(57)【要約】【課題】点状光源からの光に適用可能であり、輝度ムラを抑制可能な面光源装置及び直下型画像表示装置を提供する。【解決手段】矩形板状を成し、第一主面から入射した光を、第一主面と対向する第二主面から出射する偏向構造板１、当該偏向構造板１に光を照射する複数の点状光源５ａ，５ｂを備える面光源装置において、偏向構造板１の矩形の一辺に平行な仮想四角形３１の頂点に第一群の点状光源５ａを配置し、仮想四角形３１の対角線３２の交点に第二群の点状光源５ｂを配置する。これにより、光源と光源との間が暗くなることによる輝度ムラを好適に抑制することができる。【選択図】図７
2010287402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形板状を成し、第一主面から入射した光を前記第一主面と対向する第二主面から出射する偏向構造板と、
前記偏向構造板に光を照射する複数の点状光源と、を備える面光源装置において、
第１の方向に延在しており、前記第一主面に形成されている複数の第一凸状部と、
前記第１の方向に略直交する第２の方向に延在しており、前記第二主面に形成されている複数の第二凸状部と、
を有し、
複数の前記第一凸状部は、前記第２の方向において並列に配置されており、
複数の前記第一凸状部の各々は、一対の曲面形状の側面を有し、
各前記第一凸状部の前記第１の方向に直交する断面において、一対の前記側面の各々は、
当該側面上の各位置における接線と前記第１の方向との間の傾き角の符号が、当該第一凸状部の頂点から当該側面の端までの間で同じであると共に、当該頂点から当該端にわたって当該傾き角の大きさが単調増加しており、
当該頂点から当該端までの前記第２の方向の長さの８０％の範囲において、当該側面の各前記位置における当該傾き角に対する各前記位置の線素の変化率が正であると共に、前記範囲における前記変化率の最大値を前記変化率の最小値で除した値が５００以下となっている、
曲面であり、
複数の前記第二凸状部は、前記第１の方向において並列に配置されており、各前記第二凸状部は、板厚方向と交差する曲面で構成され、
前記複数の点状光源は、前記偏向構造板の矩形の一辺に平行な仮想四角形の頂点に対応する位置に各々配置された点状光源からなる第一群と、前記仮想四角形の対角線の交点に対応する位置に配置された点状光源からなる第二群とを有する
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から出射された光が照射される透過型画像表示部と、
を備えることを特徴とする直下型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置及び直下型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、液晶表示部のバックライトを出力する光源の一例として直下型の面光源装置が使用されている。例えば図８に示すように、直下型画像表示装置(１０２)として、透過型画像表示部４の背面側に光源（１０５）が配置されたものが広く用いられている。透過型画像表示部４は、液晶表示パネルであり、液晶セル(４Ａ)の両面に直線偏向板(４Ｂ，４Ｃ)が配置されている。光源(１０５)は、直管型の冷陰極線管などのような線状光源が用いられる。光源（１０５）は、複数本、互いに平行に配置されて用いられている。
【０００３】
直下型画像表示装置(１０２)では、光源(１０５)からの光を均一に分散させて透過型画像表示部（４）を均一に照明できることが望ましい。このため、直下型画像表示装置(１０２)では、光源(１０５)と透過型画像表示部（４）との間に、偏向構造板(１０１)が配置されている。この偏向構造板(１０１)は、光源側(１０５)から入射した光を、その向きを変えて反対側の透過型画像表示部（４）側から出射させる機能を有している。
【０００４】
図９は、従来の偏向構造板の一例を模式的に示す図である。図９に示す従来の偏向構造板(１０１)では、光源（１０５）側の主面(１０１ａ)及び透過型画像表示部（４）側の主面(１０１ｂ）に、複数の凸状部（１１０，１２０)が設けられている。また、凸状部（１１０，１２０）の側面は平面で構成されており、複数の凸状部(１１０，１２０)は、断面形状が三角形を成している。複数の凸状部（１１０，１２０）は、一方向に延在し、光源（１０５）側の主面(１０１ａ)では図９に示すｘ方向に延在し、透過型画像表示部（４）側の主面(１０１ｂ）では図９に示すｙ方向に延在している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９８９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、直管型冷陰極線管に代えて、省エネルギーの観点から、発光ダイオードを光源として用いることが検討されている。発光ダイオードは通常、点状光源であり、これを離散的に配置して用いられる。
【０００７】
しかし、従来の偏向構造板は、発光ダイオードのような点状光源と組み合わせて直下型画像表示装置に用いると、点状光源からの光を十分に均一なものとすることができず、透過型画像表示部により表示される画像は、点状光源の近傍と、これから離れた位置とで明るさが異なるものになるという輝度ムラの発生が問題となっていた。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、点状光源からの光に対して適用可能であり、輝度ムラを抑制可能な面光源装置及び直下型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による面光源装置は、矩形板状を成し、第一主面から入射した光を第一主面と対向する第二主面から出射する偏向構造板と、偏向構造板に光を照射する複数の点状光源と、を備える面光源装置において、第１の方向に延在しており、第一主面に形成されている複数の第一凸状部と、第１の方向に略直交する第２の方向に延在しており、第二主面に形成されている複数の第二凸状部と、を有し、複数の第一凸状部は、第２の方向において並列に配置されており、複数の第一凸状部の各々は、一対の曲面形状の側面を有し、各第一凸状部の第１の方向に直交する断面において、一対の側面の各々は、（ａ）側面上の各位置における接線と第１の方向との間の傾き角の符号が、第一凸状部の頂点から側面の端までの間で同じであると共に、頂点から上記端にわたって傾き角の大きさが単調増加しており、（ｂ）頂点から端までの第２の方向の長さの８０％の範囲において、側面の各位置における傾き角に対する各位置の線素の変化率が正であると共に、上記範囲における変化率の最大値を変化率の最小値で除した値が５００以下となっている、曲面であり、  複数の第二凸状部は、第１の方向において並列に配置されており、各第二凸状部は、板厚方向と交差する曲面で構成され、複数の点状光源は、偏向構造板の矩形の一辺に平行な仮想四角形の頂点に対応する位置に各々配置された点状光源からなる第一群と、仮想四角形の対角線の交点に対応する位置に配置された点状光源からなる第二群とを有する、ことを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、第一主面から入射された光が第二主面から出射される。この場合、光は、第一主面に形成された複数の第一凸状部を介して偏向構造板に入射され、第二主面に形成されている複数の第二凸状部を介して出射される。第一凸状部の延在方向と第二凸状部の延在方向とは略直交しているので、例えば、第一主面側に点状光源を配置したとしても面状の光として出射することができる。また、第一凸状部が有する一対の側面及び第二凸状部の表面が曲面として構成されていることから、曲面を通過する際の屈折により、通過位置に応じて光が種々の方向に偏向される。その結果、光が偏向構造板を通過することにより、光を十分に均一に分散させることができるので、輝度ムラを抑制可能である。このように、偏向構造板は、点状光源にも適用可能であって、例えば点状光源から出力された光であっても、十分に均一に分散させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る面光源装置では、偏向構造板の矩形の一辺に平行な仮想四角形の頂点に対応する位置に第一群の点状光源が配置され、仮想四角形の対角線の交点に対応する位置に第二群の点状光源が配置されるため、光源と光源との間が暗くなることによる輝度ムラを好適に抑制することができる。
【００１２】
また、本発明による直下型画像表示装置は、本発明に係る面光源装置と、当該面光源装置から出射された光が照射される透過型画像表示部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
前述したように、本発明に係る偏向構造板では、点状光源からの光を面状の光に変換することができ、その際、点状光源からの光を十分に均一に分散させることが可能である。また、本発明に係る面光源装置では、偏向構造板の矩形の一辺に平行な仮想四角形の頂点に対応する位置に第一群の点状光源が配置され、仮想四角形の対角線の交点に対応する位置に第二群の点状光源が配置されるため、光源と光源との間が暗くなることによる輝度ムラを好適に抑制することができる。上記直下型画像表示装置の構成によれば、点状光源からの光を、上記偏向構造板を通して出射するため、点状光源からの光を十分に均一に分散させて出射可能である。従って、本発明に係る直下型画像表示装置では、十分に均一に分散させられた光で透過型画像表示部を照射できるので、輝度ムラの抑制された画像を表示することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の偏向構造板は、点状光源からの光を十分に均一に分散させることができる。従って、この偏向構造体を点状光源と組み合わせて面光源装置に用いると、点状光源からの光を十分に均一に分散させられた面状の光を生成することができる。更に、偏向構造板を点状光源と組み合わせて直下型画像表示装置に用いると、透過型画像表示部により表示される画像は、点状光源の位置に拘わらず、均一な明るさで表示することができる。このように本発明によれば、点状光源に適用でき、輝度ムラを抑制可能な面光源装置、及びそれを備えた直下型画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る偏向構造板の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した偏向構造板の第１の方向に直交する断面形状を示す図面である。
【図３】第一凸状部の第１の方向に直交する断面形状を示す図面である。
【図４】図２に示した側面の一部の拡大図である。
【図５】図１に示した偏向構造板の第２の方向に直交する断面形状を示す図である。
【図６】図１に示した偏向構造板を備えた直下型画像表示装置の一例を模式的に示す図である。
【図７】本発明の面光源装置における点状光源の配置の一例を模式的示す図である。
【図８】従来の偏向構造板を用いた直下型画像表示装置の一例を模式的に示す図である。
【図９】従来の偏向構造板の一例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１７】
図１は、本発明に係る偏向構造板の一実施形態を模式的に示す斜視図である。偏向構造板１は、光を透過可能な板状体であり、光を均一に分散させるものである。偏向構造板１の平面視形状は、例えば長方形や正方形といった四角形状が挙げられる。偏向構造板１では、一方の主面を第一主面１ａとし、他方の主面を第二主面１ｂとする。第一主面１ａから入射した光は、反対側の第二主面１ｂから出射される。
【００１８】
図１に示すように、偏向構造板１の第一主面１ａには、複数の第１凸状部１０が形成されており、第二主面１ｂには、第二凸状部２０が形成されている。第一凸状部１０及び第二凸状部２０は、互いに反対側、すなわち、外側に凸である。また、第一凸状部１０及び第二凸状部２０は互いに異なる方向に延在している。第一凸状部１０の延在方向と第二凸状部２０の延在方向とは、互いに略直角に交わっており、具体的には８０°〜１００°、好ましくは８５°〜９５°の角度範囲で交わっており、理想的には９０°の角度で交わっている。本明細書では、第一凸状部１０の延在方向をｘ方向（第１の方向）とも称し、第二凸状部２０の延在方向をｙ方向（第２の方向）とも称する。また、偏向構造板１の板厚方向をｚ方向とも称する。
【００１９】
[第一凸状部]
図２は、偏向構造板を、第一凸状部の延在方向に対して垂直な方向で切断した断面図である。
【００２０】
複数の第一凸状部１０は、ｙ方向に並列に形成されている。隣り合う第一凸状部１０，１０同士は互いに接している。すなわち、隣り合う第一凸状部１０，１０の端１１は、ｙ方向において同じ位置となる。この構成では、隣接する第一凸状部１０，１０間には、端１１を底部とするｘ方向に延在する第一溝部が形成されていることになる。複数の第一凸状部１０の各々は、互いに同一の断面形状を有しており、各第一凸状部１０の断面形状は、延在方向（ｘ方向）において均一である。
【００２１】
各第一凸状部１０は、図２に示す断面形状において下方に頂点１２を有する。頂点１２は、ｙ方向における端１１，１１間の中央に位置する。
【００２２】
第一凸状部１０の高さｈａは、頂点１２と端１１とのｚ方向における距離を示すものである。高さｈａは、４０μｍ〜８００μｍ、好ましくは８０μｍ〜４００μｍである。第一凸状部１０の幅ｗａは、第一凸状部１０の両端１１，１１間のｙ方向における距離を示すものである。幅ｗａは４０μｍ〜８００μｍ、好ましくは８０μｍ〜４００μｍである。また、高さｈａと幅ｗａとの比(ｈa／ｗa)は通常０．７〜２．０、好ましくは１．２〜１．５である。
【００２３】
第一凸状部１０は、第二主面１ｂと反対側に向けて先細りしたプリズム形状をなしており、一対の側面１３ａ，１３ｂを有する。各側面１３ａ，１３ｂは図２に示すように曲面である。ここで、図３を利用して各側面１３ａ，１３ｂの形状について説明する。  
【００２４】
図３は、第一凸状部の側面の曲面形状を説明するための図面である。ここでは、図３に示すように、頂点１２を原点とし、互いに直交するｕ軸及びｖ軸を有するｕｖ座標系を使用して説明する。図３におけるｕ軸方向及びｖ軸方向は、図２におけるｘ方向及びｚ方向に対応する。また、第一凸状部１０の延在方向に直交する断面形状において、第一凸状部１０における頂点１２が側面１３ａ及び側面１３ｂの各々の一方の端に対応し、第一凸状部１０における端１１，１１が、それぞれ側面１３ａ，１３ｂの他方の端に対応する。よって、以下の説明では、図３に示すように、第一凸状部１０の端１１，１１のうち側面１３ａ，１３ｂの頂点１２側と反対側の端に対応するものをそれぞれ端１１ａ，１１ｂとも称する。
【００２５】
各側面１３ａ，１３ｂの曲面形状は次の条件を満たしている。
・条件（Ｉ）：側面１３ａ，１３ｂの各位置での接線のｕ軸に対する傾き角の符号（正又は負）が頂点１２から各側面１３ａ，１３ｂの端１１ａ，１１ｂ側において同じであり、その傾き角の大きさが頂点１２から側面１３ａ，１３ｂの端１１ａ，１１ｂにかけて単調増加している。
・条件（ＩＩ）：側面１３ａ，１３ｂの各位置における接線のｕ軸に対する傾き角に対する各位置での線素の変化率が常に正で、その変化が緩やかである。
【００２６】
条件（Ｉ）,（ＩＩ）について、側面１３ｂ側を例にして説明する。側面１３ｂの場合、条件（Ｉ）は、側面１３ｂの各位置での接線のｕ軸に対する傾き角が頂点１２から側面１３ｂの端１１ｂ側において正であり、その傾き角の大きさが頂点１２から側面１３ｂの端１１ｂにかけて単調増加している、ことになる。これは、図３に示すように、側面１３ｂが、頂点１２から側面１３ｂの端１１ｂにかけて側面１３ｂが急峻になっていることを示している。
【００２７】
図４は、図３に示した側面１３ｂの一部の拡大図である。図４では、光Ｆが側面１３ｂで反射する状態を模式的に示している。図４を利用して、条件（ＩＩ）について説明する。
【００２８】
側面１３ｂ上の点ｐ１のｕｖ座標系での位置座標を（ｕ０，ｖ０）とする。点ｐ１より裾部側の点であって点ｐ１の近傍の点を点ｐ２とする。点ｐ１及び点ｐ２の間のｕ軸方向及びｖ軸方向の距離差をそれぞれΔｕ及びΔｖとすると、点ｐ２のｕｖ座標系での位置座標は（ｕ０＋Δｕ，ｖ０＋Δｖ）で表される。また、点ｐ１，ｐ２をつなぐ微小曲線要素１３ｂｓの長さをΔｓとする。微小曲線要素１３ｂｓは、点ｐ１及び点ｐ２が近いことから直線ｌａで近似できる。この場合、直線ｌａの長さは実質的に微小曲線要素１３ｂｓの長さΔｓに等しい。換言すれば、Δｕ，Δｖは、直線ｌａが点ｐ１及び点ｐ２間の微小曲線要素１３ｂｓの近似直線になる大きさである。
【００２９】
点ｐ１における接線ｌのｕ軸方向に対する傾き角をθとすると、次式が成り立つ。
【数１】
2010287402.tif 000003
また、長さΔｓは次式のように表される。
【数２】
2010287402.tif 000004
【００３０】
図４では図示の都合上、点ｐ１及び点ｐ２は図４に示すように一定距離だけ離れているとしたが、点ｐ２が点ｐ１に無限に近いものと考えることができる。この場合、直線ｌａは、接線ｌに実質的に等しくなる。そして、式（２）及び式（３）は、微分記号を用いて、
【数３】
2010287402.tif 000005
【数４】
2010287402.tif 000006
と表される。
【００３１】
上記式（４）で定義される傾き角θは、前述したように側面１３ａの点ｐ１における接線ｌがｕ軸方向となす角度である。また、式（５）で表されるｄｓが点ｐ１における線素である。
【００３２】
式（４）の両辺をθで微分すると次式が成り立つ。
【数５】
2010287402.tif 000007
【００３３】
そして、式（６）より、
【数６】
2010287402.tif 000008
が成り立つ。
【００３４】
また、式（７）と式（５）より、
【数７】
2010287402.tif 000009
が成り立つ。
【００３５】
式（８）で定義されるｄｓ／ｄθが、側面１３ｂの各位置での接線の傾き角θに対する上記各位置での線素の変化率を示している。そして、上記（ＩＩ）では、ｄｓ／ｄθが常に正で、緩やかに変化することになる。
【００３６】
「ｄｓ／ｄθの変化が緩やか」の意味について説明する。図３に示したｕｖ座標において第一凸状部１０の裾部側の端１１ｂがｕ＝ｕｔの位置にあるとすると、「ｄｓ／ｄθの変化が緩やか」とは、ｕｖ座標における原点Ｏ（ｕ＝０）の位置からｕ＝ｕｔの位置まで距離の８０％の範囲、すなわち、ｕ＝０からｕ＝ｕｔ×０．８までの範囲（以下、所定範囲と称す）に対応する側面１３ｂの領域の各位置において、所定範囲内でのｄｓ／ｄθの最大値を所定範囲内でのｄｓ／ｄθの最小値で除した値（最大値／最小値）が５００以下であることを意味する。（最大値／最小値）は、好ましくは１００以下、更に好ましくは１０以下である。
【００３７】
側面１３ｂを例にして条件（Ｉ），（ＩＩ）について説明したが、側面１３ａについても同様である。側面１３ａでは、接線の傾きが側面１３ｂの場合と反対になるため、側面１３ａの場合、条件（Ｉ）は、側面１３ａの各位置での接線のｕ軸に対する傾き角が頂点１２から側面１３ａの端１１ａ側において負であり、その傾き角の大きさが頂点１２から側面１３ａの端１１ａにかけて単調増加していることになる。
【００３８】
上述した条件（Ｉ），（ＩＩ）を満たす側面１３ａ，１３ｂとしては、ｕｖ座標系において側面１３ａ，１３ｂを表す曲線が次式で表されるものが例示される。
【数８】
2010287402.tif 000010
ただし、Θ＝５３°である。また、式（８）における係数ａ，ｂ，ｃとしては、例えば、ａ＝ｂ＝０．８，ｃ＝０、又はａ＝０．６，ｂ＝０．４５，ｃ＝０．３５である。
【００３９】
また、第一凸状部１０の先端部で側面１３ａ，１３ｂが形成する頂角は、屈折率に依存するが、例えば５５°以上８０°以下である。側面１３ａ，１３ｂが形成する頂角は、第一凸状部１０の先端部近傍の側面１３ａ，１３ｂを直線近似した際に形成される角度とすることができる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態の偏向構造板１では第一凸状部１０の側面１３ａ，１３ｂは条件（Ｉ）、（ＩＩ）を満たす曲面である。この場合、側面１３ａ，１３ｂの曲面形状は、一定の傾斜角を有する平面の場合よりも頂点１２から端１１ａ，１１ｂにかけてｖ軸方向により近づくように緩やかに変化していることになる。
【００４１】
上述した第一凸状部１０は、条件（Ｉ），（ＩＩ）を満たす側面１３ａ，１３ｂの曲面形状を直接設計してもよいが、例えば、次のようにすることができる。すなわち、所定のプリズム頂角（例えば、５５°以上８０°以下）を有し、一対の側面の各々が複数の平面領域からなるプリズム形状を予め設計する。この際、各側面が有する複数の平面領域は、第一凸状部１０の端１１ａ，１１ｂとなるべき側において、ｚ方向とのなす角度が小さくなるように設計しておく。また、プリズム形状の裾部側の平面領域への光の入射時の透過率を所定の透過率（例えば７０％以下）になるように設計しておくことも好ましい。このようなプリズム形状の各側面の輪郭線を曲線でフィッティングし、フィッティング曲線が条件（Ｉ），（ＩＩ）を満たすものとなるように、フィッティング曲線を表す方程式の各種パラメータを変更して側面１４，１４の曲面形状を設計することができる。
【００４２】
〔第二凸状部〕
図５を利用して第二凸状部について説明する。図５は、第二凸状部をその延在方向(y)に対して垂直な方向で切断した断面図である。
【００４３】
複数の第二凸状部２０は、ｘ方向に並列に形成されている。隣り合う第二凸状部２０，２０同士は互いに接している。すなわち、隣り合う第二凸状部２０，２０の端２１，２１は、ｘ方向において同じ位置となる。この構成では、隣接する第二凸状部２０間には、端２１を底部とするｙ方向に延在した第二溝部が形成されていることになる。複数の第二凸状部２０の各々は、互いに同一の断面形状を有しており、各第二凸状部２０の断面形状は、延在方向（ｙ方向）において均一である。
【００４４】
各第二凸状部２０は、図５に示すよう断面形状において上方に頂点２２を有する。この頂点２２は、ｘ方向における端２１，２１の中央に位置する。
【００４５】
第二凸状部２０の高さｈｂは、頂点２２と端２１とのｚ方向における距離を示すものである。高さｈｂは、２０μｍ〜４００μｍ、好ましくは４０μｍ〜２００μｍである。第二凸状部２０の幅ｗｂは、端２１，２１間のｘ方向の距離を示すものである。幅ｗｂは４０μｍ〜８００μｍ、好ましくは８０μｍ〜４００μｍである。また、高さｈｂと幅ｗｂとの比(ｈｂ／ｗｂ)は０．２〜１、好ましくは０．３〜０．７である。
【００４６】
第二凸状部２０は、ｚ方向と交差する表面２３が曲面を成すように構成された形状である。第二凸状部２０は、例えばその断面形状の輪郭が式（１０）で示される形状が挙げられる。
【数９】
2010287402.tif 000011
上記式（１０）において、Ｚは、第二凸状部２０の断面における頂点２２を原点としたときのｚ方向の頂点２２からの距離（μｍ）を示し、Ｗは、頂点２２を原点としたときのｙ方向の頂点２２からの距離（μｍ）を示す。また、ｋｂは、任意の定数であり、通常−０．７５〜＋０．７５、好ましくは−０．７５〜＋０．２５の範囲から選択可能である。定数ｋｂは、第二凸状部２０のとがり方を示すパラメータである。例えば定数ｋａが０のときは放物線となり、定数ｋｂが１のときはプリズム形状となり、定数ｋｂが−１のときは楕円を半分に切った形状となる。
【００４７】
上記第二凸状部２０の形状を規定する、上記高さｈｂ、幅ｗｂ及び式（２)における定数ｋｂの値の例としては表１のものが挙げられる。
【表１】
2010287402.tif 000012
【００４８】
以上、第一凸状部１０及び第二凸状部２０について説明したが、光の入射側に形成される第一凸状部１０は、光の出射側に形成された第二凸状部２０より尖っていることが好ましい。また、第一凸状部１０の高さｈａは、第二凸状部２０の高さｈｂより高いことが好ましい。
【００４９】
また、第一凸状部１０及び第二凸状部２０を有する偏向構造板１の厚みｈ１は、第一凸状部１０の頂点１２から第二凸状部２０の頂点２２までのｚ方向の距離である。偏向構造板１の厚みｈ１は、０．３ｍｍ〜６ｍｍが例示され、好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍである。また、偏向構造板１の最小厚みｈ２は、第一凸状部１０の端１１と第二凸状部２０の端２１とのｚ方向の距離であり、第一主面１ａに形成された第一溝部の底部と第二主面２ｂに形成された第二溝部の底部とのｚ方向の距離である。偏向構造板１の最小厚みｈ２は、０．１ｍｍ〜５ｍｍが例示され、好ましくは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍである。
【００５０】
偏向構造板１を構成する材料としては通常、その内部で光を散乱させることなく透過させることのできる透明材料が用いられる。偏向構造板１に適用可能な透明材料として、例えば、無機ガラスなどの透明無機材料が挙げられる。また、偏向構造板１に適用可能な透明材料としては、比較的軽量で加工が容易な材料である透明樹脂材料が好ましい。この透明樹脂材料としては、例えばメタクリル樹脂、スチレン樹脂、スチレン−メタクリル酸共重合体樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。
【００５１】
透明材料は通常、光拡散剤などを分散させることなく用いられるが、本発明の目的を損なわない範囲であれば、僅に光拡散剤を透明材料中に分散させて用いてもよい。
【００５２】
図１に示した偏向構造板１は、例えば透明材料から削り出す方法により製造することができる。また、透明材料として透明樹脂材料を用いる場合は、例えば射出成形法、押出成型法、プレス成形法などの方法により製造することができる。
【００５３】
次に、偏向構造板１が組み込まれた直下型画像表示装置について説明する。図６は、図１に示した偏向構造板が組み込まれた直下型画像表示装置の一例を示す模式図である。図６では、直下型画像表示装置２の断面構成を分解図として模式的に示している。直下型画像表示装置２は、面光源装置３と、面光源装置３の前面側（正面側）に配置された透過型画像表示部４とを備えている。
【００５４】
透過型画像表示部４としては、例えば液晶セル４Ａの両面に直線偏光板４Ｂ，４Ｃが配置された液晶表示パネルが挙げられる。
【００５５】
面光源装置３は、偏向構造板１の背面側に配置された複数の点状光源５を備える。点状光源５は、例えば発光ダイオードが挙げられる。複数の点状光源５は、ｘ方向及びｙ方向に対して離散的に配置されており、各方向において例えば互いに等間隔となるように配置されて用いられる。
【００５６】
〔光源の配列方法〕
図７は、本発明の面光源装置における点状光源の配置の一例を模式的示す図である。図７では、偏向構造板１を仮想線で示し、偏向構造板１側見た点状光源５（５ａ，５ｂ）の配置を示している。図７に示すように、本発明の面光源装置３における複数の点状光源６（５ａ，５ｂ）は、偏向構造板１の矩形の辺に平行な仮想四角形３１の頂点に対応する位置に各々配置された第一群の点状光源５ａと、仮想四角形３１の対角線３２の交点に対応する位置に配置された第二群の点状光源５ｂとを備えている。換言すると、第一群の点状光源５ａが構成する仮想四角形（単位四角形）３１の重心に第二群の点状光源５ｂが配置されている。すなわち、第一群及び第二群の点状光源５ａ，５ｂは、千鳥格子状に配置されている。なお、第一群及び第二群の点状光源５ａ，５ｂとして、同一の性能を有するＬＥＤが使用されている。また、点状光源５ａは、偏向構造板１の矩形の四隅に対応する位置にも配置されている。
【００５７】
〔光源〕
光源５（５ａ，５ｂ）としては、前記配列方法において、一つの箇所（仮想四角形の頂点に対応する位置、対角線の交点に対応する位置）に一つのＬＥＤを配置してもよく、一つの箇所に一つの光源の単位として複数のＬＥＤを配置してもよい。例えば、赤、緑、青の異なる三色のＬＥＤを近づけて並べて、そのかたまりを一つの光源５ａ，５ｂとみなして、上述した配列方法に従い配列しても良い。その場合は、異なるＬＥＤ同士はできるだけ近づいて配置されることが望ましい。または、例えば白色のＬＥＤを上述の配列方法に従い配列してもよい。
【００５８】
点状光源５としては、砲弾型、サイドエミッション型など、様々の出光分布を持つものがあるが、ランバーシャン型（等方散乱型）の出光分布を持つものが好ましく用いられる。ランバーシャン型の出光分布の特徴としては、ＬＥＤの光源に対して法線方向の光度が最大となり、光度分布の半値幅が４０度以上８０度以下であることが挙げられる。
【００５９】
面光源装置３において、偏向構造板１は、その第一主面１ａが点状光源５側となり、第二主面１ｂが透過型画像表示部４側となるように配置されている。
【００６０】
図６に示したように、偏向構造板１を直下型画像表示装置２に組み込んだ場合を例にして偏向構造板１の作用効果について説明する。
【００６１】
点状光源５から光を出力すると、点状光源５からの光は、偏向構造板１の第一主面１ａに形成された第一凸状部１０の側面１３ａ，１３ｂを介して偏向構造板１内に入射される。偏向構造板１に入射された光は、偏向構造板１内を進行し、第二主面１ｂに形成された第二凸部２０の表面２３を介して出射される。偏向構造板１では、ｘ方向に延在する第一凸状部１０とｙ方向に延在する第二凸状部２０とが略直交するように形成されていることから、点状光源５から出力された光を面状の光に変換することができる。
【００６２】
偏向構造板１は、第一凸状部１０の側面１３ａ，１３ｂ及び第二凸状部２０の表面２３が曲面として構成されているので、そのような曲面を通過する際の屈折により、通過位置に応じて光が種々の方向に偏向される。その結果、点状光源５からの光が偏向構造板１を通過することにより、光が拡散される。この拡散作用により、偏向構造板１では、点状光源５からの光を十分に均一に分散させることができ、結果として、輝度ムラが抑制された光を出射可能である。
【００６３】
このように、偏向構造板１は、入射時及び出射時に光を適宜偏向することにより、輝度ムラを調整しており、光制御板として機能している。また、上記のような拡散作用の観点からは、偏向構造板１は、光拡散板として機能していることになる。
【００６４】
ところで、一般的に、ｘ方向に直交する断面において、点状光源５の真上及びその近傍の方が、隣接する点状光源５間上の偏向構造板の領域よりも点状光源５に近いことから、偏向構造板により多くの光が入射されやすい。これは、直下型画像表示装置の薄型化が図られるにつれて顕著になる。
【００６５】
これに対して、本実施形態における偏向構造板１では、第一凸状部１０の側面１３ａ，１３ｂが、条件（Ｉ），（ＩＩ）を満たす曲面形状を有しているので、頂点１２から両端１１，１１に向けて、側面１３ａ，１３ｂの形状はｙ方向に対する角度が大きくなっている、すなわち、側面１３ａ，１３ｂは、端１１ａ，１１ｂにかけてより急峻である。そのため、第一凸状部１０の端１１ａ、１１ｂ近傍では、点状光源５からの光が入射しにくく、結果として、点状光源５真上及びその近傍での光の入射量が低減される。従って、ｘ方向に直交する断面において、ｙ方向に対する点状光源５と第一凸状部１０との位置関係による入射光量の差を低減でき、輝度ムラの抑制が図られている。
【００６６】
更に、本実施形態の第一凸状部１０では、側面１３ａ，１３ｂが曲面であり、その曲面形状は、頂点１２から端１１ａ，１１ｂにかけて緩やかに変化している。そのため、第一凸状部１０内を伝搬してきた光が側面１３ａ，１３ｂで第二凸状部２０側に反射される際、その反射方向も緩やかに変化し、反射光がより広がる。すなわち、第一凸状部１０への入射による拡散効果がより大きくなる。従って、偏向構造板１では、前述したように、複数の点状光源５からの光を面状の光に変換することができると共に、輝度ムラの抑制をより図ることが可能である。
【００６７】
なお、隣接する２点状光源５，５間の中央部真上及びその近傍に位置する第一凸状部１０に対しては、第一凸状部１０の先端部、例えば図２において頂点１２を含む第一凸状部１０の下側１／３の領域に点状光源５からの光が入射しやすい。この場合、第一凸状部１０に入射した光は、第一凸状部１０内で全反射される傾向にあるので、光の利用効率が向上している。その結果、ｘ方向に直交する断面において、ｙ方向での点状光源５と、第一凸状部１０の位置関係による入射光量の差がさらに低減され、輝度ムラの抑制がより確実になる。
【００６８】
第一凸状部１０の上記先端部においてより確実に全反射させる観点からは、例えば、前述した第一凸状部１０の設計方法の一例において、準備段階として設計するプリズム形状の頂角を、第一凸状部１０が隣接する点状光源５，５間の中央部上に位置した場合に、隣接する点状光源間の距離や点状光源と偏向構造板との間の距離などに基づいて、全反射が可能な角度に設計しておくことが好ましい。
【００６９】
また、面光源装置３は、上記の偏向構造板１、及びこの偏向構造板１に光を照射する点状光源５を備える構成であることから、点状光源５からの光を偏向構造板１により、十分に均一に分散させることができる。そのため、面光源装置３では、輝度ムラが抑制された面状の光を出射することができる。
【００７０】
また、直下型画像表示装置２は、上記の面光源装置３、及びこの面光源装置３から出射された光が照射される透過型画像表示部４を備える構成である。面光源装置３からは前述したように、点状光源５からの光が偏向構造板１により十分に均一に分散させられ、輝度ムラが抑制された面状の光を出射できる。そして、直下型画像表示装置２では、面光源装置３から出射された光で透過型画像表示部を照明するので、直下型画像表示装置２では、輝度ムラが抑制された画像を表示することができる。
【００７１】
また、直下型画像表示装置２では、偏向構造板１の矩形の一辺に平行な仮想四角形３１の頂点に対応する位置に第一群の点状光源５ａが配置され、仮想四角形３１の対角線３２の交点に対応する位置に第二群の点状光源５ｂが配置されるため、光源と光源との間が暗くなることによる輝度ムラを好適に抑制することができる。
【００７２】
以上、本発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、隣接する第一凸状部１０の端１１，１１は接しているとしたが、隣接する第一凸状部１０，１０間、より具体的には、一方の第一凸状部１０の端１１と、他方の第一凸状部１０の端１１との間に平坦な領域が形成されていてもよい。これは、第二凸状部２０，２０に対しても同様である。また、複数の点状光源は、ｘ方向及びｙ方向それぞれにおいて等間隔に配置されているとしたが、必ずしも等間隔でなくても良い。
【００７３】
また、直下型画像表示装置２は、図６に示したように、偏向構造板１と透過型画像表示部４との間に配置された光拡散板６を備えていてもよい。光拡散板６としては、透明材料中に光拡散剤が分散されたものを使用することができる。また、透明材料からなる板の片面または両面に細かな凹凸を設けたものも使用することができる。光拡散板６の厚みは、通常０．０５ｍｍ〜１ｍｍであり、フィルム状であってもよい。かかる光拡散板６を備えることにより、偏向構造板１の第二主面１ｂから出射した光を更に拡散させて、より均一に透過型画像表示部４を照明することができ、点状光源５近傍とそれ以外の場所との明るさの差がより少ない画像を表示することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…偏向構造板、１ａ…第一主面、１ｂ…第二主面、１０…第一凸状部、１１…第一凸状部のｙ方向の端（第一溝部の底部）、１２…第一凸状部の頂点、２０…第二凸状部、２１…第二凸状部のｘ方向の端（第二溝部の底部）、２３…第二凸状部の頂点、２…直下型画像表示装置、３…面光源装置、４…透過型画像表示部、４Ａ…液晶セル、４Ｂ，４Ｃ…直線偏光板、５…点状光源（発光ダイオード）、５ａ…第一群の点状光源、５ｂ…第二群の点状光源、６…光拡散板、３１…仮想四角形、３２…対角線、ｈ１…偏向構造板の板厚（第一凸状部の頂点から第二凸状部の頂点までの距離）、ｈ２…偏向構造板の最小板厚（第一溝部の底部から第二溝部の底部までの距離）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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