此処で透光性基材としては、ポリメタアクリル酸
メチル，ポリアクリル酸メチル等のアクリル酸エステル
又はメタアクリル酸エステルの単独若しくは共重合体，
ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレ
ート等のポリエステル，ポリカーボネート，ポリスチレ
ン、ポリメチルペンテン等熱可塑性樹脂、或いは紫外線
又は電子線で架橋した、多官能のウレタンアクリレー
ト、ポリエステルアクリレート等のアクリレート、不飽
和ポリエステル等透明な樹脂，透明な硝子等、透明なセ
ラミックス等が用いられる。

【００１５】この透光性基材は、レンズシートとして用
いる場合には、通常総厚みが２０〜１０００μｍ程度と
する。

【００１６】レンズ形状を形成する方法としては、例え
ば、公知の熱プレス法（特開昭５６−１５７３１０号公
報記載）、紫外線硬化性の熱可塑性樹脂フィルムにロー
ルエンボス版によってエンボス加工したのちに、紫外線
を照射してそのフィルムを硬化させる方法（特開昭６１
−１５６２７３号公報記載）、レンズ形状を刻設したロ
ール凹版上に紫外線又は電子線硬化性樹脂液を塗布し凹
部に充填後、樹脂液を介してロール凹版上に透明基材フ
イルムを被覆したまま紫外線又は電子線を照射し硬化さ
せた樹脂と、それに接着した基材フイルムとをロール凹
版から離型し、ロール凹版のレンズ形状を硬化樹脂層に
賦型する方法（特開平３−２２３８８３号、米国特許第
４５７６８５０号等）等を用いる。該方法の場合、成形
したレンズシートを巻き取って加工する都合上、加工時
の亀裂発生等を防止する為、紫外線又は電子線硬化性樹
脂としては、比較的可撓性、柔軟性のあるものを選定す
る。

【００１７】透光性基材に要求される透光性は、各用途
の使用に支障のない程度に、拡散光を充分透過するよう
に選定する必要があり、無色透明が一番望ましいが、用
途によっては着色透明又は艶消半透明であってもよい。
ここで、艶消透明とは、透過光を半立体角内のあらゆる
方向にほぼ均一等方的に拡散透過させる性質をいい、光
等方拡散性と同義語に用いられる。つまり、艶消透明と
は、透明性基材の表面の法線方向とのなす角をθとした
場合に、平行光束を裏面から入射させたとき（入射角ｉ
＝０°）における透過光強度の角度分布Ｉ^ｏ（θ）がｃ
ｏｓ分布 Ｉ^ｏ（θ）＝Ｉ^ｏ _ｍｐｃｏｓθ、−９０°≦θ≦９０° 式（８） θは法線Ｎとのなす角、Ｉ^ｏ _ｍｐは法線方向の透過光強
度又はそれに類似する分布となることを云う。なお、Ｉ
^ｉ（θ）の定義については後述する。

【００１８】該レンズシートの裏面（レンズ面の反対
面）には、微小凹凸（微小突起群）を設けることが好ま
しい。此の理由は、請求項１〜請求項４のような所謂エ
ッジライト型面光源の場合と、請求項５〜請求項６のよ
うな所謂直下型面光源との場合で異なる。エッジライト
型の場合は後述するように、光放出面内の輝度分布を均
一化する為であり、一方直下型の場合は所定の光拡散角
内の輝度の角度分布の均一化が目的である（この場合
は、単なる光拡散効果）。レンズシート裏面に形成する
高さが光源光の波長以上、１００μｍ以下の微小凹凸４
１は、図１４のように一体成形レンズシート４の裏面に
熱プレスによるエンボス加工、サンドブラスト加工等で
直接形成することも出来るし、其の他図１１のようにレ
ンズシート４の平坦な裏面に突起を有する透光性材料層
を形成することによっても出来る。具体的には、炭酸カ
ルシウム、シリカ、アクリル樹脂等の透明な微粒子を透
明バインダーに分散させた塗料を塗工して、塗膜の表面
に微粒子の凹凸を現出させる方法、或いは前記の特開平
３−２２３８８３号、米国特許第４５７６８５０号等に
開示されるロール凹版上で紫外線又は電子線硬化性樹脂
液を表面が艶消し微小凹凸となる様に成形する方法等を
用いる。

【００１９】該突起４１は、図１１のように導光板１の
平滑表面１０とレンズシート４との間に光源光の波長以
上の間隙９（寸法ΔＸ）を少なくとも部分的に形成させ
る事が目的である。後述するように間隙ΔＸが光源光の
波長未満だと、導光板１の平滑平面１０での光全反射が
充分に起きなくなり、又１００μｍ超過だと突起の凹凸
形状が目立ってきて不都合である。

【００２０】此の目的が達せられれば該突起４１はいか
なる凹凸形状でも良いが、所望の拡散角内での均一な輝
度の角度分布と光源面内での均一な輝度分布とを得る点
から、最も良好な態様は、図３（Ｃ）、（Ｄ）の様にレ
ンズシート４の裏面にランダムな凹凸形状（例えば砂目
模様、梨地模様等）を全面に形成したものである。此の
様にすると、図１１に示すようにレンズシート４の裏面
から入射した光Ｌ１、Ｌ２Ｓ等は該突起群４１が光拡散
層としても作用して光を等方的に拡散する為、別途艶消
透明シートを介在させることなく均一な角度分布がえら
れ、又網点状のパターンが目立つこともなく良好であ
る。

【００２１】勿論この他、図１０の如く艶消し透明性と
表面の波長以上、１００μｍ以下の突起群４１とを有す
る光等方拡散性シート８を、レンズシート４と導光板の
平滑平面１０との間に介在させる事も出来る。但し、こ
の場合は光が拡散する界面が複数（平滑平面１０光等方
拡散性シート８／、光等方拡散性シート８／レンズシー
ト４の裏面）になるため、法線方向近傍に向かう有効な
光エネルギーの透過率が最大になり、且つ法線方向から
大きく離れた（斜め〜光放出面の接線方向）光源として
無駄になる光エネルギーの反射率も最大となり（この反
射光は、図１１でわかるように、別の場所の光反射層２
に送られ、そこで再利用される。）光エネルギー利用効
率が最大となり、同時に全光放出面内での輝度分布も最
も均一となる。

【００２２】又、図１４の如く、微小凹凸４１は、網点
等の互いに隔たった点状パターンが平面内に分布配列し
たものを用いる事もできる。但し、この様にするとパタ
ーン４１が目立つ為、艶消し剤をレンズシート４に分散
させる等の工夫が必要となる。

【００２３】本発明の面光源は図１０、図１１の断面
図、及び図１、図２の斜視図で示される構成となってい
る。導光板１、その側端部の少なくとも１箇所に隣接し
て設置された線状又は点状光源３、導光板の裏面の光反
射層２、導光板の光反射層とは反対面に設置されたレン
ズシート４、とを最低限の構成となすものである。通常
これらに、光源光反射鏡５、全体を収納し、光放出面を
窓とした収納筺体（図示せず）、電源（図示せず）等も
付随する。

【００２４】導光板１の光反射層の反対面１０は平面で
あり、表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の十点平均粗さ
Ｒ_ｚ等で計測される）は、光源光の波長以下に仕上げ
る。通常光源は可視光線であり、その波長は０．４〜
０．８μｍであるから、表面粗さは０．４μｍ以下とす
る。この程度の粗さに仕上げる方法としては公知の手
法、例えば鏡面板での熱プレス、鏡面性の形を用いた射
出成形、注型（キャステイング）成形、光学レンズ等で
行われている精密研磨等を用いれば良い。

【００２５】導光板１の材料としては、前記のレンズシ
ートの材料と同様の透光性材料の中から選択する。通常
は、アクリル又はポリカーボネートの樹脂が用いられ
る。導光板の厚みは、通常１〜１０ｍｍ程度のものが用
いられる。

【００２６】光源３としては、螢光燈等の線光源が全面
均一の輝度を得る上で好ましいが、白熱電球等の点光源
を用いる事も可能である。該光源３は図示した様に導光
板の側端部の外に隔離して設ける以外に、導光板１の側
端部を一部切り欠いて、一部又は全部を導光板の中に埋
設する事も可能である。高輝度と輝度の面内での均一性
向上の点から、光源３を導光板１のもう片方の側端部に
も設置する事もできる。光源光反射鏡５としては公知の
もの、例えば放物面柱、双曲線柱、楕円柱等の形状をし
た板の内面に金属蒸着をしたものが用いられる。

【００２７】エッジライト型面光源の場合、導光板の平
滑平面１０上には、前記のレンズシート４を積層する。
その際図１０、図１１のようにレンズシート４のレンズ
面を外側（平面１０の反対面）に、微小凹凸４１が内側
（平面１０側）を向くようにして載せることにより、レ
ンズシート４と導光板１の平滑面１０との間に、光源光
の波長λ以上の空隙９が少なくとも一部分はできるよう
にする。空隙部分９の面積比率Ｒ即ち、 Ｒ＝（波長λ以上の空隙のある部分の面積／導光板全表
面積）×１００％ は、要求される面内での輝度の均一性、光エネルギーの
利用効率、導光板の寸法等により決定されるが、通常
は、比率Ｒは８０％以上、より好ましくは９０％以上必
要である。

【００２８】この理由としては、実験の結果、図９の様
な、ともに表面粗さが光の波長以下の平滑な導光板表面
１０とレンズシートの表面４１とを密着させた場合、線
光源３からの入力光のうち大部分が、光源側の側端部か
ら距離ｙの所で全反射することなく放出され、ｙより遠
い所では急激に輝度が低下して暗くなることが判明し
た。そして、発光部の長さｙと導光板の光伝播方向の全
長Ｙに対する比率、（ｙ／Ｙ）×１００＝１０〜２０％
である事が判明した。よって、光源から導光板平面１０
に入射する光エネルギー量を全長さＹに均等に分配する
為には、平面１０への入射光のうち１０〜２０％だは透
過させ、残り９０〜８０％を全反射させる必要がある。
概ね、 （透過光量／全反射光量）＝（波長λ以上の空隙のある部分の面積／導光板全表 面積）＝Ｒ 式（９） で近似されることから、Ｒは８０〜９０％以上必要とな
る事が判明した。

【００２９】レンズシート４と導光板１との間に光源光
の波長以上の空隙を形成する方法としては、レンズシー
ト４を、そのレンズ面４２と突起群４１の向きを図１
０、図１１とは反転させて置くことも出来る（図示せ
ず）。但しこの場合は、一旦レンズ面４２で所望の角度
内に集束された光が、再び東邦的に発散してしまう為、
光の拡散角を最適値である法線を中心とした３０度〜６
０度内に制御することが難しい。

【００３０】光反射層２は、光を拡散反射させる性能を
持つ層であって、以下のように構成することができる。 導光板層の片面に、高隠蔽性かつ白色度の高い顔
料、例えば、二酸化チタン、アルミニウム等の粉末を分
散させた白色層を塗装などによって形成する。 サンドブライト加工，エンボス加工等によって艶消
微細凹凸を形成した導光板の凹凸模様面に、更に、アル
ミニウム，クロム，銀等のような金属をメッキ又は蒸着
等して、金属薄膜層を形成する。 隠蔽性が低く単にマット面を塗布で形成した白色層
に、金属薄膜層を形成する。 網点状の白色層に形成し、光源から遠ざかるに従っ
て面積率を増やして、光源の光量が減衰するのを補正す
るようにしてもよい。

【００３１】尚本発明の面光源１００を透過型ＬＣＤ等
の透過型表示装置のバックライト（背面光源）として使
用する場合の構成は図１、図２の通りである。即ち本発
明の面光源１００のレンズシートのレンズ面（単位レン
ズ４２のある側）の上に透過型表示装置６を積層すれ
ば、本発明の表示装置を得る。

【００３２】面光源の光の分布状態を評価するには、拡
散角が有効である。拡散角としては例えば半値角θ_Ｈが
用いられる。これは、透過光輝度（又は強度）が光放出
面の法線からの角度θの減少関数Ｉ（θ）とした時に、
Ｉ（θ_Ｈ）＝Ｉ（θ）／２となる角θ_Ｈとして定義され
る。

【００３３】

【作用】請求項１、及び請求項５の楕円柱レンチキュラ
ーレンズは、前記の通り幾何光学的に球面収差を生じな
い。即ち真円柱単位レンズは図４（Ａ）、図５（Ａ）の
ように球面収差が存在し、光軸から離れた入射光線Ｌ２
は焦点には集光せず、その結果、一部の光が所定の拡散
角θの範囲から逸脱して無駄となってしまう。一方本発
明で用いる図４（Ｂ）、図５（Ｂ）の楕円柱単位レンズ
は前述のように球面収差を生じない乃至はそれが無視出
来る範囲内の形状に設計されている。その為、光軸に平
行な入射光はレンズしーと４で屈折後、１つの焦点に収
束し、その後その儘発散して行くため、放出光は所望の
拡散角θ（式（６））にほぼ近い角度で集光され、有効
利用される。凹レンズの場合は、前記の通り凸レンズに
比べて、焦点の位置がレンズの全方か後方かの差であ
る。従ってレンズシート４の焦点距離よりも充分遠方の
観察者にとっては、凸レンズと実質同様の作用をなす。

【００３４】又双曲線レンチキュラーレンズの場合も、
前記楕円柱レンチキュラーレンズの場合と同様である。

【００３５】次に、エッジライト型面光源に於ける、空
隙９について説明する。エッジライト方式面光源の作用
機構は図７のように、光源３から導光板１に入射し導光
板の平滑平面１０に直接入射する光線のうち、光源近傍
に入射するＬ１は入射角（面１０の法線とのなす角）が
小さく臨界角未満になる為、入射光量の何割かが透過光
Ｌ１Ｔとなって放出する。これによって、光源近傍の放
出光が形成される。一方、光源３から比較的離れた所に
直接入射する光線Ｌ２は入射角が大きく、臨界角以上と
なる為、外部には放出されず全反射光Ｌ２Ｒとなって更
に遠方へ送られ、導光板裏面の光拡散反射層２で拡散
（乱）反射光Ｌ２Ｓとなって四方八方に進む、これらの
何割かは臨界角未満で面１０へ入射し、その更に何割か
が放出光となる。これによって光源から離れた所での放
出光が形成される。

【００３６】此処で、導光板１の平滑平面１０の上に、
非レンズ面が平滑平面となったレンズシート４の平滑面
が面１０に接する向きで積層した状態が第８図、第９図
である。通常使用される透光性材料の屈折率は、いずれ
も大体１．５前後であり、相互の差は大きくない。よっ
て、程度の差はあれ、図９のようにレンズシート４と導
光板１とは光学的に殆ど一体の物となる。そうすると、
レンズシート４の単位レンズ４２の表面は平滑平面１０
に対して傾斜を持つので、光源近傍で導光板に入射する
光線の大部分、例えばＬ１、Ｌ２、Ｌ３は臨界角未満で
入射する為、何割かがその儘放出され、反射した光も大
部分が光源方向に戻され、遠方に伝播されない。 もち
ろん、光源から直接遠方のレンズ面に入射し、そこから
放出光となる光線、例えば図９のＬ４も存在するが、そ
の量は図７の場合より少ない。故に前述の様に、面光源
からの放出光は、光源側近傍導光板の全面積の１０〜２
０％の所に大部分集中してしまう事になる。

【００３７】一方本発明では、図１０、図１１のよう
に、レンズシート４の非レンズ面側に突起群４１を形成
し、それにより導光板の平滑平面１０とレンズシート４
との間に、少なくとも部分的に、空隙９を形成する。此
の空隙部９では、通常１．５程度の導光板１と屈折率
１．０程度の空気層（乃至は真空層）とが平面１０を界
面として隣接する為、図７の場合と同様の光全反射が起
こる。そのため光源近傍の領域では平面１０に臨界角未
満で入射し透過していく光線Ｌ１Ｔによって放出光がえ
られ、又光源から離れた領域では該空隙部９の界面で全
反射した後、裏面の光拡散反射層２で拡散反射した光線
のうち臨界角未満の成分Ｌ２Ｔによって放出光が得られ
る。

【００３８】勿論、Ｌ２Ｔの中でも、一部、微小凹凸４
１と平滑平面１０とが接触している領域に入射した光
は、全反射せず、そのまま透過し放出光となる。空隙部
の面積比Ｒが８０〜９０％以上の場合、全面ほぼ均一な
輝度分布となることは、前述の通りである。

【００３９】又ここで、微小凹凸４１の高さ（即ち空隙
部の間隔）を、光源光の一波長以上にしたことにより、
面１０での全反射が確実なものとなる。その理由として
は、図１２のように、導光板内部から導光板の平滑平面
１０入射した光線Ｌ１が全反射して反射光Ｌ１Ｒになる
場合、厳密に言うと光の電磁場は全く空気（又は真空）
９の中に存在しない訳ではなく、一部トンネル効果によ
り界面１０を透過した電磁場Ｌ１Ｖが存在している。但
し、此の電磁場Ｌ１Ｖは指数関数的に減衰し、光の波長
程度のオーダーで振幅は０となる。よって、空隙９が光
の波長に比べて充分大きな距離続けば、光線Ｌ１は事実
上全く、空隙部９の中には入らない。

【００４０】ところが、図１３のように導光板１とほぼ
同屈折率のレンズシート４が、導光板の面１０に対し
て、光の波長λ未満の距離ΔＸ迄近づくと（ΔＸ＜
λ）、完全に減衰せずにレンズシート４に入った電磁場
Ｌ１Ｖは再び進行波Ｌ１Ｔとなる、即ち透過光Ｌ１Ｔが
生じてしまう。

【００４１】本発明に於いては、レンズシート４の裏面
に微小凹凸４が形成してある為、図１４のように導光板
１とレンズシート４との間には空隙部９を有する領域と
空隙部が無く光学的に両者が一体化している（或いは空
隙が有っても光の波長未満）領域とができる。これらの
うち、空隙部では入射光の全反射が起こり、空隙のない
部分では入射光は透過する。空隙部面積の導光板全面積
に対する比で、面１０で全反射する光量の比が決まるこ
とは前述の通りである。

【００４２】

【発明の効果】請求項１、請求項２、請求項５、請求項
６の面光源は球面収差がない為、導光板から放出された
光は殆ど所定の拡散角内に集光され、本来無駄になる面
光源の斜め〜接線方向に散逸する光エネルギーも観察に
有効な照明光として利用できる。その為、エネルギーの
利用効率も良く、高輝度であり、且つ面光源側面にノイ
ズ光を放出することもない。請求項３、請求項４の面光
源は、レンズシート４の裏面（レンズ面の反対面）の微
凹凸の為、エッジライト型面光源の導光板とレンズシー
トとの間に確実に、光源光の波長以上の空隙を形成出来
る。その為レンズシートを置いても、導光板表面での光
全反射による導光板内全体への光源光の均一な分配を妨
げることがなく光放出面内での輝度分布は均一である。

【００４３】又請求項７の表示装置は、請求項１〜請求
項６の面光源を使用している為、電力等エネギー利用効
率が高く、高輝度で、適度な視野角を持ち、且つ前面均
一な輝度の表示を得る事ができる。

【００４４】

【実施例１】 （レンズの成形工程）図１５の様な装置を用い、以下の
工程により製造した。 厚さ１００μｍの無色透明な２軸延伸ポリエチレンテ
レフタレートの基材フィルムの巻取りロール１１を用意
した。 金属円筒表面に楕円柱レンチキュラーレンズ形状の逆
型（同一形状で凹凸が逆）１５を刻設したロール状凹版
１４を用意し、これを中心軸の回りに回転させつつ、Ｔ
ダイ型ノズル２１から紫外線硬化型樹脂液１６を版面に
供給し、レンズの逆型の凹凸表面を充填被覆した。 次いで前記基材フィルム１２を巻取りロール１１から
ロール状凹版１４の回転周速度と同期する速度で巻出し
て、押圧ロール１３で基材フィルムを該ロール凹版上
に、該樹脂液を間に介して積層密着させ、その儘の状態
で水銀燈２３、２３からの紫外線を基材フィルム側から
照射し、該逆型内で樹脂液を架橋硬化させると同時に基
材フィルムと接着した。 次いで剥離ロール１８を用いて走行する基材フィルム
を、それに接着したレンズ形状１９の成形された硬化樹
脂と共に剥離し、 斯くして、楕円柱レンチキュラーレンズシート２０を
得た。ちなみに；レンズ形状 ；図３（Ａ）の通り、 ・単位レンズ形状；凸楕円柱（長軸をレンズシートの法
線方向に向ける。） ・長軸長２ｂ＝２０４μｍ ・短軸長２ａ＝１５０μｍ ・長軸長／短軸長＝２ｂ／２ａ＝１．３６ ・レンズ単位の繰り返し周期ｐ＝１３０μｍ 紫外線硬化性樹脂液； ・多官能ポリエステルアクリレートオリゴマー ・光反応開始剤 を主成分とする。

【００４５】（微小凹凸を有する艶消し層の成形工程） 金属円筒表面にサンドブラストして得た微小凹凸（突
起群）の逆型を刻設したロール状凹版を用意した。 次いで、厚さ５０μｍの無色透明な２軸延伸ポリエチ
レンテレフタレートの基材フィルムを巻取りロールから
巻戻し、レンズ成形工程と同様の装置、樹脂液、を用い
て、該レンズシートの裏面に紫外線硬化型樹脂硬化物よ
りなる艶消し透明の微小凹凸を成形した。 斯くして、本発明に仕様する光拡散層を得た。ちなみ
に、微小凹凸 ・ヘイズ値＝８８．８ ・表面光沢度（ＪＩＳ−Ｚ−８７４１）＝１１．１ ・表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の十点平均粗さ）Ｒ
ｚ＝３８．４μｍ ・表面粗さ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１の中心線平均粗さ）
Ｒａ＝７．３μｍ

【００４６】

【実施例２】実施例１で製造した楕円柱レンズシート
を、実施例１で製造した光拡散層を介して、導光板に重
ね、図１の１００の構成のエッジライト型面光源を得
た。導光板 ； ・材料；ポリメチルメタアクリレート重合体樹脂 ・形状；直方体。 厚み４ｍｍ ・表面；十点平均粗さが全面に於いてＲｚ＝０．１μｍ
未満の平滑性に仕上げた。 ・裏面；導光板の裏面に艶消し透明インキを円形の網点
状に印刷し、その裏面にアルミニウムをポリエチレンテ
レフタレートフィルムに真空蒸着した鏡面反射性フィル
ムをおいた。網点はシリカの微粉末をアクリル系樹脂の
バインダーに分散させたものを用いシルクスクリーン印
刷で形成した。網点の配列は、繰り返し周期５ｍｍで縦
・横方向に配列させた。網点の直径は光源に近い所では
０．１ｍｍとし、光源からの距離に比例して大きくし、
光源と反対側の端部で２ｍｍとした。光源 線光源として、白色螢光燈を導光板の一端に配置した。
導光板と反対側には金属性の反射鏡を置いた。 以上の構成の面光源の性能は以下の通り。 ・輝度の角度分布は図１６の通り。 ・半値角＝３６度 ・法線方向輝度（導光板中央部）＝２０２８ｃｄ／ｍ^２ ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−１５％以内。
目視でも略均一 ・サイドローブ発生無し。

【００４７】

【比較例１】実施例２に於いて、レンズシート凸楕円柱
レンチキュラーレンズに代えて、下記の三角柱プリズム
型レンチキュラーレンズを仕様した。 ・断面形状； 直角二等片三角形。９０度の頂角を面光
源の法線方向に向ける。 ・単位レンズの繰り返し周期（一辺の長さ）＝１００μ
ｍ ・材料、層構成、製法は実施例１の凸楕円柱レンチキュ
ラーレンズと同様。 以上の構成の面光源の性能は以下の通り。 ・輝度の角度分布は図１７の通り。 ・半値角＝３４度 ・法線方向輝度（導光板中央部）＝２０７４ｃｄ／ｍ^２ ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−１５％以内。
目視でもほぼ均 ・サイドローブ発生有り。（法線から＋−７５度方向に
ピーク） サイドローブピーク輝度／法線方向輝度＝２６％

【比較例２】実施例２に於いて、レンズシートの代わり
に実施例１で作った光拡散層を用いた。即ち、光拡散層
を２層重ねて置いた。その他は実施例２と同じとした。
以上の構成の面光源の性能は以下の通り、 ・輝度の角度分布は図１９の通り。 ・半値角＝３８度（但し、半値角の外でも急には減衰せ
ず或る程度の放出光が分布する。） ・法線方向輝度（導光板中央部）＝１４９１ｃｄ／ｍ^２ ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−１５％以内。
目視でも略均一 ・サイドローブ発生無し。

【比較例３】実施例２に於いて、以下の形状の凸楕円柱
レンチキュラーレンズを使用した。 ・単位レンズ形状；凸楕円柱（短軸をレンズシートの法
線方向に向ける。） ・長軸長２ｂ＝１５０μｍ ・短軸長２ａ＝２０４μｍ ・長軸長／短軸長＝２ｂ／２ａ＝０．７４ ・レンズ単位の繰り返し周期ｐ＝１７７μｍ その他は実施例２と同じとした。以上の構成の面光源の
性能は以下の通り、 ・輝度の角度分布は図１８の通り。 ・半値角＝４２度 ・法線方向輝度（導光板中央部）＝１７３８ｃｄ／ｍ^２ ・法線方向輝度の光放出面内の分布；＋−５％以内。目
視でもほぼ均一 ・サイドローブ発生有り。（法線方向より、＋−７５度
離れた方向に輝度のピークあり） サイドローブピーク輝度／法線方向輝度＝３７％

【比較例４】実施例２に於いて、レンズシートの裏面に
艶消し層を介在させない物を使用した。レンズシート裏
面は、基材フィルム表面自体であり、表面の十点平均粗
さＲｚは０．１μｍ未満の平滑平面とした。その他は実
施例２と同じとした。以上の構成の面光源の性能は、光
放出面の法線方向輝度が光源側端部近傍は高輝度である
が、光源からの距離とともに急激に低下し、光源から２
ｃｍの所では目視で暗く感じる程に輝度が低下してしま
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエッジライト型面光源、及びそれを用
いた透過型表示装置の実施例の斜視図。

【図２】本発明の直下型面光源、及びそれを用いた透過
型表示装置の実施例の斜視図。

【図３】本発明のレンズシートの実施例の斜視図。楕円
柱型レンチキュラーレンズの場合。（Ａ）、（Ｃ）は凸
レンズ、（Ｂ）、（Ｄ）は凹レンズの場合。

【図４】レンズシートの光線の挙動、特に球面収差を単
位レンズで説明した図。（Ａ）は凸真円柱レンズの場
合、（Ｂ）は本発明の凸楕円柱レンズの場合。

【図５】レンズシートの光線の挙動、特に球面収差を単
位レンズで説明した図。（Ａ）は凹真円柱レンズの場
合、（Ｂ）は本発明の凹楕円柱レンズの場合。

【図６】本発明のレンズシートの別の実施例の斜視図。
楕円柱型レンチキュラーレンズ２枚を、両者の軸が直行
する様に積層した場合。

【図７】従来技術のエッジライト型面光源の断面図。導
光板上にレンズシートなしの場合。

【図８】従来技術のエッジライト型面光源の斜視図。導
光板上にレンズシートを、間に空隙を置かず、密着させ
た場合。

【図９】〔図８〕の拡大断面図。レンズシートと導光板
との界面が光学的に消滅一体化している事を示す。

【図１０】本発明のエッジライト型面光源の実施例の断
面図。導光板とレンズシートとの界面に、両面が微小凹
凸を有する光拡散層を挿入し、２か所（２層）の空隙を
形成した例。

【図１１】本発明のエッジライト型面光源の別の実施例
の断面図。レンズシートの裏面に直接微小凹凸を形成し
て、空隙を１層のみ有する例。

【図１２】導光板表面の平滑平面で全反射する光線の挙
動を示す断面図。一部空気中に電磁場がトンネル効果で
滲み出ている。

【図１３】導光板からトンネル効果で滲み出した光線が
レンズシート内で再び進行波となることを示す断面図。

【図１４】本発明のレンズシートに於いて、導光板から
外部へ向かって進行する光線が一部全反射され、一部透
過することを示す断面図。

【図１５】本発明の製造方法の一例を示す断面図。〔実
施例１〕に対応する。

【図１６】本発明〔実施例２〕のエッジライト型面光源
の特性。長軸が法線方向に向いた凸楕円柱レンチキュラ
ーレンズを用いた場合の、放出光輝度の角度分布を図示
する。

【図１７】〔比較例２〕のエッジライト型面光源の特
性。三角柱レンチキュラーレンズを用いた場合の、放出
光輝度の角度分布を図示する。

【図１８】〔比較例３〕のエッジライト型面光源の特
性。短軸が法線方向に向いた凸楕円柱レンチキュラーレ
ンズを用いた場合の、放出光輝度の角度分布を図示す
る。

【図１９】〔比較例３〕のエッジライト型面光源の特
性。導光板の上に光拡散層（フィルム）を２層積層した
場合の。放出光輝度の角度分布を図示する。

【符号の説明】 １ 導光板 ２ 光反射層 光源（ユニット） ４ レンズシート ５ 反射鏡 ６ 液晶表示装置等の透過型表示装置 ７ レンズシート裏面の平滑平面 ８ 光等方拡散性シート（光拡散層） ９ 空隙 １０導光板表面の平滑平面。 １１巻取りロール １２基材フィルム １３押圧ロール １４ロール状凹版 １５レンズ形状の逆型 １６紫外線硬化型樹脂液 １７レンズ逆型内の未硬化樹脂液 １８剥離ロール １９レンズ形状（レンズ単位） ２０レンズシート ２１Ｔダイ型ノズル ２２液溜まり ２３水銀燈 ４１レンズシートの突起（群） ４２レンズ単位 ４３突起群を有する透明層 ４４透明基材層 １００面光源 ２００表示装置 Ｆ 焦点 Ｌ１光源から近傍のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 Ｌ２光源から近傍のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 Ｌ３光源から近傍のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 Ｌ４光源から遠方のレンズ面に直接入射し、透過して行
く光線。 ＬＮ近軸光線。 ＬＦ近軸から離れた光線。 Ｌ１Ｒ導光板の平滑平面１０での反射光。 Ｌ２Ｒ導光板の平滑平面１０での反射光。 Ｌ１Ｔ導光板の平滑平面１０での透過光。 Ｌ２Ｔ導光板の平滑平面１０での透過光。 Ｌ１Ｓ導光板裏面の光反射層２での拡散反射光。 Ｌ２Ｓ導光板裏面の光反射層２での拡散反射光。
─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図５】

【図４】

【図６】

【図７】

【図８】

【図１２】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性平板又は直方体状空洞からなる導
   光体と、該導光体の側端面の少なくとも一面に隣接して
   設けられた線光源又は点光源と、該導光体裏面の光反射
   層と、該導光体表面の光放出面上に積層された凹又は凸
   のレンチキュラーレンズシートとからなる面光源であっ
   て、 該レンズシートは楕円柱単位レンズをその稜線方向が互
   いに平行になるように多数平面内に配列してなり、該楕
   円柱単位レンズは長軸方向が光放出面の法線方向を向い
   ており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦長軸／短軸≦０．９×
   ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。
2. 【請求項２】 透光性平板又は直方体状空洞からなる導
   光体と、該導光体の側端面の少なくとも一面に隣接して
   設けられた線光源又は点光源と、該導光体裏面の光反射
   層と、該導光体表面の光放出面上に積層された凹又は凸
   のレンチキュラーレンズシートとからなる面光源であっ
   て、 該レンズシートは双曲線柱単位レンズをその稜線方向が
   互いに平行になるように多数平面内に配列してなり、該
   双曲線柱単位レンズは長軸方向が光放出面の法線方向を
   向いており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦漸近線の傾斜≦０．９
   ×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。
3. 【請求項３】 該導光体が表面粗さが光源光の波長以下
   の平滑表面を有する透光性平板からなり、該レンチキュ
   ラーレンズシートがレンズ面の反対面に表面粗さが光源
   光の波長以上の微小凹凸を有しており、その微小凹凸面
   を導光体の平滑表面側に向けて積層されてなり、導光体
   とレンズシートとの間に光源光の波長以上の空隙を少な
   くとも部分的には有する事を特徴とする請求項１に記載
   の面光源。
4. 【請求項４】 該導光体が表面粗さが光源光の波長以下
   の平滑表面を有する透光性平板からなり、該レンチキュ
   ラーレンズシート裏面と該導光体表面との間に光拡散層
   を挿入してなり、該光拡散層の表面及び裏面に表面粗さ
   が光源光の波長以上の微小凹凸を有しており、その結
   果、光源光の波長以上の空隙を少なくとも部分的に形成
   された界面が、導光体表面と光拡散層との界面、及び光
   拡散層とレンズシート裏面との界面の２箇所に有する事
   を特徴とする請求項１記載の面光源。
5. 【請求項５】 １個以上の線光源又は点光源と、該光源
   の下面及び側面を覆い光源の上面に窓が開口され、光源
   側内面が光反射面となっているランプハウスと、該窓部
   を被覆する凹又は凸のレンチキュラーレンズ、とからな
   る面光源であって、 該レンズシートは楕円柱単位レンズをその稜線方向が互
   いに平行になるように多数平面内に配列してなり、該楕
   円柱単位レンズは長軸方向が光放出面の法線方向を向い
   ており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦長軸／短軸≦０．９×
   ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。
6. 【請求項６】 １個以上の線光源又は点光源と、該光源
   の下面及び側面を覆い光源の上面に窓が開口され、光源
   側内面が光反射面となっているランプハウスと、該窓部
   を被覆する凹又は凸のレンチキュラーレンズ、とからな
   る面光源であって、 該レンズシートは双曲線柱単位レンズをその稜線方向が
   互いに平行になるように多数平面内に配列してなり、該
   双曲線柱単位レンズは長軸方向が光放出面の法線方向を
   向いており、 １．１×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 ≦漸近線の傾斜≦０．９
   ×ｎ／（ｎ² −１）^1/2 である事を特徴とする面光源。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６の面光源の光放出面
   上に透過型表示素子を積層してなる事を特徴とする表示
   装置。