面光源装置及び液晶表示装置
【課題】一方向に扁平な指向特性を有する面光源装置を提供する。
【解決手段】面状光源１１の光出射面側に、順次入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３を配置する。入射側プリズムシート１２は、面状光源１１の方向を向いた面に、頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長い単位プリズム１５を配列されている。出射側プリズムシート１３は、面状光源１１と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長い単位プリズム１６を配列されている。また、両プリズムシート１２、１３に垂直な方向から見て、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とのなす角度を１５°以下とする。
【解決手段】面状光源１１の光出射面側に、順次入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３を配置する。入射側プリズムシート１２は、面状光源１１の方向を向いた面に、頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長い単位プリズム１５を配列されている。出射側プリズムシート１３は、面状光源１１と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長い単位プリズム１６を配列されている。また、両プリズムシート１２、１３に垂直な方向から見て、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とのなす角度を１５°以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の行き先などを教示するカーナビゲーションシステムが普及しているが、図１に示すように、このカーナビゲーションシステムの車載モニタ１００は、車両の運転席１０１と助手席１０２との中間においてダッシュボード１０３に設置される。そして、このカーナビゲーションシステムは、昼夜を問わず車両走行中に使用され、また、助手席や後部座席からも車載モニタを見ることがある（特に、ＤＶＤ映像を表示できるもの）ので、つぎのような性能が求められる。
１．正面から見ても、運転席や助手席から見ても明るく明瞭であること。
２．夜間走行時、視界の妨げとなるフロントガラスへの映り込みがないこと。
【０００３】
一般的な車両（普通車）では、ダッシュボード１０３の中央部に設置された車載モニタ１００を運転席１０１と助手席１０２とから見る角度は、車載モニタ１００の画面に垂直な方向に対して左右にいずれも３０°程度である。なお、車載モニタ１００の画面に垂直な正面方向の領域と、この左右にそれぞれ３０°程度の領域を合わせて、以下では照射領域Ｖという。
【０００４】
また、図２に示すように、横方向から見たとき車載モニタ１００の画面に立てた垂線Ｎが運転者の目の方向を指し示すように車載モニタが設置されているとすると、画面の垂線Ｎから上方へ５０°以上傾いた光がフロントガラス１０４で反射して運転者の目に入り、運転の妨げになる。なお、この方向へ出射される光をサイドローブ光ということがある。
【０００５】
従って、このような車載モニタ１００の液晶表示装置に用いる面光源装置は、正面方向の領域と左右３０°付近の領域で明るく、かつ、上方へ５０°以上の領域へは光を出射させない特性を有するものであることが望ましい。
【０００６】
図３は面光源装置の指向特性を表す図である。この指向特性図の中心は面光源装置の光出射面に垂直な方向（Ｚ方向という。）を表し、複数の同心円はＺ方向からの傾きを表していて１０°おきに９０°までの傾き（この傾きのＺ方向からの角度をφで表す。）を表し、Ｚ方向を中心とする放射状の直線はＺ方向の回りの０°〜３６０°の角度を表している。また、Ｘ方向は設置時に横方向を向くようにして機器に組み込まれる方向を表し、Ｙ方向は設置時に縦方向（上下方向、もしくは前後に傾いた斜め上下方向）を向くようにして組み込まれる方向を表している。この指向特性図において、車載モニタ用として好ましい特性を示せば、光強度を大きくしたい観察領域は、図３において破線で囲んで示したように、中心部の領域と、Ｘ方向の左右３０°程度の領域である（以下、これらの領域を照射領域Ｖという。）。また、フロントガラスへの映り込みの原因となるために、できるだけ出射光を少なくしたい領域は、図３において１点鎖線で囲んで示したような、Ｙ方向で５０°以上の領域である（以下、この領域を不照射領域Ｗという。）。
【０００７】
本発明の発明者らは、以上のような見知から、従来の面光源装置の指向特性を検討した。
【０００８】
（第１の従来例）
図４は標準的な特性を有する面光源装置の構造を示す断面図である。この面光源装置１１０は、特許文献５の図２５（Ｂ）において特許文献１の面光源装置として紹介されているものである。面光源装置１１０は、透光性基板１１１の一方の面に光等方拡散性層１１２を形成し、さらにその上にプリズムシート１１３を積層し、他方の面に反射層１１４を形成したものである。また、透光性基板１１１の側面には、点状又は線状の発光源１１５が配置されている。プリズムシート１１３は、頂角αが９０°の三角柱状の単位プリズムを配列したものであり、単位プリズムが透光性基板１１１と反対側を向くように配置されている。
【０００９】
面光源装置１１０では、光等方拡散性層１１２で等方拡散された光がプリズムシート１１３のプリズム作用によって偏向されるので、垂直方向近傍に光エネルギーが集中し、光利用効率が高くなる、とされている。
【００１０】
そこで、本発明の発明者らは図４の面光源装置１１０の指向特性をシミュレーションにより求めた。シミュレーションでは、図５に示すように、ランバート特性を有する光源１１６をＸ方向とＹ方向に複数個ずつ並べて碁盤目状に配置し、その上に面光源装置１１０のプリズムシート１１３を、プリズム長さ方向がＸ方向と平行で、プリズム配列方向がＹ方向と平行となるように配置したモデルを用いた。なお、図５では光源１１６の数を少なく描いているが、面光源装置の出射面を精度良くモデル化するために実際には１００万個程度の光源を配置してシミュレーションを行った。図６はこのシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図７は、横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。図７では、Ｚ方向での光強度が１となるようにしており、Ｘ及びＹの正の方向では角度φを正値で、負の方向では角度φを負値で表している。
【００１１】
図６及び図７を見ると、横方向での指向特性は照射領域Ｖ全体に広がっている。しかし、左右３０°（φ＝±３０°）の方向の照射領域Ｖの光強度が、Ｚ方向（φ＝０°）の光強度に比較して約８０％まで低下しており、光強度が充分であると言えない。また、縦方向での指向特性を見ると、４５°以上の領域で光強度がかなり大きくなっている。そのため、不照射領域Ｗで光強度が大きく、車載モニタとして用いた場合には、面光源装置１１０の光がフロントガラスにかなり強く映り込むことになる。
【００１２】
以下においては、各従来例及び本発明ともにこの面光源装置１１０の指向特性を基準にして比較した。
【００１３】
（第２の従来例）
図８は特許文献２に開示された面光源装置に用いられているプリズムシート１２０を示す斜視図である。このプリズムシート１２０では、単位プリズム１２１が透光性基板と反対側を向くように配置されており、不照射領域Ｗへ出射される光強度を減少させるために、単位プリズム１２１の頂角αを９５°以上１１０°以下にしている。
【００１４】
そこで、頂角α＝９５°、１１０°のときの図８のプリズムシート１２０を用いて、第１の従来例と同様の条件でシミュレーションを行った。図９は頂角α＝９５°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図１０は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。ただし、図１０における光強度は第１の従来例のＺ方向での光強度を１としている（あるいは、プリズムシート上での光量が、第１の従来例の場合と同じ値となるように正規化している。以下同様）。
【００１５】
図９及び図１０を見ると、Ｚ方向に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）は第１の従来例の場合よりも５％減少している。また、横方向の指向特性では、左右３０°の方向での照射領域Ｖの光強度が、第１の従来例と同じく、Ｚ方向の光強度に比較して約８０％まで低下しており、光強度が充分であると言えない。さらに、縦方向の指向特性を見ると、４５°以上の領域での光強度は第１の従来例に比べると減少しているが、まだ不照射領域Ｗに多くの光が出射しており、車載モニタとして用いた場合にはフロントガラスに映り込んでしまう。
【００１６】
図１１は頂角α＝１１０°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図１２は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。
【００１７】
図１１及び図１２を見ると、横方向で指向性が広がるので、Ｚ方向に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）は第１の従来例の場合よりも２０％減少する。また、横方向の指向特性では、左右３０°の方向での照射領域Ｖの光強度が、Ｚ方向の光強度に比較して約８５％となる。縦方向の指向特性では、５０°以上の領域での光強度が大幅に減少しており、不照射領域Ｗに出射される光量がかなり良く改善されている。
【００１８】
このように第２の従来例の場合には、頂角αを９５°に近づけると、照射領域Ｖへの出射光量が少なくて画像の視認性が低下し、不照射領域Ｗへ出射される光量が多くてフロントガラスに光や画像が映り込み易く、また、頂角αを１１０°に近づけると不照射領域Ｗに出射される光量はかなり改善されるが、照射領域Ｖへ出射される光量もかなり減り、液晶表示装置の視認性がかなり低下する問題がある。
【００１９】
（第３の従来例）
図１３は特許文献３に記載された面光源装置１３０の概略図である。この面光源装置１３０では、面状光源１３１の前面にプリズムシート１３２を重ね、さらにその前面に光学シート１３３を重ねたものである。プリズムシート１３２は、頂角が９０°の単位プリズムを配列したものであって、単位プリズムを形成した面を面状光源１３１に対向させている。
【００２０】
このような面光源装置によれば、カーナビゲーションシステムの車載モニタとして運転席と助手席の中央部に設置した場合には、運転席と助手席の両方向で明るくすることができる、とされている。
【００２１】
そこで、このプリズムシート１３２を用いて、第１の従来例と同様の条件でシミュレーションを行った。ただし、図１４に示すように、プリズムシート１３２は、プリズム配列方向がＸ方向と平行で、プリズム長さ方向がＹ方向と平行となるように配置した。図１５はこのときのシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図１６は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。
【００２２】
図１５及び図１６を見ると、横方向では左右３０°の方向に位置する照射領域Ｖには光が出射されるが、Ｚ方向には光が出射されず、正面に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）はほとんどゼロとなっている。また、ＹＺ面内での指向特性を見ると、ＹＺ面内にはまったく光が出射されておらず、不照射領域Ｗに光が出射されないが、正面の照射領域Ｖにもまったく光が出射されない。
【００２３】
正面の照射領域Ｖに光を出射させるためには、プリズムシート１３２の前に拡散シートなどを置いて光を強く拡散させる必要があるが、そうすると不照射領域Ｗにも光が出射されることになり、フロントガラスへの映り込みを防げなくなる。
【００２４】
（第４の従来例）
図１７は特許文献４に記載された液晶表示装置１４０の構造を示す概略図である。この液晶表示装置１４０は、面状光源１４１の前面にルーバー付フィルム１４２を重ね、その前面に液晶パネル１４３を配置したものである。ルーバー付フィルム１４２は、微細なルーバー構造を有するものであって、例えば住友スリーエム社製の「ライトコントロールフィルム」がある。ルーバー付フィルム１４２を用いると、光の透過方向とルーバーの配列方向における光の広がりとを制限することができる。
【００２５】
図１８は、この液晶表示装置１４０から液晶パネル１４３を除いた面光源装置の指向特性（太線）と、さらにルーバー付フィルム１４２を除いた面光源装置の指向特性（細線）を示す図である。図１８から分かるように、ルーバー付フィルム１４２を用いた場合には、３５°以上の光強度がほぼゼロになっているので、不照射領域Ｗへの光の出射が無くなり、フロントガラスへの映り込みを解消することができる。
【００２６】
しかし、ルーバー付フィルム１４２の透過率が低いので、ルーバー付フィルム１４２を使用しないときと比較すると、垂直方向（Ｚ方向）の光強度が２０〜３０％低下しており、照射領域Ｖの全体がかなり暗くなる。また、ルーバー付フィルムは高価であって、プリズムシートの１０枚分以上のコストが掛かる。
【００２７】
（第５の従来例）
図１９は特許文献５の図２に記載されている一組のプリズムシート１５１、１５２である。一方のプリズムシート１５１は単位プリズムの形成された面を面状光源に向けて配置され、他方のプリズムシート１５２は面状光源と反対側で単位プリズムの形成された面を面状光源と反対側に向けて配置されており、両プリズムシート１５１、１５２のプリズム長さ方向は平行となっている。また、このプリズムシート１５１、１５２では、プリズムシート材料の全反射の臨界角をθcとするとき、単位プリズムの頂角αが、
α＜２×θc
を満たすことを特徴としており、それによって面光源装置の高輝度化を図れる、としている。そして、特許文献５には、このような構造の一組のプリズムシート１５１、１５２を用いると、サイドローブ光が発生せず、単位プリズムα＜９０°（特に、α≒６０°）としたとき、この効果が顕著になると記載されている。
【００２８】
しかし、この一組のプリズムシート１５１、１５２を用いてシミュレーションを行ったところ、図２０及び図２１のような結果が得られた。図２０は頂角α＝６０°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図２１は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。ただし、このシミュレーションでは、ランバート特性を有する光源をＸ方向とＹ方向に複数個ずつ並べて碁盤目状に配置し、その上にプリズムシート１５１、１５２を、プリズム長さ方向がＸ方向と平行で、プリズム配列方向がＹ方向と平行となるように配置した（図５参照）。
【００２９】
図２０及び図２１を見ると、Ｚ方向に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）は第１の従来例の場合よりも２０％減少している。また、横方向の指向特性では、左右３０°の方向での照射領域Ｖの光強度が、Ｚ方向の光強度に比較して約５０％に低下しており、光強度が不十分である。さらに、縦方向の指向特性を見ると、不照射領域Ｗの光強度が第１の従来例よりも増加しており、車載モニタとして用いた場合にはフロントガラスに強く映り込んでしまう。
【００３０】
【特許文献１】特開昭６３−３１８００３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４９１０号公報
【特許文献３】特開２０００−１６４０１６号公報
【特許文献４】特表平０６−５０４６２７号公報
【特許文献５】特開平６−２２２２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、一方向に扁平な指向特性を有する面光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明にかかる第１の面光源装置は、光出射面から光を出射する面状光源と、前記面状光源の光出射面側に配置した第１のプリズムシートと、前記第１のプリズムシートを介して前記面状光源と反対側に配置された第２のプリズムシートとを備えた面光源装置であって、前記第１のプリズムシートは、前記面状光源の方向を向いた面に、頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、前記第２のプリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートに垂直な方向から見て、前記第１のプリズムシートのプリズム長さ方向と前記第２のプリズムシートのプリズム長さ方向とのなす角度が１５°以下であることを特徴としている。
【００３３】
本発明の第１の面光源装置にあっては、第１のプリズムシートが面状光源の方向を向いた面に頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長いプリズムを配列されたものとなっているので、プリズム長さ方向に垂直な面内では、面光源装置の光出射面から出射された光は、第１のプリズムシートを通過する際に屈折されることにより、光出射面に垂直な方向へほとんど出射されなくなる。例えば、第１のプリズムシートのプリズム頂角が９０°の場合には、垂直方向から測って１０°以内の方向にはほとんど光が出射しなくなる。
【００３４】
よって、第２のプリズムシートには、プリズム長さ方向に垂直な面内では、第２のプリズムシートには垂直な方向からほとんど光が入射しなくなる。しかも、第２のプリズムシートは、面状光源と反対方向を向いた面に頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、垂直方向から見て、そのプリズム長さ方向が第１のプリズムシートのプリズム長さ方向と１５°以下となるように配置されているので、プリズム長さ方向に垂直な面内においては、第２のプリズムシートに垂直な方向からほとんど光が入射しなくなる結果、垂直方向からある角度以上の方向には光（サイドローブ光）が出射されなくなる。例えば、第２のプリズムシートのプリズム頂角が１１２°の場合には、垂直方向から測って４５°以上の領域にはほとんど光が出射しなくなる。また、第２のプリズムシートにある角度で傾いて入射した光は、第２のプリズムシートで屈折することにより、第２のプリズムシートから垂直方向へ向けて出射される。
【００３５】
一方、プリズム配列方向に垂直な面内では、第１及び第２のプリズムシートによってあまり光学的作用を受けないので、面状光源の指向特性の広がりと同程度の広がりで第２のプリズムシートから出射される。この結果、面光源装置から出射される光の指向特性は、プリズム長さ方向においては広く、プリズム配列方向では狭い扁平な特性となる。
【００３６】
本発明の第１の面光源装置は、上記のように光強度の高い領域が一方向（プリズム長さ方向）に長く延びており、それに直交する方向では垂直方向に対してある程度大きな角度の方向にはほとんど光が出射されないので、車載モニタに用いてプリズム長さ方向が横方向を向くように設置された場合、運転席や助手席、正面方向からは車載モニタを明瞭に見ることができ、しかも、車載モニタの画像や光がフロントガラスに映り込んで運転の妨げとなるのを防ぐことができる。
【００３７】
本発明の第１の面光源装置のある実施態様は、前記面状光源は、光出射面から出射する光が全体的に広がった指向特性を持つことを特徴としている。かかる実施形態にあっては、全体的に広がった指向特性を持つ面状光源を用いているので、面光装置から出射される光の指向特性をプリズム長さ方向に大きく広げることができる。よって、横方向における指向特性が広くなり、照射領域全体を明るくすることができる。
【００３８】
本発明の第１の面光源装置の別な実施態様は、前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートの各プリズムの屈折率が１.５５以上であることを特徴としている。プリズムに屈折率が１.５５以上の材料を用いることにより、第１及び第２のプリズムシートを透過した光の集光効果を高くすることができ、サイドローブ光を減らすことができる。
【００３９】
本発明にかかる第２の面光源装置は、光出射面から光を出射する面状光源と、前記面状光源の光出射面側に配置したプリズムシートとを備えた面光源装置であって、前記面状光源の光出射面から出射する光の指向特性は、光出射面に垂直なある平面内において、指向特性のピーク方向が前記光出射面に垂直な方向に対して１０°よりも大きな角度をなし、前記プリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下で屈折率が１.５５以上の一方向に長いプリズムを配列され、プリズム長さ方向を光出射面に垂直な前記平面に垂直な方向に向けて配置されていることを特徴としている。
【００４０】
本発明の第２の面光源装置にあっては、面状光源の光出射面に垂直なある平面では、光出射面の垂直方向から測って１０°以内の範囲にはほとんど光が出射されない。よって、プリズムシートには、プリズム長さ方向に垂直な面内では、垂直方向から測って１０°以内の範囲にはほとんど光が入射しない。そして、プリズムシートは、面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下で屈折率が１.５５以上の一方向に長いプリズムを配列されているので、プリズム長さ方向に垂直な面内においては、プリズムシートに垂直な方向からほとんど光が入射しなくなる結果、垂直方向からある角度以上の方向には光（サイドローブ光）が出射されなくなる。例えば、プリズムシートのプリズム頂角が１１２°の場合には、垂直方向から測って４５°以上の領域にはほとんど光が出射しなくなる。さらに、プリズムの屈折率が１.５５以上となっているので、プリズムシートを透過した光の集光効果を高くすることができ、サイドローブ光を減らすことができる。また、プリズムシートにある角度で傾いて入射した光は、プリズムシートで屈折することにより、プリズムシートから垂直方向へ向けて出射される。
【００４１】
一方、プリズム配列方向に垂直な面内では、プリズムシートによってあまり光学的作用を受けないので、面状光源の指向特性の広がりと同程度の広がりでプリズムシートから出射される。この結果、面光源装置から出射される光の指向特性は、プリズム長さ方向においては広く、プリズム配列方向では狭い扁平な特性となる。
【００４２】
本発明の第２の面光源装置は、上記のように光強度の高い領域が一方向（プリズム長さ方向）に長く延びており、それに直交する方向では垂直方向に対してある程度大きな角度の方向にはほとんど光が出射されないので、車載モニタに用いてプリズム長さ方向が横方向を向くように設置された場合、運転席や助手席、正面方向からは車載モニタを明瞭に見ることができ、しかも、車載モニタの画像や光がフロントガラスに映り込んで運転の妨げとなるのを防ぐことができる。
【００４３】
本発明の液晶表示装置は、本発明の第１又は第２の面光源装置に対向させて液晶パネルを配置したものである。本発明の面光源装置にあっては、一方向においては広い範囲で視認性を有し、それと直交する方向においては狭い範囲でしか視認性を有しない。従って、例えばカーナビゲーションシステムの車載モニタとして使用する場合には、視認性の広い方向を横方向に向けて設置することで、運転席や助手席、後部座席、正面などからの視認性が良好であり、かつ、フロントガラスに車載モニタの画像が映り込まず、運転の妨げになりにくい。
【００４４】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００４６】
（第１の実施形態）
図２２は本発明の第１の実施形態による面光源装置１０を示す概略斜視図である。この面光源装置１０にあっては、面状光源１１と、入射側プリズムシート１２（第１のプリズムシート）と、出射側プリズムシート１３（第２のプリズムシート）とを有している。
【００４７】
面状光源１１は、前面の光出射面１４のほぼ全体から均一に光を出射するものであれば、どのような方式、構造のものであってもよい。例えば、図２３に示すように、拡散板１７の裏面側にＬＥＤや冷陰極管などの発光源１８を配列した直下型方式の面状光源でもよく、図２４に示すように、導光板１９の側面に対向させてＬＥＤや冷陰極管等の発光源１８を配置し、導光板１９の前面に拡散板１７を重ねたエッジライト方式の面状光源でもよい。また、面状光源１１としては、光出射面から出射する光が全体的に広がった指向特性をもつもの、すなわち特定の角度方向にピークを持たない指向特性のものが好ましく、例えば光出射面上の任意の位置にある点からランバート型の指向特性を有する光を発するものが好ましい。
【００４８】
入射側プリズムシート１２は、三角柱状をした微小な単位プリズム１５を平行に配列したものであり、各単位プリズム１５の頂角βは７２°以上１００°以下となっている。出射側プリズムシート１３は、三角柱状をした微小な単位プリズム１６を平行に配列したものであり、各単位プリズム１６の頂角γは１００°以上１２５°以下となっている。この入射側プリズムシート１２及び出射側プリズムシート１３は屈折率の高い透明樹脂によって成形されているが、その屈折率は１.５５以上のものが望ましい。屈折率が１.５５以上の材料を用いることにより、プリズムシート１２、１３を透過した光の集光効果が高くなるためである。
【００４９】
また、単位プリズム１５、１６の配列ピッチ（よって、単位プリズム１５、１６の幅）は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが望ましい。この配列ピッチが１０００μｍよりも大きいと、単位プリズム１５、１６が目立ち、逆に１０μｍよりも小さいと、光が回折したり、プリズムシート１２、１３の製造が困難になるからである。つまり、単位プリズム１５、１６の配列ピッチを１０μｍ以上１０００μｍ以下にしてあれば、単位プリズム１５、１６が目立たず、回折格子の作用が表れず、しかもプリズムシート１２、１３の製造が容易になるという効果が得られる。さらに、単位プリズム１５、１６の長さ方向に垂直な断面においては、その頂部に曲率半径が１０μｍ以下のアールがついていてもよい。単位プリズム１５、１６の頂部は、光学的には２平面の交差した角となっていることが望ましいが、頂部に多少丸味をつけておく方が単位プリズム１５、１６の強度が上がり、また製造上多少のアールがつくことがあるためである。一方、単位プリズム１５、１６のアールが大きいと、プリズムシート１２、１３を透過した光の指向特性の変化が大きくなるので、アールは１０μｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３は、単位プリズム１５、１６を形成された面（以下、プリズム形成面という。）と反対側の面を互いに背中合わせにして配置されており、図２５に示すように入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とが平行となるように配置されている。入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３のプリズム形成面と反対側の面は平坦であってもよいし、単位プリズム１５、１６よりも微細な凹凸を形成していてもよい。プリズム形成面と反対側の面を平坦にしてあれば、プリズムシート１２、１３を透過する光が拡散しないので、不要な方向へ出射される光を減らすことができる。また、プリズム形成面と反対側の面に微細な凹凸を形成してあれば、プリズムシート１２、１３どうしを重ね合わせたときに光学密着するのを防ぐことができる。
【００５１】
入射側プリズムシート１２は、プリズム形成面が面状光源１１の光出射面１４に対向するように配置される。出射側プリズムシート１３は、入射側プリズムシート１２を介して面状光源１１の反対側に配置され、プリズム形成面が面状光源１１と反対側を向く。
【００５２】
これらのプリズムシート１２、１３は、紫外線硬化型樹脂を用いた２Ｐ法（Photo Polymerization 法）により、以下のようにして成形される。成形用の金型には、プリズムシート１２、１３のプリズム形成面の反転パターンが形成されており、まず、この金型の上に液状又は流動体状の紫外線硬化型樹脂を滴下する。ついで、紫外線硬化型樹脂の上にポリカーボネイト樹脂、ポリオレフィン、ＰＥＴ、アクリル樹脂等からなる透明樹脂シートを置き、上から紫外線硬化型樹脂を透明プレートで押圧し、紫外線硬化型樹脂を金型と透明樹脂シートとの間に挟み込んで押し広げる。この状態で透明プレート及び透明シートを通して紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を硬化させる。この後、成形品を金型から脱型すれば、透明樹脂シートの表面に紫外線硬化型樹脂によって単位プリズム１５、１６が成形され、プリズムシート１２、１３が得られる。なお、透明樹脂シートは、硬化した紫外線硬化型樹脂と屈折率が等しいものが望ましい。
【００５３】
このように金型のパターンを転写してプリズムシート１２、１３を成形することにより、微細な単位プリズム１５、１６を精度良く成形することができ、またプリズムシート１２、１３を安価に量産することができる。さらに、紫外線硬化型樹脂は硬度が高いので、強度の高いプリズムシート１２、１３を作製することができる。
【００５４】
この面光源装置１０は、車載モニタなどに組み込む場合には、図２５に示すように、プリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向が横方向（Ｘ方向）を向き、プリズム配列方向が縦方向（Ｙ方向）を向くようにして使用されるようにして組み込まれる。ここで、横方向とは、従来例に関して述べたように、水平方向であり、縦方向とは、上下方向もしくは前後に傾いた斜め上下方向である。
【００５５】
〔作用効果〕
つぎに、この面光源装置１０の設計方針について述べた後、その作用効果を説明する。入射側プリズムシート１２の働きを大まかにいうと、図２６に実線で囲んで示したＺ方向の領域へ向けて光を出射させないことである。また、出射側プリズムシート１３の働きは、入射側プリズムシート１２から入射した光が図２７に実線で囲んで示した不照射領域Ｗへ向けて出射されないことである。言い換えると、入射側プリズムシート１２を通過した光がＺ方向に出射されないような指向特性が入射側プリズムシート１２に付与され、さらに入射側プリズムシート１２からＺ方向と平行に光が入射したとしたら、その光が不照射領域Ｗへ向けて出射されるような指向特性が出射側プリズムシート１３に付与される。なお、面光源装置１０の指向特性は、ＹＺ面及びＺＸ面に関して対称であるので、以下においては傾きφが正の側についてのみ説明するが、特に言及しない限り、負の側についても正の側と対称に当てはまる。
【００５６】
入射側プリズムシート１２は、単位プリズム１５が光入射方向を向いており、図２８に示すように、入射側プリズムシート１２に垂直に入射した光は単位プリズム１５で屈折することによってＺＹ面内で垂直方向から傾いた方向へ出射される。例えば、単位プリズム１５の頂角βを９０°、屈折率を１.５９とすれば、図２８に示すように、入射側プリズムシート１２に垂直に入射した光は縦方向（Ｙ方向）へφ１＝３０°だけ傾いた方向へ出射され、垂直方向（Ｚ方向）へは出射されない（実際にはランバート光が入射するので、後述の図３３によれば、垂直方向だけでなく、−１０°〜＋１０°の範囲に光が出射されない。）。なお、単位プリズム１５の頂角βが９０°の場合には、第３の従来例のプリズムシート１３２をＺ方向の回りに９０°だけ回転させたことに等しいので、入射側プリズムシート１２にランバート光が入射したときの指向特性図も図１５の指向特性図を９０°回転させたようになり、Ｚ方向には光が出射されず、Ｙ方向に分かれて光が出射されることが理解される。
【００５７】
また、出射側プリズムシート１３は、単位プリズム１６が光出射方向を向いており、図２９に破線矢印で示すように、仮に出射側プリズムシート１３に垂直に光が入射したとすると、この光は単位プリズム１６で屈折することによってＺＹ面内で垂直方向から傾いた方向へ出射される。入射側プリズムシート１２を通過した光は、垂直方向へほとんど出射されないのであるから、垂直に入射した光の出射方向が不照射領域Ｗを向くようにすれば、不照射領域Ｗが明るく光るのを防ぐことができる。例えば、単位プリズム１６の頂角γを１１２°、屈折率を１.５９とした場合には、図２９に破線矢印で示すように、出射側プリズムシート１３に垂直に入射した光は、縦方向（Ｙ方向）への傾きφ２が約３０°の領域へ出射される。また、出射側プリズムシート１３に−８°〜＋８°の範囲の入射角で光が入射すると、屈折によって角度φが−５６°〜−１６°及び１６°〜５６°の方向へ光が出射する。よって、入射側プリズムシート１２を通過した光が垂直方向へほとんど出射されないのであれば、出射側プリズムシート１３を通過した光はＺ方向からの傾きが３０°程度の領域にはほとんど出射されない。また、入射側プリズムシート１２から８°以下の範囲へ出射されないのであれば、出射側プリズムシート１３を通過した光はＺ方向からの傾きが１６°〜５６°の領域にほとんど出射されず、暗くなる。しかも、Ｚ方向に対して約６０°以上傾いた方向では、図２９に２点鎖線の矢印で示すように、単位プリズム１６の斜面で全反射した光は、他方の斜面でも全反射されるので、この方向には光が出射されない。この結果、サイドローブ光はわずかな光量となり、不照射領域Ｗが明るくなるのを防ぐことができる。
【００５８】
一方、図２９に細実線矢印で示すように、この出射側プリズムシート１３に２２°程度の入射角で入射した光は、出射側プリズムシート１３からほぼ垂直な方向へ出射される。よって、入射側プリズムシート１２を通過した光は垂直方向及びＺＸ面内には出射されていなかったが、出射側プリズムシート１３を通過することによって垂直方向及びＺＸ面内付近の照射領域Ｖに光が出射されるようになる。
【００５９】
図３０は上記のような入射側プリズムシート１２の働きと出射側プリズムシート１３の働きをまとめて表した図である。縦方向（ＹＺ面内）で見ると、面状光源１１から出射されたランバート光は、入射側プリズムシート１２を通過することによって垂直方向で暗く、かつ斜め方向で明るい指向特性の光に変換され、さらにこの光が出射側プリズムシート１３を通過すると、垂直方向でのみ明るい指向特性の光に変換される。また、横方向（ＺＸ面内）で見た場合には、面状光源１１から出射されたランバート光は、入射側プリズムシート１２や出射側プリズムシート１３を通過することによって指向特性が影響を受けないから、プリズムシート１２、１３を通過しても横に広がっている。特に、面状光源１１として全体的に指向特性が広がったタイプのものを用いていれば、プリズム長さ方向における出射光の指向特性を広くし、横方向で広い範囲に光を広げることができる。
【００６０】
この結果、面光源装置１０では、両プリズムシート１２、１３の相乗効果により、横方向に長く広がった照射領域Ｖでは明るく、不照射領域Ｗでは暗い指向特性の光を出射させることができる。
【００６１】
図３１は、第１の従来例と同じシミュレーション条件により、一対のプリズムシート１２、１３を透過した光の指向特性を求めた結果を示す指向特性図である。また、図３２は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。ただし、単位プリズム１５の頂角β＝９０°、屈折率１.５９とし、単位プリズム１６の頂角γ＝１１２°、屈折率１.５９とした。図３２に表されているように、第１の実施形態の面光源装置１０によれば、縦方向（ＹＺ面内）では傾きφが４４°以上と−４４°以下で光強度がほぼゼロとなっており、図３１に表れているように不照射領域Ｗが暗くなる。よって、例えば車載モニタなどに使用した場合でも、不照射領域Ｗへ出射された光がフロントガラスに映って運転の妨げになることがなくなる。また、縦方向では−４４°〜４４°の狭い領域に光が集まっており、さらに、０°方向（Ｚ方向）では第１の従来例よりも光強度が１０％大きくなっており、照射領域Ｖでの明るさが向上する。また、横方向における指向性は広く、−３０°〜３０°の範囲において０°方向とほぼ同じ明るさを保っているので、照射領域Ｖを均一に明るくすることができる。
【００６２】
つぎに、単位プリズム１５の頂角βと単位プリズム１６の頂角γの範囲を説明する。出射側プリズムシート１３を通過した光のうち約６０°以上の方向に出射される光は、図２９に２点鎖線で表したようにほとんど無くなる。しかし、これではまだ縦方向における指向性が広く、不照射領域Ｗが明るくなるので、出射側プリズムシート１３を通過した光が垂直方向から図って約１０°から約６０°の方向にできるだけ光が飛ばないようにしたい。シミュレーション又は計算によれば、出射側プリズムシート１３を出射後に約１０°から約６０°方向に飛ぶ光は、出射側プリズムシート１３に１０°以下の入射角で入射した光が多くを占めている。したがって、目的とする特性を得るためには、入射角が約１０°以下の光が出射側プリズムシート１３に入射しないようにすればよい。そのためには、図２９に破線で示した光のように、入射側プリズムシート１２から約１０°以下の方向に光を出射させなければよい。
【００６３】
図３３は、入射側プリズムシート１２に設けられている単位プリズム１５（屈折率１.５９）の頂角βと、入射側プリズムシート１２にランバート光を入射させたときにＹＺ面内で±１０°以内（−１０°〜＋１０°）の領域に出射される光量の割合との関係を計算した結果を表している。図３３によれば、頂角βが約９０°のときに±１０°以内に出射される光量の割合はほぼゼロとなるが、実用上、この割合が０.０２（２％）以下であれば許容できる。よって、図３３によれば、単位プリズム１５の頂角βは、７２°以上１００°以下であればよい。頂角βが７２°よりも小さかったり、１００°よりも大きいと、出射側プリズムシート１３で光を制御しても不照射領域Ｗへ出射される光量が大きくなり、フロントガラスへの映り込みが問題となる。さらに、±１０°以内に出射される光量の割合が０.０１（１％）以下であれば、より望ましい特性が得られるので、単位プリズム１５の頂角βを８７°以上９５°以下にすることが好ましい。
【００６４】
図３４は、出射側プリズムシート１３に設けられている単位プリズム１６（屈折率１.５９）の頂角γと、出射側プリズムシート１３にランバート光を入射させたときのサイドローブ強度との関係を計算した結果を表している。ここで、サイドローブ強度とは、ＹＺ面内においてφ＞６０°の範囲における出射光の光強度のうちで最大の値である。頂角γが１１２°のときにサイドローブ強度がもっとも小さくなる。サイドローブ強度は０.１(a.u.)以下が望ましい（Ｚ方向での光強度は、図３２に示すように、１(a.u.)より大きくできる。）ので、図３４によれば、頂角γは１００°以上１２５°以下であればよい。より好ましくは、サイドローブ強度を０.０５(a.u.)にすればよいので、頂角γを１０７°以上１２０°以下にすればよい。なお、頂角γが大きくなると照射領域Ｖの輝度が低下するので、照射領域Ｖの輝度があまり低下せず、もっともサイドローブ強度が低くなる頂角γの値としては、約１１２°がもっとも好ましい。
【００６５】
こうして第１の実施形態による面光源装置１０によれば、サイドローブ光を大幅に低減することができて不照射領域Ｗを暗くすることができ、また縦方向での指向特性は、垂直方向に集光された狭い指向特性となり、照射領域Ｖの輝度を低下させない。また、プリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向に平行な横方向では集光されず、広い指向特性を保つことができるので、照射領域Ｖを広い範囲で明るくできる。したがって、この面光源装置１０をカーナビゲーションシステムの車載モニタに組み込んで、運転席と助手席の中央に車載モニタを設置すれば、運転席、助手席及び正面から明るい画像を鑑賞することができると同時に、フロントガラスへの映り込みを防ぐことができる。しかも、２枚のプリズムシート１２、１３で構成されているので、ルーバー付フィルムを用いる場合に比べてコストを安価にすることができる。
【００６６】
〔第５の従来例との対比〕
面光源装置１０と第５の従来例において用いられているプリズムシート１５１、１５２（図１９）とは一見類似しているので、その相違を簡単に述べる。第５の従来例では、プリズムの頂角αを、α＜２×θc（θc：材料の臨界角）としている。この頂角αの上限値は屈折率により変わるが、プリズム材料が一般的によく使われるアクリルやポリカーボネートであるとすると、
アクリルの場合：屈折率が１.４９であるので、
α＜８４.３
ポリカーボネートの場合：屈折率が１.５９のであるので、
α＜７７.９
となる。よって、プリズムの頂角αとしては、いずれのプリズムシート１５１、１５２もにしても９０度よりも小さい角度となる。また、第５の従来例では、プリズムシート１５１の頂角とプリズムシート１５２の頂角とは等しい角度である。このような制約があるため、第５の従来例では、本願発明のような作用効果を奏することができず、図２０に示したように不照射領域Ｗにおける光強度がかなり大きくなっている。
【００６７】
〔第１の実施形態におけるプリズムシートどうしの傾き〕
面光源装置１０は、上記のように入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とを平行としてあれば、横方向における出射光の広がりを最も大きくできるので、図２５のように両プリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向を平行にしておくのが望ましい。
【００６８】
しかし、図３５（ａ）又は（ｂ）に示すように、一方のプリズムシート１２又は１３を両プリズムシート１２、１３に垂直な軸の回りに回転させて入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とを互いに傾けることにより、液晶表示装置に用いたときにモアレ縞を抑制するのに効果がある。一方で、両プリズムシート１２、１３に垂直な方向から見たときのプリズム長さ方向どうしのなす角度が１５°よりも大きくなると、面光源装置１０の指向特性が横方向で左右対称にならなかったり、縦方向で上下対称にならなかったりするうえに、見る角度によって光強度が大きくなったり小さくなったりして変動が激しくなり、面光源装置の品質が低下する。従って、モアレ防止などの目的でプリズムシート１２、１３どうしを傾ける場合には、プリズム長さ方向どうしのなす角度が１５°以下となるようにするのが望ましい。
【００６９】
また、プリズム長さ方向が互いに平行でないプリズムシート１２、１３どうしを用いる場合には、いずれか一方のプリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにするのが好ましい。あるいは、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が、Ｘ方向を挟んで反対向きに傾くようにしてもよい。
【００７０】
つぎに、プリズム長さ方向のなす角度を１５°以下とした根拠を説明する。図３６は入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が１０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。また、図３７は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。この場合には、図３７に示すように縦方向では４５°以上の方向には光が出射されず、図３６のように不照射領域Ｗが暗く、照射領域Ｖ領域が明るくなっている。また、図３７によれば、角度φによる光強度の変動も比較的小さくなっている。
【００７１】
また、図３８は入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が１５°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。また、図３９は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。この場合にも、図３９に示すように縦方向では４５°以上の方向には光が出射されず、図３８のように不照射領域Ｗが暗く、照射領域Ｖ領域が明るくなっている。また、図３９によれば、角度φによる光強度の変動が多少大きくなっているが、平均的に見れば光強度の変動は比較的小さい。
【００７２】
また、図４０は入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が２０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。また、図４１は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。この場合にも、図４１に示すように縦方向では４５°以上の方向には光が出射されず、図４０のように不照射領域Ｗが暗く、照射領域Ｖ領域が明るくなっている。しかし、図４１によれば、角度φによる光強度の変動がかなり大きくなっており、面光源装置１０に輝度ムラが生じる。
【００７３】
よって、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向がなす角度は、１５°以下とすることが望ましい。
【００７４】
（第２の実施形態）
図４２は本発明の第２の実施形態による面光源装置２０を示す概略断面図である。この実施形態にあっては、入射側プリズムシート１２と面状光源１１との間に拡散シート２１を設けている。この場合、拡散シート２１の拡散機能によって横方向（Ｘ方向）に指向特性を広げることができる。
【００７５】
また、この拡散シート２１は、図４３に示すように、入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３との間に設けてもよい。この場合には、指向特性を横方向で広げることができる他、入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３との間で生じる光学的密着やモアレ縞を防止することができる。なお、この場合、拡散シート２１としては、第１の実施形態で述べたようなプリズムシート１２、１３による指向特性の特徴を損ねない程度に弱い拡散機能を有するものを用いるとよい。
【００７６】
また、拡散シート２１は、図４４に示すように、出射側プリズムシート１３の面状光源１１から遠い側に配置してもよい。この場合には、指向特性を横方向で広げることができる他、出射側プリズムシート１３と液晶パネルとの間で生じるモアレ縞を防止することができる。この場合にも図４３に示すものと同様、拡散シート２１としては弱い拡散機能を有するものを用いるとよい。
【００７７】
なお、拡散シート２１としては、偏光機能と拡散機能とを有するもの、例えば住友スリーエム社製の「ＤＢＥＦ−Ｄ」を用いてもよい。
【００７８】
（第３の実施形態）
図４５は本発明の第３の実施形態による面光源装置３０を示す概略斜視図である。この面光源装置３０は、面状光源３１とプリズムシート３２によって構成されている。プリズムシート３２は、一方の面に頂角が１００°〜１２５°の微細な単位プリズム３３を配列したものである。また。単位プリズム３３の屈折率は１.５５以上である。特に、プリズムシート３２は、第１の実施形態で説明した出射側プリズムシート１３と同じものが望ましい。面状光源３１は、垂直方向（Ｚ方向）と表面に平行なある方向（Ｙ方向）を含むＹＺ面内においては、指向特性のピークが垂直方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲外にあり（好ましくは、−１０°〜＋１０°の範囲に光を出射しないもの）、ＹＺ面に垂直なＸ方向では広い指向特性を持つ光を出射させるものである。プリズムシート３２は、プリズム形成面が面状光源３１と反対側を向くように配置されており、かつ、プリズム長さ方向がＸ方向を向けられている。
【００７９】
図４６は面状光源３１の構造の一例を示す斜視図である。面状光源３１は、面状光源３４と、プリズムシート３５よりなる。面状光源３４は、前面の光出射面のほぼ全体から均一に光を出射するものであればよく、例えば第１の実施形態における面状光源１１と同じ構造を有するものでよい。プリズムシート３５は、一方の面に頂角が７２°〜１００°の微細な単位プリズム３６を配列したものであって、プリズム形成面が面状光源３１と対向するように配置されており、かつ、プリズム長さ方向がＸ方向を向いている。また、単位プリズム３６の屈折率は１.５５以上である。プリズムシート３５としては、第１の実施形態における入射側プリズムシート１２と同じものを使用することができる。
【００８０】
第３の実施形態による面光源装置３０は、１枚のプリズムシート３２と面状光源３１よりなるものであるが、その構造から分かるように、第１の実施形態による面光源装置１０と同じ作用効果を奏する。
【００８１】
もちろん、指向特性のピークが垂直方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲外にある面状光源３１は、面状光源１１及び入射側プリズムシート１２と異なる形態のものであってもよい。図４７は異なる面状光源３１の構造を示す概略断面図である。この面状光源３１は、比較的屈折率の高い透明樹脂からなる導光板３７の裏面に光を拡散させるための半球状、三角柱状、ピラミッド状などの微細な凹部４０を形成し、導光板３７の端面に対向させて発光源３８を配置している。発光源３８は、ＬＥＤ等の点光源を複数個並べたものでもよく、冷陰極管のような線状光源でもよい。また、導光板３７の裏面に対向させて反射シート４１を設け、導光板３７の光出射面３９に対向させて拡散シート４２を配置している。反射シート４１は、拡散反射シートであってもよく、鏡面反射シートであってもよい。この拡散反射シートとしては、白色ＰＥＴからなるものなどを用いることができ、鏡面反射シートとしては、Ａｇ反射シートや住友スリーエム社製の「ＥＳＲ」などを用いることができる。拡散シート４２はなくてもよいが、使用する場合には、輝度が低下しすぎないようにヘイズ値が９０％以下のものが好ましい。このような面状光源３１では、凹部４０の形状や配置などを制御することにより出射光の方向を制御することができる。
【００８２】
面状光源３１は、図４８に示すように、図４７に示した凹部４０に代えて半円状、三角柱状、ピラミッド状などの微細な凸部４３であってもよい。
【００８３】
また、図４９の面状光源３１のように、導光板３７としては、発光源３８から遠い側で次第に薄くなったくさび状の導光板を用いてもよい。この場合には、導光板３７の裏面に凹部４０や凸部４３はなくてもよい。くさび状の導光板３７から出射される光は、図４９に示す断面においては指向性が狭く、図４９の断面と光出射面とに垂直な面内では指向特性が広いので、拡散シート４２によって指向特性を広げることにより（あるいは、プリズムシートを用いて指向特性のピーク方向を垂直方向に曲げてもよい。）、所望の指向特性を得ることができる。
【００８４】
（第４の実施形態）
図５０は本発明の第４の実施形態を示す斜視図であって、本発明のかかる面光源装置を用いた液晶表示装置を表している。この液晶表示装置５０は、本発明にかかる面光源装置、例えば第１の実施形態による面光源装置１０の前面に液晶パネル５１を配置している。このような液晶表示装置では、横方向（Ｘ方向）では広い範囲で画像を鑑賞することができるが、縦方向（Ｙ方向）では比較的狭い範囲でしか画像を鑑賞することができない。よって、カーナビゲーションシステムの車載モニタとして用いた場合には、運転席や助手席、後部座席などから画像を明瞭に鑑賞することができる一方、画像がフロントガラスに映り込みにくいので、運転の妨げになりにくい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、車載モニタを設置した車両の内部を示す概略図である。
【図２】図２は、車載モニタの光がフロントガラスで反射して運転者の目に入る様子を説明する図である。
【図３】図３は、面光源装置の好ましい指向特性を説明する図である。
【図４】図４は、第１の従来例による面光源装置の構造を示す断面図である。
【図５】図５は、面光源装置の指向特性をシミュレーションにより求める際のモデルを説明する図である。
【図６】図６は、第１の従来例の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】図７は、第１の従来例での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図８】図８は、第２の従来例によるプリズムシートを示す斜視図である。
【図９】図９は、第２の従来例において単位プリズムの頂角を９５°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。
【図１０】図１０は、図９のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の従来例において単位プリズムの頂角を１１０°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。
【図１２】図１２は、図１１のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図１３】図１３は、第３の従来例における面光源装置の概略断面図である。
【図１４】図１４は、面光源装置の指向特性をシミュレーションにより求める際の別なモデルを説明する図である。
【図１５】図１５は、第３の従来例の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１６】図１６は、第３の従来例での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図１７】図１７は、第４の従来例による液晶表示装置の構造を示す概略図である。
【図１８】図１８は、第４の従来例による液晶表示装置から液晶パネルを除いた面光源装置の指向特性と、さらにルーバー付フィルムも除いた面光源装置の指向特性を示す図である。
【図１９】図１９は、第５の従来例による一組のプリズムシーを示す斜視図である。
【図２０】図２０は、第５の従来例の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図２１】図２１は、第５の従来例での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第１の実施形態による面光源装置を示す概略斜視図である。
【図２３】図２３は、第１の実施形態による面光源装置に用いられている面状光源の概略図である。
【図２４】図２４は、第１の実施形態による面光源装置に用いられている別な面状光源の概略図である。
【図２５】図２５は、第１の実施形態における入射側プリズムシートと出射側プリズムシートの配置を説明する図である。
【図２６】図２６は、入射側プリズムシートの働きを説明するための図である。
【図２７】図２７は、出射側プリズムシートの働きを説明するための図である。
【図２８】図２８は、入射側プリズムシートの働きを説明する概略図である。
【図２９】図２９は、出射側プリズムシートの働きを説明する概略図である。
【図３０】図３０は、第１の実施形態による面光源装置における光の軌跡と指向特性の変化を説明する図である。
【図３１】図３１は、第１の実施形態による面光源装置の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３２】図３２は、第１の実施形態による面光源装置での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図３３】図３３は、入射側プリズムシートに設けられている単位プリズムの頂角βと、入射側プリズムシートにランバート光を入射させたときにＹＺ面内で±１０°以内の領域に出射される光量の割合との関係を計算した結果を表した図である。
【図３４】図３４は、出射側プリズムシートに設けられている単位プリズムの頂角γと、出射側プリズムシートにランバート光を入射させたときのサイドローブ強度との関係を計算した結果を表した図である。
【図３５】図３５（ａ）、（ｂ）は、一方のプリズムシートを両プリズムシートに垂直な軸の回りに回転させて入射側プリズムシートと出射側プリズムシートのプリズム長さ方向を交差させた例を示す図である。
【図３６】図３６は、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向と出射側プリズムシートのプリズム長さ方向が１０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。
【図３７】図３７は、図３６のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図３８】図３８は、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向と出射側プリズムシートのプリズム長さ方向が１５°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。
【図３９】図３９は、図３８のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図４０】図４０は、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向と出射側プリズムシートのプリズム長さ方向が２０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。
【図４１】図４１は、図４０のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図４２】図４２は、本発明の第２の実施形態による面光源装置を示す概略断面図である。
【図４３】図４３は、第２の実施形態による面光源装置において、異なる位置に拡散シートを配置した例を示す概略断面図である。
【図４４】図４４は、第２の実施形態による面光源装置において、さらに異なる位置に拡散シートを配置した例を示す概略断面図である。
【図４５】図４５は、本発明の第３の実施形態による面光源装置を示す概略斜視図である。
【図４６】図４６は、第３の実施形態による面光源装置に用いられる面状光源の構造の一例を示す斜視図である。
【図４７】図４７は、第３の実施形態における面状光源の異なる構造を示す概略断面図である。
【図４８】図４８は、第３の実施形態における面状光源のさらに異なる構造を示す概略断面図である。
【図４９】図４９は、第３の実施形態における面状光源のさらに異なる構造を示す概略断面図である。
【図５０】図５０は、本発明の第４の実施形態による液晶表示装置の構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、２０、３０ 面光源装置
１１、３１ 面状光源
１２ 入射側プリズムシート
１３ 出射側プリズムシート
１４、３９ 光出射面
１５、１６、３３、３６ 単位プリズム
１７ 拡散板
１８、３８ 発光源
１９、３７ 導光板
２１ 拡散シート
３２、３５ プリズムシート
３４ 面状光源
４０ 凹部
４１ 反射シート
４２ 拡散シート
４３ 凸部
５０ 液晶表示装置
５１ 液晶パネル
Ｖ 照射領域
Ｗ 不照射領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の行き先などを教示するカーナビゲーションシステムが普及しているが、図１に示すように、このカーナビゲーションシステムの車載モニタ１００は、車両の運転席１０１と助手席１０２との中間においてダッシュボード１０３に設置される。そして、このカーナビゲーションシステムは、昼夜を問わず車両走行中に使用され、また、助手席や後部座席からも車載モニタを見ることがある（特に、ＤＶＤ映像を表示できるもの）ので、つぎのような性能が求められる。
１．正面から見ても、運転席や助手席から見ても明るく明瞭であること。
２．夜間走行時、視界の妨げとなるフロントガラスへの映り込みがないこと。
【０００３】
一般的な車両（普通車）では、ダッシュボード１０３の中央部に設置された車載モニタ１００を運転席１０１と助手席１０２とから見る角度は、車載モニタ１００の画面に垂直な方向に対して左右にいずれも３０°程度である。なお、車載モニタ１００の画面に垂直な正面方向の領域と、この左右にそれぞれ３０°程度の領域を合わせて、以下では照射領域Ｖという。
【０００４】
また、図２に示すように、横方向から見たとき車載モニタ１００の画面に立てた垂線Ｎが運転者の目の方向を指し示すように車載モニタが設置されているとすると、画面の垂線Ｎから上方へ５０°以上傾いた光がフロントガラス１０４で反射して運転者の目に入り、運転の妨げになる。なお、この方向へ出射される光をサイドローブ光ということがある。
【０００５】
従って、このような車載モニタ１００の液晶表示装置に用いる面光源装置は、正面方向の領域と左右３０°付近の領域で明るく、かつ、上方へ５０°以上の領域へは光を出射させない特性を有するものであることが望ましい。
【０００６】
図３は面光源装置の指向特性を表す図である。この指向特性図の中心は面光源装置の光出射面に垂直な方向（Ｚ方向という。）を表し、複数の同心円はＺ方向からの傾きを表していて１０°おきに９０°までの傾き（この傾きのＺ方向からの角度をφで表す。）を表し、Ｚ方向を中心とする放射状の直線はＺ方向の回りの０°〜３６０°の角度を表している。また、Ｘ方向は設置時に横方向を向くようにして機器に組み込まれる方向を表し、Ｙ方向は設置時に縦方向（上下方向、もしくは前後に傾いた斜め上下方向）を向くようにして組み込まれる方向を表している。この指向特性図において、車載モニタ用として好ましい特性を示せば、光強度を大きくしたい観察領域は、図３において破線で囲んで示したように、中心部の領域と、Ｘ方向の左右３０°程度の領域である（以下、これらの領域を照射領域Ｖという。）。また、フロントガラスへの映り込みの原因となるために、できるだけ出射光を少なくしたい領域は、図３において１点鎖線で囲んで示したような、Ｙ方向で５０°以上の領域である（以下、この領域を不照射領域Ｗという。）。
【０００７】
本発明の発明者らは、以上のような見知から、従来の面光源装置の指向特性を検討した。
【０００８】
（第１の従来例）
図４は標準的な特性を有する面光源装置の構造を示す断面図である。この面光源装置１１０は、特許文献５の図２５（Ｂ）において特許文献１の面光源装置として紹介されているものである。面光源装置１１０は、透光性基板１１１の一方の面に光等方拡散性層１１２を形成し、さらにその上にプリズムシート１１３を積層し、他方の面に反射層１１４を形成したものである。また、透光性基板１１１の側面には、点状又は線状の発光源１１５が配置されている。プリズムシート１１３は、頂角αが９０°の三角柱状の単位プリズムを配列したものであり、単位プリズムが透光性基板１１１と反対側を向くように配置されている。
【０００９】
面光源装置１１０では、光等方拡散性層１１２で等方拡散された光がプリズムシート１１３のプリズム作用によって偏向されるので、垂直方向近傍に光エネルギーが集中し、光利用効率が高くなる、とされている。
【００１０】
そこで、本発明の発明者らは図４の面光源装置１１０の指向特性をシミュレーションにより求めた。シミュレーションでは、図５に示すように、ランバート特性を有する光源１１６をＸ方向とＹ方向に複数個ずつ並べて碁盤目状に配置し、その上に面光源装置１１０のプリズムシート１１３を、プリズム長さ方向がＸ方向と平行で、プリズム配列方向がＹ方向と平行となるように配置したモデルを用いた。なお、図５では光源１１６の数を少なく描いているが、面光源装置の出射面を精度良くモデル化するために実際には１００万個程度の光源を配置してシミュレーションを行った。図６はこのシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図７は、横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。図７では、Ｚ方向での光強度が１となるようにしており、Ｘ及びＹの正の方向では角度φを正値で、負の方向では角度φを負値で表している。
【００１１】
図６及び図７を見ると、横方向での指向特性は照射領域Ｖ全体に広がっている。しかし、左右３０°（φ＝±３０°）の方向の照射領域Ｖの光強度が、Ｚ方向（φ＝０°）の光強度に比較して約８０％まで低下しており、光強度が充分であると言えない。また、縦方向での指向特性を見ると、４５°以上の領域で光強度がかなり大きくなっている。そのため、不照射領域Ｗで光強度が大きく、車載モニタとして用いた場合には、面光源装置１１０の光がフロントガラスにかなり強く映り込むことになる。
【００１２】
以下においては、各従来例及び本発明ともにこの面光源装置１１０の指向特性を基準にして比較した。
【００１３】
（第２の従来例）
図８は特許文献２に開示された面光源装置に用いられているプリズムシート１２０を示す斜視図である。このプリズムシート１２０では、単位プリズム１２１が透光性基板と反対側を向くように配置されており、不照射領域Ｗへ出射される光強度を減少させるために、単位プリズム１２１の頂角αを９５°以上１１０°以下にしている。
【００１４】
そこで、頂角α＝９５°、１１０°のときの図８のプリズムシート１２０を用いて、第１の従来例と同様の条件でシミュレーションを行った。図９は頂角α＝９５°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図１０は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。ただし、図１０における光強度は第１の従来例のＺ方向での光強度を１としている（あるいは、プリズムシート上での光量が、第１の従来例の場合と同じ値となるように正規化している。以下同様）。
【００１５】
図９及び図１０を見ると、Ｚ方向に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）は第１の従来例の場合よりも５％減少している。また、横方向の指向特性では、左右３０°の方向での照射領域Ｖの光強度が、第１の従来例と同じく、Ｚ方向の光強度に比較して約８０％まで低下しており、光強度が充分であると言えない。さらに、縦方向の指向特性を見ると、４５°以上の領域での光強度は第１の従来例に比べると減少しているが、まだ不照射領域Ｗに多くの光が出射しており、車載モニタとして用いた場合にはフロントガラスに映り込んでしまう。
【００１６】
図１１は頂角α＝１１０°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図１２は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。
【００１７】
図１１及び図１２を見ると、横方向で指向性が広がるので、Ｚ方向に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）は第１の従来例の場合よりも２０％減少する。また、横方向の指向特性では、左右３０°の方向での照射領域Ｖの光強度が、Ｚ方向の光強度に比較して約８５％となる。縦方向の指向特性では、５０°以上の領域での光強度が大幅に減少しており、不照射領域Ｗに出射される光量がかなり良く改善されている。
【００１８】
このように第２の従来例の場合には、頂角αを９５°に近づけると、照射領域Ｖへの出射光量が少なくて画像の視認性が低下し、不照射領域Ｗへ出射される光量が多くてフロントガラスに光や画像が映り込み易く、また、頂角αを１１０°に近づけると不照射領域Ｗに出射される光量はかなり改善されるが、照射領域Ｖへ出射される光量もかなり減り、液晶表示装置の視認性がかなり低下する問題がある。
【００１９】
（第３の従来例）
図１３は特許文献３に記載された面光源装置１３０の概略図である。この面光源装置１３０では、面状光源１３１の前面にプリズムシート１３２を重ね、さらにその前面に光学シート１３３を重ねたものである。プリズムシート１３２は、頂角が９０°の単位プリズムを配列したものであって、単位プリズムを形成した面を面状光源１３１に対向させている。
【００２０】
このような面光源装置によれば、カーナビゲーションシステムの車載モニタとして運転席と助手席の中央部に設置した場合には、運転席と助手席の両方向で明るくすることができる、とされている。
【００２１】
そこで、このプリズムシート１３２を用いて、第１の従来例と同様の条件でシミュレーションを行った。ただし、図１４に示すように、プリズムシート１３２は、プリズム配列方向がＸ方向と平行で、プリズム長さ方向がＹ方向と平行となるように配置した。図１５はこのときのシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図１６は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。
【００２２】
図１５及び図１６を見ると、横方向では左右３０°の方向に位置する照射領域Ｖには光が出射されるが、Ｚ方向には光が出射されず、正面に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）はほとんどゼロとなっている。また、ＹＺ面内での指向特性を見ると、ＹＺ面内にはまったく光が出射されておらず、不照射領域Ｗに光が出射されないが、正面の照射領域Ｖにもまったく光が出射されない。
【００２３】
正面の照射領域Ｖに光を出射させるためには、プリズムシート１３２の前に拡散シートなどを置いて光を強く拡散させる必要があるが、そうすると不照射領域Ｗにも光が出射されることになり、フロントガラスへの映り込みを防げなくなる。
【００２４】
（第４の従来例）
図１７は特許文献４に記載された液晶表示装置１４０の構造を示す概略図である。この液晶表示装置１４０は、面状光源１４１の前面にルーバー付フィルム１４２を重ね、その前面に液晶パネル１４３を配置したものである。ルーバー付フィルム１４２は、微細なルーバー構造を有するものであって、例えば住友スリーエム社製の「ライトコントロールフィルム」がある。ルーバー付フィルム１４２を用いると、光の透過方向とルーバーの配列方向における光の広がりとを制限することができる。
【００２５】
図１８は、この液晶表示装置１４０から液晶パネル１４３を除いた面光源装置の指向特性（太線）と、さらにルーバー付フィルム１４２を除いた面光源装置の指向特性（細線）を示す図である。図１８から分かるように、ルーバー付フィルム１４２を用いた場合には、３５°以上の光強度がほぼゼロになっているので、不照射領域Ｗへの光の出射が無くなり、フロントガラスへの映り込みを解消することができる。
【００２６】
しかし、ルーバー付フィルム１４２の透過率が低いので、ルーバー付フィルム１４２を使用しないときと比較すると、垂直方向（Ｚ方向）の光強度が２０〜３０％低下しており、照射領域Ｖの全体がかなり暗くなる。また、ルーバー付フィルムは高価であって、プリズムシートの１０枚分以上のコストが掛かる。
【００２７】
（第５の従来例）
図１９は特許文献５の図２に記載されている一組のプリズムシート１５１、１５２である。一方のプリズムシート１５１は単位プリズムの形成された面を面状光源に向けて配置され、他方のプリズムシート１５２は面状光源と反対側で単位プリズムの形成された面を面状光源と反対側に向けて配置されており、両プリズムシート１５１、１５２のプリズム長さ方向は平行となっている。また、このプリズムシート１５１、１５２では、プリズムシート材料の全反射の臨界角をθcとするとき、単位プリズムの頂角αが、
α＜２×θc
を満たすことを特徴としており、それによって面光源装置の高輝度化を図れる、としている。そして、特許文献５には、このような構造の一組のプリズムシート１５１、１５２を用いると、サイドローブ光が発生せず、単位プリズムα＜９０°（特に、α≒６０°）としたとき、この効果が顕著になると記載されている。
【００２８】
しかし、この一組のプリズムシート１５１、１５２を用いてシミュレーションを行ったところ、図２０及び図２１のような結果が得られた。図２０は頂角α＝６０°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。また、図２１は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。ただし、このシミュレーションでは、ランバート特性を有する光源をＸ方向とＹ方向に複数個ずつ並べて碁盤目状に配置し、その上にプリズムシート１５１、１５２を、プリズム長さ方向がＸ方向と平行で、プリズム配列方向がＹ方向と平行となるように配置した（図５参照）。
【００２９】
図２０及び図２１を見ると、Ｚ方向に位置する照射領域Ｖの光強度（正面強度）は第１の従来例の場合よりも２０％減少している。また、横方向の指向特性では、左右３０°の方向での照射領域Ｖの光強度が、Ｚ方向の光強度に比較して約５０％に低下しており、光強度が不十分である。さらに、縦方向の指向特性を見ると、不照射領域Ｗの光強度が第１の従来例よりも増加しており、車載モニタとして用いた場合にはフロントガラスに強く映り込んでしまう。
【００３０】
【特許文献１】特開昭６３−３１８００３号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４９１０号公報
【特許文献３】特開２０００−１６４０１６号公報
【特許文献４】特表平０６−５０４６２７号公報
【特許文献５】特開平６−２２２２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、一方向に扁平な指向特性を有する面光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明にかかる第１の面光源装置は、光出射面から光を出射する面状光源と、前記面状光源の光出射面側に配置した第１のプリズムシートと、前記第１のプリズムシートを介して前記面状光源と反対側に配置された第２のプリズムシートとを備えた面光源装置であって、前記第１のプリズムシートは、前記面状光源の方向を向いた面に、頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、前記第２のプリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートに垂直な方向から見て、前記第１のプリズムシートのプリズム長さ方向と前記第２のプリズムシートのプリズム長さ方向とのなす角度が１５°以下であることを特徴としている。
【００３３】
本発明の第１の面光源装置にあっては、第１のプリズムシートが面状光源の方向を向いた面に頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長いプリズムを配列されたものとなっているので、プリズム長さ方向に垂直な面内では、面光源装置の光出射面から出射された光は、第１のプリズムシートを通過する際に屈折されることにより、光出射面に垂直な方向へほとんど出射されなくなる。例えば、第１のプリズムシートのプリズム頂角が９０°の場合には、垂直方向から測って１０°以内の方向にはほとんど光が出射しなくなる。
【００３４】
よって、第２のプリズムシートには、プリズム長さ方向に垂直な面内では、第２のプリズムシートには垂直な方向からほとんど光が入射しなくなる。しかも、第２のプリズムシートは、面状光源と反対方向を向いた面に頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、垂直方向から見て、そのプリズム長さ方向が第１のプリズムシートのプリズム長さ方向と１５°以下となるように配置されているので、プリズム長さ方向に垂直な面内においては、第２のプリズムシートに垂直な方向からほとんど光が入射しなくなる結果、垂直方向からある角度以上の方向には光（サイドローブ光）が出射されなくなる。例えば、第２のプリズムシートのプリズム頂角が１１２°の場合には、垂直方向から測って４５°以上の領域にはほとんど光が出射しなくなる。また、第２のプリズムシートにある角度で傾いて入射した光は、第２のプリズムシートで屈折することにより、第２のプリズムシートから垂直方向へ向けて出射される。
【００３５】
一方、プリズム配列方向に垂直な面内では、第１及び第２のプリズムシートによってあまり光学的作用を受けないので、面状光源の指向特性の広がりと同程度の広がりで第２のプリズムシートから出射される。この結果、面光源装置から出射される光の指向特性は、プリズム長さ方向においては広く、プリズム配列方向では狭い扁平な特性となる。
【００３６】
本発明の第１の面光源装置は、上記のように光強度の高い領域が一方向（プリズム長さ方向）に長く延びており、それに直交する方向では垂直方向に対してある程度大きな角度の方向にはほとんど光が出射されないので、車載モニタに用いてプリズム長さ方向が横方向を向くように設置された場合、運転席や助手席、正面方向からは車載モニタを明瞭に見ることができ、しかも、車載モニタの画像や光がフロントガラスに映り込んで運転の妨げとなるのを防ぐことができる。
【００３７】
本発明の第１の面光源装置のある実施態様は、前記面状光源は、光出射面から出射する光が全体的に広がった指向特性を持つことを特徴としている。かかる実施形態にあっては、全体的に広がった指向特性を持つ面状光源を用いているので、面光装置から出射される光の指向特性をプリズム長さ方向に大きく広げることができる。よって、横方向における指向特性が広くなり、照射領域全体を明るくすることができる。
【００３８】
本発明の第１の面光源装置の別な実施態様は、前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートの各プリズムの屈折率が１.５５以上であることを特徴としている。プリズムに屈折率が１.５５以上の材料を用いることにより、第１及び第２のプリズムシートを透過した光の集光効果を高くすることができ、サイドローブ光を減らすことができる。
【００３９】
本発明にかかる第２の面光源装置は、光出射面から光を出射する面状光源と、前記面状光源の光出射面側に配置したプリズムシートとを備えた面光源装置であって、前記面状光源の光出射面から出射する光の指向特性は、光出射面に垂直なある平面内において、指向特性のピーク方向が前記光出射面に垂直な方向に対して１０°よりも大きな角度をなし、前記プリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下で屈折率が１.５５以上の一方向に長いプリズムを配列され、プリズム長さ方向を光出射面に垂直な前記平面に垂直な方向に向けて配置されていることを特徴としている。
【００４０】
本発明の第２の面光源装置にあっては、面状光源の光出射面に垂直なある平面では、光出射面の垂直方向から測って１０°以内の範囲にはほとんど光が出射されない。よって、プリズムシートには、プリズム長さ方向に垂直な面内では、垂直方向から測って１０°以内の範囲にはほとんど光が入射しない。そして、プリズムシートは、面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下で屈折率が１.５５以上の一方向に長いプリズムを配列されているので、プリズム長さ方向に垂直な面内においては、プリズムシートに垂直な方向からほとんど光が入射しなくなる結果、垂直方向からある角度以上の方向には光（サイドローブ光）が出射されなくなる。例えば、プリズムシートのプリズム頂角が１１２°の場合には、垂直方向から測って４５°以上の領域にはほとんど光が出射しなくなる。さらに、プリズムの屈折率が１.５５以上となっているので、プリズムシートを透過した光の集光効果を高くすることができ、サイドローブ光を減らすことができる。また、プリズムシートにある角度で傾いて入射した光は、プリズムシートで屈折することにより、プリズムシートから垂直方向へ向けて出射される。
【００４１】
一方、プリズム配列方向に垂直な面内では、プリズムシートによってあまり光学的作用を受けないので、面状光源の指向特性の広がりと同程度の広がりでプリズムシートから出射される。この結果、面光源装置から出射される光の指向特性は、プリズム長さ方向においては広く、プリズム配列方向では狭い扁平な特性となる。
【００４２】
本発明の第２の面光源装置は、上記のように光強度の高い領域が一方向（プリズム長さ方向）に長く延びており、それに直交する方向では垂直方向に対してある程度大きな角度の方向にはほとんど光が出射されないので、車載モニタに用いてプリズム長さ方向が横方向を向くように設置された場合、運転席や助手席、正面方向からは車載モニタを明瞭に見ることができ、しかも、車載モニタの画像や光がフロントガラスに映り込んで運転の妨げとなるのを防ぐことができる。
【００４３】
本発明の液晶表示装置は、本発明の第１又は第２の面光源装置に対向させて液晶パネルを配置したものである。本発明の面光源装置にあっては、一方向においては広い範囲で視認性を有し、それと直交する方向においては狭い範囲でしか視認性を有しない。従って、例えばカーナビゲーションシステムの車載モニタとして使用する場合には、視認性の広い方向を横方向に向けて設置することで、運転席や助手席、後部座席、正面などからの視認性が良好であり、かつ、フロントガラスに車載モニタの画像が映り込まず、運転の妨げになりにくい。
【００４４】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００４６】
（第１の実施形態）
図２２は本発明の第１の実施形態による面光源装置１０を示す概略斜視図である。この面光源装置１０にあっては、面状光源１１と、入射側プリズムシート１２（第１のプリズムシート）と、出射側プリズムシート１３（第２のプリズムシート）とを有している。
【００４７】
面状光源１１は、前面の光出射面１４のほぼ全体から均一に光を出射するものであれば、どのような方式、構造のものであってもよい。例えば、図２３に示すように、拡散板１７の裏面側にＬＥＤや冷陰極管などの発光源１８を配列した直下型方式の面状光源でもよく、図２４に示すように、導光板１９の側面に対向させてＬＥＤや冷陰極管等の発光源１８を配置し、導光板１９の前面に拡散板１７を重ねたエッジライト方式の面状光源でもよい。また、面状光源１１としては、光出射面から出射する光が全体的に広がった指向特性をもつもの、すなわち特定の角度方向にピークを持たない指向特性のものが好ましく、例えば光出射面上の任意の位置にある点からランバート型の指向特性を有する光を発するものが好ましい。
【００４８】
入射側プリズムシート１２は、三角柱状をした微小な単位プリズム１５を平行に配列したものであり、各単位プリズム１５の頂角βは７２°以上１００°以下となっている。出射側プリズムシート１３は、三角柱状をした微小な単位プリズム１６を平行に配列したものであり、各単位プリズム１６の頂角γは１００°以上１２５°以下となっている。この入射側プリズムシート１２及び出射側プリズムシート１３は屈折率の高い透明樹脂によって成形されているが、その屈折率は１.５５以上のものが望ましい。屈折率が１.５５以上の材料を用いることにより、プリズムシート１２、１３を透過した光の集光効果が高くなるためである。
【００４９】
また、単位プリズム１５、１６の配列ピッチ（よって、単位プリズム１５、１６の幅）は、１０μｍ以上１０００μｍ以下であることが望ましい。この配列ピッチが１０００μｍよりも大きいと、単位プリズム１５、１６が目立ち、逆に１０μｍよりも小さいと、光が回折したり、プリズムシート１２、１３の製造が困難になるからである。つまり、単位プリズム１５、１６の配列ピッチを１０μｍ以上１０００μｍ以下にしてあれば、単位プリズム１５、１６が目立たず、回折格子の作用が表れず、しかもプリズムシート１２、１３の製造が容易になるという効果が得られる。さらに、単位プリズム１５、１６の長さ方向に垂直な断面においては、その頂部に曲率半径が１０μｍ以下のアールがついていてもよい。単位プリズム１５、１６の頂部は、光学的には２平面の交差した角となっていることが望ましいが、頂部に多少丸味をつけておく方が単位プリズム１５、１６の強度が上がり、また製造上多少のアールがつくことがあるためである。一方、単位プリズム１５、１６のアールが大きいと、プリズムシート１２、１３を透過した光の指向特性の変化が大きくなるので、アールは１０μｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３は、単位プリズム１５、１６を形成された面（以下、プリズム形成面という。）と反対側の面を互いに背中合わせにして配置されており、図２５に示すように入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とが平行となるように配置されている。入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３のプリズム形成面と反対側の面は平坦であってもよいし、単位プリズム１５、１６よりも微細な凹凸を形成していてもよい。プリズム形成面と反対側の面を平坦にしてあれば、プリズムシート１２、１３を透過する光が拡散しないので、不要な方向へ出射される光を減らすことができる。また、プリズム形成面と反対側の面に微細な凹凸を形成してあれば、プリズムシート１２、１３どうしを重ね合わせたときに光学密着するのを防ぐことができる。
【００５１】
入射側プリズムシート１２は、プリズム形成面が面状光源１１の光出射面１４に対向するように配置される。出射側プリズムシート１３は、入射側プリズムシート１２を介して面状光源１１の反対側に配置され、プリズム形成面が面状光源１１と反対側を向く。
【００５２】
これらのプリズムシート１２、１３は、紫外線硬化型樹脂を用いた２Ｐ法（Photo Polymerization 法）により、以下のようにして成形される。成形用の金型には、プリズムシート１２、１３のプリズム形成面の反転パターンが形成されており、まず、この金型の上に液状又は流動体状の紫外線硬化型樹脂を滴下する。ついで、紫外線硬化型樹脂の上にポリカーボネイト樹脂、ポリオレフィン、ＰＥＴ、アクリル樹脂等からなる透明樹脂シートを置き、上から紫外線硬化型樹脂を透明プレートで押圧し、紫外線硬化型樹脂を金型と透明樹脂シートとの間に挟み込んで押し広げる。この状態で透明プレート及び透明シートを通して紫外線硬化型樹脂に紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂を硬化させる。この後、成形品を金型から脱型すれば、透明樹脂シートの表面に紫外線硬化型樹脂によって単位プリズム１５、１６が成形され、プリズムシート１２、１３が得られる。なお、透明樹脂シートは、硬化した紫外線硬化型樹脂と屈折率が等しいものが望ましい。
【００５３】
このように金型のパターンを転写してプリズムシート１２、１３を成形することにより、微細な単位プリズム１５、１６を精度良く成形することができ、またプリズムシート１２、１３を安価に量産することができる。さらに、紫外線硬化型樹脂は硬度が高いので、強度の高いプリズムシート１２、１３を作製することができる。
【００５４】
この面光源装置１０は、車載モニタなどに組み込む場合には、図２５に示すように、プリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向が横方向（Ｘ方向）を向き、プリズム配列方向が縦方向（Ｙ方向）を向くようにして使用されるようにして組み込まれる。ここで、横方向とは、従来例に関して述べたように、水平方向であり、縦方向とは、上下方向もしくは前後に傾いた斜め上下方向である。
【００５５】
〔作用効果〕
つぎに、この面光源装置１０の設計方針について述べた後、その作用効果を説明する。入射側プリズムシート１２の働きを大まかにいうと、図２６に実線で囲んで示したＺ方向の領域へ向けて光を出射させないことである。また、出射側プリズムシート１３の働きは、入射側プリズムシート１２から入射した光が図２７に実線で囲んで示した不照射領域Ｗへ向けて出射されないことである。言い換えると、入射側プリズムシート１２を通過した光がＺ方向に出射されないような指向特性が入射側プリズムシート１２に付与され、さらに入射側プリズムシート１２からＺ方向と平行に光が入射したとしたら、その光が不照射領域Ｗへ向けて出射されるような指向特性が出射側プリズムシート１３に付与される。なお、面光源装置１０の指向特性は、ＹＺ面及びＺＸ面に関して対称であるので、以下においては傾きφが正の側についてのみ説明するが、特に言及しない限り、負の側についても正の側と対称に当てはまる。
【００５６】
入射側プリズムシート１２は、単位プリズム１５が光入射方向を向いており、図２８に示すように、入射側プリズムシート１２に垂直に入射した光は単位プリズム１５で屈折することによってＺＹ面内で垂直方向から傾いた方向へ出射される。例えば、単位プリズム１５の頂角βを９０°、屈折率を１.５９とすれば、図２８に示すように、入射側プリズムシート１２に垂直に入射した光は縦方向（Ｙ方向）へφ１＝３０°だけ傾いた方向へ出射され、垂直方向（Ｚ方向）へは出射されない（実際にはランバート光が入射するので、後述の図３３によれば、垂直方向だけでなく、−１０°〜＋１０°の範囲に光が出射されない。）。なお、単位プリズム１５の頂角βが９０°の場合には、第３の従来例のプリズムシート１３２をＺ方向の回りに９０°だけ回転させたことに等しいので、入射側プリズムシート１２にランバート光が入射したときの指向特性図も図１５の指向特性図を９０°回転させたようになり、Ｚ方向には光が出射されず、Ｙ方向に分かれて光が出射されることが理解される。
【００５７】
また、出射側プリズムシート１３は、単位プリズム１６が光出射方向を向いており、図２９に破線矢印で示すように、仮に出射側プリズムシート１３に垂直に光が入射したとすると、この光は単位プリズム１６で屈折することによってＺＹ面内で垂直方向から傾いた方向へ出射される。入射側プリズムシート１２を通過した光は、垂直方向へほとんど出射されないのであるから、垂直に入射した光の出射方向が不照射領域Ｗを向くようにすれば、不照射領域Ｗが明るく光るのを防ぐことができる。例えば、単位プリズム１６の頂角γを１１２°、屈折率を１.５９とした場合には、図２９に破線矢印で示すように、出射側プリズムシート１３に垂直に入射した光は、縦方向（Ｙ方向）への傾きφ２が約３０°の領域へ出射される。また、出射側プリズムシート１３に−８°〜＋８°の範囲の入射角で光が入射すると、屈折によって角度φが−５６°〜−１６°及び１６°〜５６°の方向へ光が出射する。よって、入射側プリズムシート１２を通過した光が垂直方向へほとんど出射されないのであれば、出射側プリズムシート１３を通過した光はＺ方向からの傾きが３０°程度の領域にはほとんど出射されない。また、入射側プリズムシート１２から８°以下の範囲へ出射されないのであれば、出射側プリズムシート１３を通過した光はＺ方向からの傾きが１６°〜５６°の領域にほとんど出射されず、暗くなる。しかも、Ｚ方向に対して約６０°以上傾いた方向では、図２９に２点鎖線の矢印で示すように、単位プリズム１６の斜面で全反射した光は、他方の斜面でも全反射されるので、この方向には光が出射されない。この結果、サイドローブ光はわずかな光量となり、不照射領域Ｗが明るくなるのを防ぐことができる。
【００５８】
一方、図２９に細実線矢印で示すように、この出射側プリズムシート１３に２２°程度の入射角で入射した光は、出射側プリズムシート１３からほぼ垂直な方向へ出射される。よって、入射側プリズムシート１２を通過した光は垂直方向及びＺＸ面内には出射されていなかったが、出射側プリズムシート１３を通過することによって垂直方向及びＺＸ面内付近の照射領域Ｖに光が出射されるようになる。
【００５９】
図３０は上記のような入射側プリズムシート１２の働きと出射側プリズムシート１３の働きをまとめて表した図である。縦方向（ＹＺ面内）で見ると、面状光源１１から出射されたランバート光は、入射側プリズムシート１２を通過することによって垂直方向で暗く、かつ斜め方向で明るい指向特性の光に変換され、さらにこの光が出射側プリズムシート１３を通過すると、垂直方向でのみ明るい指向特性の光に変換される。また、横方向（ＺＸ面内）で見た場合には、面状光源１１から出射されたランバート光は、入射側プリズムシート１２や出射側プリズムシート１３を通過することによって指向特性が影響を受けないから、プリズムシート１２、１３を通過しても横に広がっている。特に、面状光源１１として全体的に指向特性が広がったタイプのものを用いていれば、プリズム長さ方向における出射光の指向特性を広くし、横方向で広い範囲に光を広げることができる。
【００６０】
この結果、面光源装置１０では、両プリズムシート１２、１３の相乗効果により、横方向に長く広がった照射領域Ｖでは明るく、不照射領域Ｗでは暗い指向特性の光を出射させることができる。
【００６１】
図３１は、第１の従来例と同じシミュレーション条件により、一対のプリズムシート１２、１３を透過した光の指向特性を求めた結果を示す指向特性図である。また、図３２は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。ただし、単位プリズム１５の頂角β＝９０°、屈折率１.５９とし、単位プリズム１６の頂角γ＝１１２°、屈折率１.５９とした。図３２に表されているように、第１の実施形態の面光源装置１０によれば、縦方向（ＹＺ面内）では傾きφが４４°以上と−４４°以下で光強度がほぼゼロとなっており、図３１に表れているように不照射領域Ｗが暗くなる。よって、例えば車載モニタなどに使用した場合でも、不照射領域Ｗへ出射された光がフロントガラスに映って運転の妨げになることがなくなる。また、縦方向では−４４°〜４４°の狭い領域に光が集まっており、さらに、０°方向（Ｚ方向）では第１の従来例よりも光強度が１０％大きくなっており、照射領域Ｖでの明るさが向上する。また、横方向における指向性は広く、−３０°〜３０°の範囲において０°方向とほぼ同じ明るさを保っているので、照射領域Ｖを均一に明るくすることができる。
【００６２】
つぎに、単位プリズム１５の頂角βと単位プリズム１６の頂角γの範囲を説明する。出射側プリズムシート１３を通過した光のうち約６０°以上の方向に出射される光は、図２９に２点鎖線で表したようにほとんど無くなる。しかし、これではまだ縦方向における指向性が広く、不照射領域Ｗが明るくなるので、出射側プリズムシート１３を通過した光が垂直方向から図って約１０°から約６０°の方向にできるだけ光が飛ばないようにしたい。シミュレーション又は計算によれば、出射側プリズムシート１３を出射後に約１０°から約６０°方向に飛ぶ光は、出射側プリズムシート１３に１０°以下の入射角で入射した光が多くを占めている。したがって、目的とする特性を得るためには、入射角が約１０°以下の光が出射側プリズムシート１３に入射しないようにすればよい。そのためには、図２９に破線で示した光のように、入射側プリズムシート１２から約１０°以下の方向に光を出射させなければよい。
【００６３】
図３３は、入射側プリズムシート１２に設けられている単位プリズム１５（屈折率１.５９）の頂角βと、入射側プリズムシート１２にランバート光を入射させたときにＹＺ面内で±１０°以内（−１０°〜＋１０°）の領域に出射される光量の割合との関係を計算した結果を表している。図３３によれば、頂角βが約９０°のときに±１０°以内に出射される光量の割合はほぼゼロとなるが、実用上、この割合が０.０２（２％）以下であれば許容できる。よって、図３３によれば、単位プリズム１５の頂角βは、７２°以上１００°以下であればよい。頂角βが７２°よりも小さかったり、１００°よりも大きいと、出射側プリズムシート１３で光を制御しても不照射領域Ｗへ出射される光量が大きくなり、フロントガラスへの映り込みが問題となる。さらに、±１０°以内に出射される光量の割合が０.０１（１％）以下であれば、より望ましい特性が得られるので、単位プリズム１５の頂角βを８７°以上９５°以下にすることが好ましい。
【００６４】
図３４は、出射側プリズムシート１３に設けられている単位プリズム１６（屈折率１.５９）の頂角γと、出射側プリズムシート１３にランバート光を入射させたときのサイドローブ強度との関係を計算した結果を表している。ここで、サイドローブ強度とは、ＹＺ面内においてφ＞６０°の範囲における出射光の光強度のうちで最大の値である。頂角γが１１２°のときにサイドローブ強度がもっとも小さくなる。サイドローブ強度は０.１(a.u.)以下が望ましい（Ｚ方向での光強度は、図３２に示すように、１(a.u.)より大きくできる。）ので、図３４によれば、頂角γは１００°以上１２５°以下であればよい。より好ましくは、サイドローブ強度を０.０５(a.u.)にすればよいので、頂角γを１０７°以上１２０°以下にすればよい。なお、頂角γが大きくなると照射領域Ｖの輝度が低下するので、照射領域Ｖの輝度があまり低下せず、もっともサイドローブ強度が低くなる頂角γの値としては、約１１２°がもっとも好ましい。
【００６５】
こうして第１の実施形態による面光源装置１０によれば、サイドローブ光を大幅に低減することができて不照射領域Ｗを暗くすることができ、また縦方向での指向特性は、垂直方向に集光された狭い指向特性となり、照射領域Ｖの輝度を低下させない。また、プリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向に平行な横方向では集光されず、広い指向特性を保つことができるので、照射領域Ｖを広い範囲で明るくできる。したがって、この面光源装置１０をカーナビゲーションシステムの車載モニタに組み込んで、運転席と助手席の中央に車載モニタを設置すれば、運転席、助手席及び正面から明るい画像を鑑賞することができると同時に、フロントガラスへの映り込みを防ぐことができる。しかも、２枚のプリズムシート１２、１３で構成されているので、ルーバー付フィルムを用いる場合に比べてコストを安価にすることができる。
【００６６】
〔第５の従来例との対比〕
面光源装置１０と第５の従来例において用いられているプリズムシート１５１、１５２（図１９）とは一見類似しているので、その相違を簡単に述べる。第５の従来例では、プリズムの頂角αを、α＜２×θc（θc：材料の臨界角）としている。この頂角αの上限値は屈折率により変わるが、プリズム材料が一般的によく使われるアクリルやポリカーボネートであるとすると、
アクリルの場合：屈折率が１.４９であるので、
α＜８４.３
ポリカーボネートの場合：屈折率が１.５９のであるので、
α＜７７.９
となる。よって、プリズムの頂角αとしては、いずれのプリズムシート１５１、１５２もにしても９０度よりも小さい角度となる。また、第５の従来例では、プリズムシート１５１の頂角とプリズムシート１５２の頂角とは等しい角度である。このような制約があるため、第５の従来例では、本願発明のような作用効果を奏することができず、図２０に示したように不照射領域Ｗにおける光強度がかなり大きくなっている。
【００６７】
〔第１の実施形態におけるプリズムシートどうしの傾き〕
面光源装置１０は、上記のように入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とを平行としてあれば、横方向における出射光の広がりを最も大きくできるので、図２５のように両プリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向を平行にしておくのが望ましい。
【００６８】
しかし、図３５（ａ）又は（ｂ）に示すように、一方のプリズムシート１２又は１３を両プリズムシート１２、１３に垂直な軸の回りに回転させて入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向とを互いに傾けることにより、液晶表示装置に用いたときにモアレ縞を抑制するのに効果がある。一方で、両プリズムシート１２、１３に垂直な方向から見たときのプリズム長さ方向どうしのなす角度が１５°よりも大きくなると、面光源装置１０の指向特性が横方向で左右対称にならなかったり、縦方向で上下対称にならなかったりするうえに、見る角度によって光強度が大きくなったり小さくなったりして変動が激しくなり、面光源装置の品質が低下する。従って、モアレ防止などの目的でプリズムシート１２、１３どうしを傾ける場合には、プリズム長さ方向どうしのなす角度が１５°以下となるようにするのが望ましい。
【００６９】
また、プリズム長さ方向が互いに平行でないプリズムシート１２、１３どうしを用いる場合には、いずれか一方のプリズムシート１２、１３のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにするのが好ましい。あるいは、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が、Ｘ方向を挟んで反対向きに傾くようにしてもよい。
【００７０】
つぎに、プリズム長さ方向のなす角度を１５°以下とした根拠を説明する。図３６は入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が１０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。また、図３７は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。この場合には、図３７に示すように縦方向では４５°以上の方向には光が出射されず、図３６のように不照射領域Ｗが暗く、照射領域Ｖ領域が明るくなっている。また、図３７によれば、角度φによる光強度の変動も比較的小さくなっている。
【００７１】
また、図３８は入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が１５°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。また、図３９は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。この場合にも、図３９に示すように縦方向では４５°以上の方向には光が出射されず、図３８のように不照射領域Ｗが暗く、照射領域Ｖ領域が明るくなっている。また、図３９によれば、角度φによる光強度の変動が多少大きくなっているが、平均的に見れば光強度の変動は比較的小さい。
【００７２】
また、図４０は入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向が２０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。また、図４１は、このときの横方向（ＺＸ面内）における指向特性（細線）と縦方向（ＹＺ面内）における指向特性（太線）とを示す図である。この場合にも、図４１に示すように縦方向では４５°以上の方向には光が出射されず、図４０のように不照射領域Ｗが暗く、照射領域Ｖ領域が明るくなっている。しかし、図４１によれば、角度φによる光強度の変動がかなり大きくなっており、面光源装置１０に輝度ムラが生じる。
【００７３】
よって、入射側プリズムシート１２のプリズム長さ方向と出射側プリズムシート１３のプリズム長さ方向がなす角度は、１５°以下とすることが望ましい。
【００７４】
（第２の実施形態）
図４２は本発明の第２の実施形態による面光源装置２０を示す概略断面図である。この実施形態にあっては、入射側プリズムシート１２と面状光源１１との間に拡散シート２１を設けている。この場合、拡散シート２１の拡散機能によって横方向（Ｘ方向）に指向特性を広げることができる。
【００７５】
また、この拡散シート２１は、図４３に示すように、入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３との間に設けてもよい。この場合には、指向特性を横方向で広げることができる他、入射側プリズムシート１２と出射側プリズムシート１３との間で生じる光学的密着やモアレ縞を防止することができる。なお、この場合、拡散シート２１としては、第１の実施形態で述べたようなプリズムシート１２、１３による指向特性の特徴を損ねない程度に弱い拡散機能を有するものを用いるとよい。
【００７６】
また、拡散シート２１は、図４４に示すように、出射側プリズムシート１３の面状光源１１から遠い側に配置してもよい。この場合には、指向特性を横方向で広げることができる他、出射側プリズムシート１３と液晶パネルとの間で生じるモアレ縞を防止することができる。この場合にも図４３に示すものと同様、拡散シート２１としては弱い拡散機能を有するものを用いるとよい。
【００７７】
なお、拡散シート２１としては、偏光機能と拡散機能とを有するもの、例えば住友スリーエム社製の「ＤＢＥＦ−Ｄ」を用いてもよい。
【００７８】
（第３の実施形態）
図４５は本発明の第３の実施形態による面光源装置３０を示す概略斜視図である。この面光源装置３０は、面状光源３１とプリズムシート３２によって構成されている。プリズムシート３２は、一方の面に頂角が１００°〜１２５°の微細な単位プリズム３３を配列したものである。また。単位プリズム３３の屈折率は１.５５以上である。特に、プリズムシート３２は、第１の実施形態で説明した出射側プリズムシート１３と同じものが望ましい。面状光源３１は、垂直方向（Ｚ方向）と表面に平行なある方向（Ｙ方向）を含むＹＺ面内においては、指向特性のピークが垂直方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲外にあり（好ましくは、−１０°〜＋１０°の範囲に光を出射しないもの）、ＹＺ面に垂直なＸ方向では広い指向特性を持つ光を出射させるものである。プリズムシート３２は、プリズム形成面が面状光源３１と反対側を向くように配置されており、かつ、プリズム長さ方向がＸ方向を向けられている。
【００７９】
図４６は面状光源３１の構造の一例を示す斜視図である。面状光源３１は、面状光源３４と、プリズムシート３５よりなる。面状光源３４は、前面の光出射面のほぼ全体から均一に光を出射するものであればよく、例えば第１の実施形態における面状光源１１と同じ構造を有するものでよい。プリズムシート３５は、一方の面に頂角が７２°〜１００°の微細な単位プリズム３６を配列したものであって、プリズム形成面が面状光源３１と対向するように配置されており、かつ、プリズム長さ方向がＸ方向を向いている。また、単位プリズム３６の屈折率は１.５５以上である。プリズムシート３５としては、第１の実施形態における入射側プリズムシート１２と同じものを使用することができる。
【００８０】
第３の実施形態による面光源装置３０は、１枚のプリズムシート３２と面状光源３１よりなるものであるが、その構造から分かるように、第１の実施形態による面光源装置１０と同じ作用効果を奏する。
【００８１】
もちろん、指向特性のピークが垂直方向に対して−１０°〜＋１０°の範囲外にある面状光源３１は、面状光源１１及び入射側プリズムシート１２と異なる形態のものであってもよい。図４７は異なる面状光源３１の構造を示す概略断面図である。この面状光源３１は、比較的屈折率の高い透明樹脂からなる導光板３７の裏面に光を拡散させるための半球状、三角柱状、ピラミッド状などの微細な凹部４０を形成し、導光板３７の端面に対向させて発光源３８を配置している。発光源３８は、ＬＥＤ等の点光源を複数個並べたものでもよく、冷陰極管のような線状光源でもよい。また、導光板３７の裏面に対向させて反射シート４１を設け、導光板３７の光出射面３９に対向させて拡散シート４２を配置している。反射シート４１は、拡散反射シートであってもよく、鏡面反射シートであってもよい。この拡散反射シートとしては、白色ＰＥＴからなるものなどを用いることができ、鏡面反射シートとしては、Ａｇ反射シートや住友スリーエム社製の「ＥＳＲ」などを用いることができる。拡散シート４２はなくてもよいが、使用する場合には、輝度が低下しすぎないようにヘイズ値が９０％以下のものが好ましい。このような面状光源３１では、凹部４０の形状や配置などを制御することにより出射光の方向を制御することができる。
【００８２】
面状光源３１は、図４８に示すように、図４７に示した凹部４０に代えて半円状、三角柱状、ピラミッド状などの微細な凸部４３であってもよい。
【００８３】
また、図４９の面状光源３１のように、導光板３７としては、発光源３８から遠い側で次第に薄くなったくさび状の導光板を用いてもよい。この場合には、導光板３７の裏面に凹部４０や凸部４３はなくてもよい。くさび状の導光板３７から出射される光は、図４９に示す断面においては指向性が狭く、図４９の断面と光出射面とに垂直な面内では指向特性が広いので、拡散シート４２によって指向特性を広げることにより（あるいは、プリズムシートを用いて指向特性のピーク方向を垂直方向に曲げてもよい。）、所望の指向特性を得ることができる。
【００８４】
（第４の実施形態）
図５０は本発明の第４の実施形態を示す斜視図であって、本発明のかかる面光源装置を用いた液晶表示装置を表している。この液晶表示装置５０は、本発明にかかる面光源装置、例えば第１の実施形態による面光源装置１０の前面に液晶パネル５１を配置している。このような液晶表示装置では、横方向（Ｘ方向）では広い範囲で画像を鑑賞することができるが、縦方向（Ｙ方向）では比較的狭い範囲でしか画像を鑑賞することができない。よって、カーナビゲーションシステムの車載モニタとして用いた場合には、運転席や助手席、後部座席などから画像を明瞭に鑑賞することができる一方、画像がフロントガラスに映り込みにくいので、運転の妨げになりにくい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、車載モニタを設置した車両の内部を示す概略図である。
【図２】図２は、車載モニタの光がフロントガラスで反射して運転者の目に入る様子を説明する図である。
【図３】図３は、面光源装置の好ましい指向特性を説明する図である。
【図４】図４は、第１の従来例による面光源装置の構造を示す断面図である。
【図５】図５は、面光源装置の指向特性をシミュレーションにより求める際のモデルを説明する図である。
【図６】図６は、第１の従来例の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】図７は、第１の従来例での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図８】図８は、第２の従来例によるプリズムシートを示す斜視図である。
【図９】図９は、第２の従来例において単位プリズムの頂角を９５°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。
【図１０】図１０は、図９のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の従来例において単位プリズムの頂角を１１０°とした場合のシミュレーション結果を示す指向特性図である。
【図１２】図１２は、図１１のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図１３】図１３は、第３の従来例における面光源装置の概略断面図である。
【図１４】図１４は、面光源装置の指向特性をシミュレーションにより求める際の別なモデルを説明する図である。
【図１５】図１５は、第３の従来例の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１６】図１６は、第３の従来例での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図１７】図１７は、第４の従来例による液晶表示装置の構造を示す概略図である。
【図１８】図１８は、第４の従来例による液晶表示装置から液晶パネルを除いた面光源装置の指向特性と、さらにルーバー付フィルムも除いた面光源装置の指向特性を示す図である。
【図１９】図１９は、第５の従来例による一組のプリズムシーを示す斜視図である。
【図２０】図２０は、第５の従来例の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図２１】図２１は、第５の従来例での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の第１の実施形態による面光源装置を示す概略斜視図である。
【図２３】図２３は、第１の実施形態による面光源装置に用いられている面状光源の概略図である。
【図２４】図２４は、第１の実施形態による面光源装置に用いられている別な面状光源の概略図である。
【図２５】図２５は、第１の実施形態における入射側プリズムシートと出射側プリズムシートの配置を説明する図である。
【図２６】図２６は、入射側プリズムシートの働きを説明するための図である。
【図２７】図２７は、出射側プリズムシートの働きを説明するための図である。
【図２８】図２８は、入射側プリズムシートの働きを説明する概略図である。
【図２９】図２９は、出射側プリズムシートの働きを説明する概略図である。
【図３０】図３０は、第１の実施形態による面光源装置における光の軌跡と指向特性の変化を説明する図である。
【図３１】図３１は、第１の実施形態による面光源装置の指向特性をシミュレーションした結果を示す図である。
【図３２】図３２は、第１の実施形態による面光源装置での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図３３】図３３は、入射側プリズムシートに設けられている単位プリズムの頂角βと、入射側プリズムシートにランバート光を入射させたときにＹＺ面内で±１０°以内の領域に出射される光量の割合との関係を計算した結果を表した図である。
【図３４】図３４は、出射側プリズムシートに設けられている単位プリズムの頂角γと、出射側プリズムシートにランバート光を入射させたときのサイドローブ強度との関係を計算した結果を表した図である。
【図３５】図３５（ａ）、（ｂ）は、一方のプリズムシートを両プリズムシートに垂直な軸の回りに回転させて入射側プリズムシートと出射側プリズムシートのプリズム長さ方向を交差させた例を示す図である。
【図３６】図３６は、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向と出射側プリズムシートのプリズム長さ方向が１０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。
【図３７】図３７は、図３６のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図３８】図３８は、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向と出射側プリズムシートのプリズム長さ方向が１５°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。
【図３９】図３９は、図３８のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図４０】図４０は、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向と出射側プリズムシートのプリズム長さ方向が２０°の角度をなすように配置し、入射側プリズムシートのプリズム長さ方向がＸ方向と平行となるようにしたときの指向特性図である。
【図４１】図４１は、図４０のシミュレーション結果での横方向における指向特性と縦方向における指向特性を示す図である。
【図４２】図４２は、本発明の第２の実施形態による面光源装置を示す概略断面図である。
【図４３】図４３は、第２の実施形態による面光源装置において、異なる位置に拡散シートを配置した例を示す概略断面図である。
【図４４】図４４は、第２の実施形態による面光源装置において、さらに異なる位置に拡散シートを配置した例を示す概略断面図である。
【図４５】図４５は、本発明の第３の実施形態による面光源装置を示す概略斜視図である。
【図４６】図４６は、第３の実施形態による面光源装置に用いられる面状光源の構造の一例を示す斜視図である。
【図４７】図４７は、第３の実施形態における面状光源の異なる構造を示す概略断面図である。
【図４８】図４８は、第３の実施形態における面状光源のさらに異なる構造を示す概略断面図である。
【図４９】図４９は、第３の実施形態における面状光源のさらに異なる構造を示す概略断面図である。
【図５０】図５０は、本発明の第４の実施形態による液晶表示装置の構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、２０、３０ 面光源装置
１１、３１ 面状光源
１２ 入射側プリズムシート
１３ 出射側プリズムシート
１４、３９ 光出射面
１５、１６、３３、３６ 単位プリズム
１７ 拡散板
１８、３８ 発光源
１９、３７ 導光板
２１ 拡散シート
３２、３５ プリズムシート
３４ 面状光源
４０ 凹部
４１ 反射シート
４２ 拡散シート
４３ 凸部
５０ 液晶表示装置
５１ 液晶パネル
Ｖ 照射領域
Ｗ 不照射領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光出射面から光を出射する面状光源と、
前記面状光源の光出射面側に配置した第１のプリズムシートと、
前記第１のプリズムシートを介して前記面状光源と反対側に配置された第２のプリズムシートとを備えた面光源装置であって、
前記第１のプリズムシートは、前記面状光源の方向を向いた面に、頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、
前記第２のプリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、
前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートに垂直な方向から見て、前記第１のプリズムシートのプリズム長さ方向と前記第２のプリズムシートのプリズム長さ方向とのなす角度が１５°以下であることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記面状光源は、光出射面から出射する光が全体的に広がった指向特性を持つことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートの各プリズムの屈折率が１.５５以上であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項４】
光出射面から光を出射する面状光源と、前記面状光源の光出射面側に配置したプリズムシートとを備えた面光源装置であって、
前記面状光源の光出射面から出射する光の指向特性は、光出射面に垂直なある平面内において、指向特性のピーク方向が前記光出射面に垂直な方向に対して１０°よりも大きな角度をなし、
前記プリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下で屈折率が１.５５以上の一方向に長いプリズムを配列され、プリズム長さ方向を光出射面に垂直な前記平面に垂直な方向に向けて配置されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項５】
請求項１または４に記載した面光源装置に対向させて液晶パネルを配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１】
光出射面から光を出射する面状光源と、
前記面状光源の光出射面側に配置した第１のプリズムシートと、
前記第１のプリズムシートを介して前記面状光源と反対側に配置された第２のプリズムシートとを備えた面光源装置であって、
前記第１のプリズムシートは、前記面状光源の方向を向いた面に、頂角が７２°以上１００°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、
前記第２のプリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下の一方向に長いプリズムを配列されており、
前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートに垂直な方向から見て、前記第１のプリズムシートのプリズム長さ方向と前記第２のプリズムシートのプリズム長さ方向とのなす角度が１５°以下であることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記面状光源は、光出射面から出射する光が全体的に広がった指向特性を持つことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記第１のプリズムシート及び前記第２のプリズムシートの各プリズムの屈折率が１.５５以上であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項４】
光出射面から光を出射する面状光源と、前記面状光源の光出射面側に配置したプリズムシートとを備えた面光源装置であって、
前記面状光源の光出射面から出射する光の指向特性は、光出射面に垂直なある平面内において、指向特性のピーク方向が前記光出射面に垂直な方向に対して１０°よりも大きな角度をなし、
前記プリズムシートは、前記面状光源と反対方向を向いた面に、頂角が１００°以上１２５°以下で屈折率が１.５５以上の一方向に長いプリズムを配列され、プリズム長さ方向を光出射面に垂直な前記平面に垂直な方向に向けて配置されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項５】
請求項１または４に記載した面光源装置に対向させて液晶パネルを配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【公開番号】特開２００９−１１０７６５（Ｐ２００９−１１０７６５Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８０４４８（Ｐ２００７−２８０４４８）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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