(57)【要約】【課題】正面輝度と、光の利用効率とを高めた直下方式の面光源素子において、正面方向と斜め方向に輝度の均一性を高めて画面品位を向上させる。【解決手段】本発明の面光源素子は、一般に用いられる微粒子拡散板を、出射面に第１畝状凸部２４１と、第２畝状凸部２４２とを有した光制御部材２に置き換える。第２畝状凸部２４２によってより斜め方向に入射した光を正面方向付近に偏向させ、また第２畝状凸部２４２から大きく斜め方向に出射する光を第１畝状凸部２４１に入射させ、光源側へ戻すことによって、正面方向と斜め方向の高い輝度の均一性を実現する。【選択図】図１
2010249851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸とに平行なＸ−Ｙ平面の法線の一方を正面方向として、
少なくとも、複数の光源と、前記複数の光源からの光を反射する反射板と、少なくとも１枚の、シート状とフィルム状とのうちのいずれかで形成される光制御部材とを備え、前記反射板と、前記光制御部材とは、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置され、前記複数の光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内に離散的に配置され、前記反射板と、前記複数の光源と、前記光制御部材とがこの順に前記正面方向に向かって配置されている面光源素子であって、
前記光制御部材は、
光が出射する側に、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第１畝状凸部と、Ｘ軸に直交しＹ軸に平行な複数の第２畝状凸部とからなる光制御手段を備え、
第１畝状凸部と第２畝状凸部とはＸ軸方向に沿って交互に配置され、
前記第１畝状凸部について、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面幅をａ１、前記第１畝状凸部の高さをｂ１、前記第２畝状凸部について、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面幅をａ２、前記第２畝状凸部の高さをｂ２として、
θ＝ｔａｎ−１[（ａ１＋ａ２）／２／（ｂ１−ｂ２）]
としたとき、θが４０度以上６０度以下であることを特徴とする面光源素子。
【請求項２】
前記第１畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度以上８０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の面光源素子。
【請求項３】
前記第２畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が４５度以上８０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の面光源素子。
【請求項４】
前記第１畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線が、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の面光源素子。
【請求項５】
前記第２畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線が、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の面光源素子。
【請求項６】
Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、前記第１畝状凸部の断面幅ａ１と、前記第１畝状凸部の高さｂ１の比ｂ１／ａ１が、０．２８以上０．５８以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の面光源素子。
【請求項７】
Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、前記第２畝状凸部の断面幅ａ２と、前記第１畝状凸部の高さｂ２の比ｂ２／ａ２が、０．３８以上０．６５以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の面光源素子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の面光源素子が備える光制御部材。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の面光源素子の前記正面方向に透過型表示装置を配置することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源を有する面光源素子と、面光源素子が備える光制御部材及びこの面光源素子を用いた画像表示装置に関するものであり、特に、大型で高輝度と輝度均一性が要求される照明看板装置、液晶ディスプレイ装置等に用いられる直下方式の面光源素子と、面光源素子が備える光制御部材及びこの面光源素子を用いた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、画像表示装置に用いられる面光源素子では、エッジライト方式と直下方式がある。エッジライト方式は、導光板の端面に配置した光源からの光を、導光板によって端面と直交する主面から正面方向に取り出す方式であり、直下方式は、複数の光源を装置の背面に並べ、拡散板に光を入射し、拡散板で光を均一化して入射面と対向する出射面に光を取り出す方式である。
【０００３】
携帯電話やモバイルパソコンに用いられる画像表示装置では、装置の薄さが要求される為、光源を装置の側端に備えることで薄型に対して有利なエッジライト方式が主流である。一方で、テレビやパソコンのモニタでは、画像表示装置の大型化、高輝度化、低消費電力化の要求が高まっている。大型の画面では、画面面積に対する周辺部の長さの割合が減少し、十分な輝度を得ることが出来ない。また、導光板が厚くなり、重量が増加する。従って、大型の面光源素子では直下方式が主流となっている。
【０００４】
直下方式の面光源素子においては、輝度均一性の向上、正面輝度の向上、薄型化、低消費電力化即ち省エネルギー化が要求される。輝度均一性は、特には、光源像による画面中の明暗差の解消が挙げられ、画像表示装置、照明看板等の照射面を観察する用途では重要である。
【０００５】
直下方式の面光源素子は、光源、反射板、拡散板、拡散シート等を備えている。反射板は光源から背面側に出射した光を正面方向に反射させ、拡散板は光を拡散させる微粒子が分散されており、光源の像を低減する機能を有している。また、更に輝度均一性を高め、正面輝度を向上させる為に拡散シートやプリズムシートが使用されている。
【０００６】
高い輝度均一性を実現する手段には、多数の光源を密に配置することや、拡散板の微粒子を増加させることが挙げられるが、いずれも省エネルギーの観点から好ましくない。
【０００７】
輝度均一性と正面輝度を改善する別の手段として、反射板に独特の形状を持たせること（例えば、特許文献１参照）が提案されているが、光源との位置合わせが必要であり、生産効率の低下や反射板の形状によって薄型化が阻害される可能性がある。また光源毎に、光源に対向して反射部材を設置する方法（例えば、特許文献２参照）や、光源毎に、例えばフレネルレンズのような光線方向変換素子を設置する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されているが、光源との正確な位置合わせが必要であり、生産効率の低下を招く。
【０００８】
また、輝度均一性を高める為に、畝状の凸部を出射面に形成した拡散板を使用すること（例えば、特許文献４、特許文献５参照）が提案されている。この拡散板は、光を拡散させる微粒子の大幅な削減、もしくは不使用を実現し、光の利用効率が高い為に省エネルギーの観点から適している。また、光源との厳密な位置合わせの必要がないことから高い生産効率が得られる。しかし、この拡散板は、正面方向には高い輝度均一性を得ることができるものの、斜め方向からは光源像が視認され、画像表示装置に使用した場合には、画面品位の低下を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許２８５２４２４号公報
【特許文献２】特開２０００−３３８８９５号公報
【特許文献３】特開２００２−３５２６１１号公報
【特許文献４】特開２００６−３４３６７２号公報
【特許文献５】特開２００７−１２５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明では、例えば画像表示装置等に用いられる直下型の面光源素子であって、高輝度で、かつ、正面方向と、斜め方向との輝度の均一性が高く、かつ、光の利用効率及び生産性が高い面光源素子と、当該面光源素子が備える光制御部材及び当該面光源素子を用いた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】
【００１１】
本発明では、一般に用いられている光を拡散させる微粒子を分散させた拡散板を、出射面に交互に配置された第１畝状凸部と第２畝状凸部とを有する光制御部材に置き換えることによって上記の課題を解決する。具体的には、光制御部材は、第２畝状凸部で不要な方向に出射した光を第１畝状凸部に再度入射させることによって斜め方向に出射する光を制御することを可能とする第１畝状凸部と第２畝状凸部とを備える。
【００１２】
即ち、本発明の面光源素子の一態様は、
Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸とに平行なＸ−Ｙ平面の法線の一方を正面方向として、
少なくとも、複数の光源と、前記複数の光源からの光を反射する反射板と、少なくとも１枚のシート状、またはフィルム状の光制御部材とを備え、
前記反射板と、前記光制御部材とは、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置され、
前記複数の光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内に離散的に配置され、
前記反射板と、前記複数の光源と、前記光制御部材とがこの順に正面方向に向かって配置されている面光源素子であり、
前記光制御部材は、
主に光が出射する側に、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第１畝状凸部と、Ｘ軸に直交しＹ軸に平行な複数の第２畝状凸部とからなる光制御手段を備え、
第１畝状凸部と第２畝状凸部はＸ軸方向に沿って交互に配置され、
前記第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面幅をａ１、
前記第１畝状凸部の高さをｂ１、
前記第２畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面幅をａ２、
前記第２畝状凸部の高さをｂ２として、
θ＝ｔａｎ−１[（ａ１＋ａ２）／２／（ｂ１−ｂ２）]
としたとき、θが４０度以上６０度以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、発明の面光源素子の一態様において、
前記第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度以上８０度以下の範囲であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、発明の面光源素子の一態様において、
前記第２畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が４５度以上８０度以下の範囲であることが好ましく、
前記第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線が、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線からなることが好ましい。
さらに、前記第２畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線が、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線からなることが好ましく、
Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、前記第１畝状凸部の断面幅ａ１と、前記第１畝状凸部の高さｂ１の比ｂ１／ａ１が、０．２８以上０．５８以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光制御部材の一態様は、上述した面発光素子が備えている部材である。さらに、本発明の画像表示装置の一態様は、上述した面光源素子の正面方向に透過型表示装置を配置したものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に用いる光制御部材は、出射面に第１畝状凸部と第２畝状凸部とからなる光制御手段を備え、第２畝状凸部から斜め方向に出射した光を第２畝状凸部に入射させることによって、正面方向へ出射する光の制御と斜め方向への光の制御とを実現し、正面方向、斜め方向共に光源像を低減した高い輝度の均一性を実現する機能を有している。
【００１７】
光制御手段を有した光制御部材の使用により、微粒子拡散材の使用を回避または大幅に削減することが可能であり、光の吸収や不要な方向への出光が低減されるために、光の利用効率を高め、省エネルギー化を実現できる。
【００１８】
また、本発明に用いる光制御部材は、主面において均一な光学性能を有するために、光源や反射板との厳密な位置合わせの必要が無く、高い生産性を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の面光源素子の一例を示す図である。
【図２】光源として点状光源を用いた形態の一例を示す図である。
【図３】本発明における光制御部材に入射した光の方向を示す図である。
【図４】畝状凸部に入射した光の方向を示す図である。
【図５】第１畝状凸部のみを有する光制御部材に入射した光の方向を示す図である。
【図６】第２畝状凸部のみを有する光制御部材に入射した光の方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２１】
本発明に係る面発光素子は、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸とに平行なＸ−Ｙ平面の法線の一方を正面方向として、少なくとも、複数の光源と、反射板と、光制御部材とを備える。また、光制御部材は、主に光が出射する側に第１畝状凸部と第２畝状凸部とを有する。以下、図面を用いて具体的に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１の面光源素子の一例を図１に示す。図１に示す面発光素子では、複数の光源として線状光源１、光制御部材２、及び、反射板として反射シート３を備える例を示している。光制御部材２は、主に光が出射する側に第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とが交互に配置されている。以下の説明では、第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とを「光制御手段」ともいう。また、光制御部材２は、出射面を含む。以降の説明では、光制御部材２の主面に平行な面のうち、光源側と反対となる、主に光を出射する側を出射面とする。
【００２３】
反射板は、光源から背面側に出射した光を正面方向に反射させる機能を持つ。反射率は９５％以上のものが光の利用効率が高く望ましい。反射板の材質は、アルミ、銀、ステンレスなどの金属箔や、白色塗装、発泡ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）樹脂などが挙げられる。光の利用効率を高めるためには材質の反射率が高いものが望ましい。これには銀、発泡ＰＥＴなどが挙げられる。また、輝度均一性を高めるためには材質は拡散反射をするものが望ましい。これには発泡ＰＥＴなどが挙げられる。
【００２４】
光源としては特に制限は無いが、蛍光管等の線状光源や、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点状光源を用いることができる。また、ＬＥＤ等の点状光源を狭い間隔で直線状に配列した線状光源も用いることができる。
【００２５】
ＬＥＤ等の点状光源を用いることによって、高い色再現性が実現でき、画面品位の高い面光源素子が得られる。点状光源を用いる場合には、図２に示すように、光制御部材２を畝状凸部が直交になるように２枚配置し、２次元的に光源像を消去することができる。また、光源間隔や、光源との距離によってより輝度の均一化が困難な方向に沿って輝度を均一化する光制御部材２にのみ、第２畝状凸部を設け、第１畝状凸部と交互に配置することによって効率的に光線を制御することが可能であり、輝度が高く、生産性の高い面光源素子が得られる。
【００２６】
ＬＥＤの形態としては、白色ＬＥＤや、赤、青、緑等各色のＬＥＤ等があるが、白色のみを用いる、また各色ＬＥＤを周期的に配列することなどが挙げられる。
【００２７】
隣接する光源間の間隔は狭いほうが、輝度均一性がよく、高い輝度が得られるため、望ましい。しかし、間隔が狭すぎると光源の個数が増加し、消費電力が大きく、コストがかかるために望ましくない。光源の間隔は１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が望ましい。より望ましくは１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。
【００２８】
光源と光制御部材２との距離は長いほうが、輝度の均一性が高いために、望ましい。しかし、長すぎると装置全体の厚みが大きくなるために好ましくない。光源と光制御部材２の距離は、５ｍｍ以下５０ｍｍが好ましい。より望ましくは、７ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
【００２９】
光制御部材２は、出射面に第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とからなる光制御手段を備える。第２畝状凸部２４２から斜め方向に出射した光を第１畝状凸部２４１に入射させることによって、正面方向へ出射する光の制御と斜め方向への光の制御とを実現し、正面方向、斜め方向共に光源像を低減した高い輝度の均一性を実現する機能を有している。
【００３０】
具体的には、光制御部材２の主に光が入射する面において、光源が配置されている位置では光源からの光は正面方向に進行し、光源と光源の中間位置では、光源からの光は斜め方向に進行する。従って、光制御部材２の主に光が出射する面に、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とを設けることによって、斜め方向に出射した光を正面方向付近に向けることが可能である。以下に図を用いて光制御手段について詳しく説明する。
【００３１】
図３に、第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とを有する光制御手段２４を備える光制御部材２を示す。図３では、第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とによって斜め方向に入射した光を、正面方向に偏向させる原理を示している。
【００３２】
図３並びに後述する図４から６において、符号４１から４８を用いて光を示している。
４１：光制御部材に斜めに入射した光
４２：畝状凸部の斜面によって正面方向に偏向されて出射する光
４３：畝状凸部の斜面によって全反射され、光源側に戻っていく光
４４：畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光
４５：畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光のうち、正面に近い角度で出射する光
４６：畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光のうち、全反射によって光源側に戻る光
４７：畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光のうち、大きく斜め方向に偏向されて出射する光
４８：第２畝状凸部から大きく斜め方向に出射し、第１畝状凸部に入射して光源方向に戻る光
【００３３】
図４に、任意の畝状凸部２１１を有する光制御手段２１を備える光制御部材２ｂを示す。任意の畝状凸部２１１とは、上述した第１畝状凸部２４１または第２畝状凸部２４２の形状に限られることなく、任意の形状を有するものでよい。
図４では、光が主に出射する面に畝状凸部２１１を有する光制御部材２ｂでの光の進み方を示している。光制御部材２ｂの、主に光が入射する面に斜め方向に入射した光（符号４１）は、入射面において屈折し、畝状凸部２１１の斜面に入射し、屈折することによって、正面方向付近に偏向されて出射する（符号４２）。
【００３４】
ここで、より光源から離れた位置において、より斜め方向に傾いた光を多く正面方向付近に偏向させるためには、より傾いた斜面が必要である。
【００３５】
図５に、第１畝状凸部２２１を有する光制御手段２２を備える光制御部材２ｃを示す。また、図６に、第２畝状凸部２３１を有する光制御手段２３を備える光制御部材２ｄを示す。光源の位置において、光制御部材２ｃにより正面方向付近の角度で入射した光（符号４４）は、図５に示す通り、一部は第１畝状凸部２２１の頂部付近に入射し、正面方向付近の角度を保ったまま出射し（符号４５）、一部は第１畝状凸部２２１の裾部に入射し、複数回の全反射により光源側へと向けられる（符号４６）。しかし、第２畝状凸部２３１を第１畝状凸部２２１のように比べ、傾いた斜面が多くなると、図６に示す通り、第２畝状凸部２３１の裾部に入射した光（符号４４）が一度全反射した後、再度全反射せずに、第２畝状凸部２３１の頂部付近から屈折し、正面方向から大きく傾いて光制御部材２ｄから出射する（符号４７）。従って、面光源素子を斜め方向から観察すると、輝度の均一性が低く、品位が低下する。
【００３６】
そこで、本発明では、光制御部材２に配置する畝状凸部を、第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とを交互に配列し、かつ、配列する畝状凸部の形状を次のように設定する。すなわち、第１畝状凸部２４１のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面の幅ａ１と高さｂ１、及び、第２畝状凸部２４２のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面の幅ａ２と高さｂ２を、次に式（１）で算出される、角度θを用いて設定する。θは、第２畝状凸部２４２から出射して、第１畝状凸部２４１に入射する光の正面方向からの最小角度である。
θ＝ｔａｎ−１[（ａ１＋ａ２）／２／（ｂ１−ｂ２）]・・・（１）
式（１）で算出する角度θを４０度以上６０度以下とすることによって、正面方向と斜め方向とにおいて高い輝度の均一性を実現する。
【００３７】
第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２との幅と高さを上記のように決定することによって、光源位置において正面方向付近の角度で入射した光（符号４４）が第２畝状凸部２４２の裾部で全反射され、第２畝状凸部２４２の頂部付近から屈折し、正面方向から大きく傾いて光制御部材２から出射された場合に、隣接する第１畝状凸部２４１に再度入射し、光源方向側に光を向けることが可能である。図３ではこの光の反射を１点破線で示している。従って、正面方向の輝度均一性を高めるために第２畝状凸部に多くの傾いた斜面を設けた場合においても、斜め方向においても高い輝度の均一性を実現できる。
【００３８】
更に、光源の背面側に反射板を設けた場合においては、斜め方向に大きく傾いて出射する光を光源側に向け、反射板で反射させることによって正面方向に高い輝度が得られる。
【００３９】
図３を用いて詳しく説明すると、光制御部材２の光源側から正面方向付近の角度で入射した光（符号４４）が、第２畝状凸部２４２に入射し、第２畝状凸部２４２の裾部によって一度全反射され、再度第２畝状凸部２４２の頂部付近からθ方向に出射される。この光は、隣接する第１畝状凸部２４１に入射し、第１畝状凸部２４１で全反射されて光制御部材２から光源側に出射される。
【００４０】
図３において１点破線で示した光の反射のように、この第２畝状凸部２４２から出射して第１畝状凸部２４１に入射する光の角度θは、４０度以上６０度以下であるときに、高い正面方向の輝度均一性と、斜め方向の輝度均一性とを実現できる。これより大きいと、光源位置において正面方向付近の角度で光制御部材２に入射した光が、第２畝状凸部２４２の裾部に入射した光が斜め方向に出射し、斜め方向の輝度均一性が大きく低下する。また、これより小さいと、第２畝状凸部２４２の占める割合が小さくなり、正面方向の輝度均一性を向上させることができず、また第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２の幅が大きく異なるために生産性が低下する。角度θは、４２度以上５５度以下であるときにより正面方向と斜め方向の輝度均一性を実現することができ、より好ましくは４５度以上５０度以下である。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の光制御部材２は、出射面に第１畝状凸部と第２畝状凸部とからなる光制御手段２４を備え、第２畝状凸部２４１から斜め方向に出射した光を第１畝状凸部２４１に入射させることによって、正面方向へ出射する光の制御と斜め方向への光の制御とを実現し、正面方向、斜め方向共に光源像を低減した高い輝度の均一性を実現する機能を有している。
【００４２】
また、本実施形態では、光制御手段２４を有した光制御部材２の使用により、微粒子拡散材の使用を回避または大幅に削減することが可能であり、光の吸収や不要な方向への出光が低減されるために、光の利用効率を高め、省エネルギー化を実現できる。
【００４３】
また、本発明に用いる光制御部材２は、主面において均一な光学性能を有するために、光源や反射板との厳密な位置合わせの必要が無く、高い生産性を得られる。このため低コスト化を実現することができる。
【００４４】
（実施形態２）
本実施形態では、第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２の形状について図３を用いて説明する。面光源素子の構成は、図１または図３と同様であるため説明を省略する。
【００４５】
光制御部材２における第１畝状凸部２４１の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が過度に小さいと、光源から離れた位置から光制御部材２に斜めに入射した光を正面に向けることができず、正面方向に対して小さい角度で入射した光のみを正面方向に出射させることになるため、輝度の均一性が困難になる場合がある。一方で、第１畝状凸部２４１のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が過度に大きいと、斜め方向に入射した光も正面方向に出射させることが可能であるが、成形がより困難となり、生産性が低下する。従って、第１畝状凸部２４１において、輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度以上８０度以下である場合に、輝度の均一性が高く、成形性の良い、生産性の高い面光源素子を得ることが可能である。この角度は、より好適には６０度以上７８度以下であり、更に望ましくは６２度以上７６度以下である。
【００４６】
第１畝状凸部２４１の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値を５２度から８０度の範囲とすることによって、光源からＸ軸方向に離れた位置において、光制御部材２に入射した光を、斜め方向の輝度均一性を高く保ったまま、多く正面方向に向けることが可能であり、光源像を低減し、正面方向と斜め方向の高い輝度均一性を実現することができる。更に、第１畝状凸部２４１の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値を５２度から８０度とすることにより、成形性が良好となり、高い生産性が実現できる。
【００４７】
また、光制御部材２における第２畝状凸部２４２の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が過度に小さいと、光源から離れた位置から光制御部材２に斜めに入射した光を正面に向けることができず、輝度の均一性が低下する。一方で、第２畝状凸部２４２のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が過度に大きいと、斜め方向に入射した光も正面方向に出射させることが可能であるが、成形がより困難となり、生産性が低下する。輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が４５度以上８０度以下である場合に、輝度の均一性が高く、成形性の良い、生産性の高い面光源素子を得ることが可能である。この角度は、より好適には５０度以上７８度以下であり、更に望ましくは、５３度以上７６度以下である。
【００４８】
第２畝状凸部２４２の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値を４５度から８０度とすることにより、光源からＸ軸方向に離れた位置において光制御部材２に入射した光をより多く正面方向に向けることが可能であり、高い輝度の均一性を実現できる。更に光制御部材２に正面方向付近の角度で入射した光を光源側により多く向けることが可能であり、光のエネルギー分布を均一化することが可能であり、正面方向、斜め方向での輝度均一性の向上を実現できる。更に、第２畝状凸部２４２の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値を４５度から８０度とすることにより、成形性が良好となり、高い生産性を実現できる。
【００４９】
また、光制御部材２は、第１畝状凸部２４１の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線を、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線とすることによって、連続的で滑らかに光源からの光を広げることが可能であり、滑らかで均一な輝度の分布を実現できる。また、滑らかな曲面で畝を形成することによって、成形性が良好で破損し難い等の高い生産性と耐久性とが実現される。
さらに、光制御部材２は、第２畝状凸部２４２の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線を、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線とすることによって、連続的で滑らかに光源からの光を広げることが可能であり、滑らかで均一な輝度の分布を実現できる。また、滑らかな曲面で畝を形成することによって、成形性が良好で破損し難い等の高い生産性と耐久性とが実現される。
【００５０】
光制御部材２における第１畝状凸部２４１のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、断面幅ａ１と高さｂ１の比ｂ１／ａ１が０．２８より小さい場合には、光源から正面方向に対して傾いた角度で入射した光を効率的に正面方向に変更させることができず、輝度の均一性を高めることが困難である。またｂ１／ａ１が０．５８より大きい場合には、正面方向付近の角度で光制御部材２に入射した光が、第１畝状凸部２４１の裾部に全反射し、第１畝状凸部２４１の頂部付近から正面方向に対して斜め方向に大きな角度で出射することによって、斜め方向の輝度均一性が大きく低下する。第１畝状凸部２４１の断面幅と高さの比ｂ１／ａ１が０．２８以上０．５８以下である場合に効率的に光源からの光を正面方向に向けることが可能であり、正面方向と斜め方向との輝度均一性が高い面光源素子が得られる。ｂ１／ａ１は０．３０以上０．５６以下がより好適であり、更には０．３２以上０．５５以下が望ましい。
【００５１】
このように、光制御部材２は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、第１畝状凸部２４１の断面幅ａ１と、第１畝状凸部２４１の高さｂ１の比ｂ１／ａ１を０．２８以上０．５８以下とすることによって、正面方向と斜め方向とにおいて効果的に光源像を低減し、輝度の均一性を高めることが可能である。また、畝の幅と高さの比が特定範囲であるので、成形性が良好であり、高い生産性が実現される。
【００５２】
光制御部材２における第２畝状凸部２４２の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、断面幅ａ２と高さｂ２の比ｂ２／ａ２が０．３８より小さい場合には、光源から正面方向に対して傾いた角度で入射した光を効率的に正面方向に偏向させることができず、高い輝度の均一性を得ることが困難である。またｂ２／ａ２が０．６５より大きい場合には、第２畝状凸部の成形が困難であり、生産性が低下する。第２畝状凸部２４２の断面幅と高さの比ｂ２／ａ２が０．３８以上０．６５以下である場合に効率的に光源からの光を正面方向に向けることが可能であり、輝度の均一性が高く、且つ生産性の高い面光源素子が得られる。ｂ２／ａ２は０．４０以上０．６２以下がより好適であり、更には０．４２以上０．５９以下が望ましい。
【００５３】
このように、光制御部材２は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、第２畝状凸部２４２の断面幅ａ２と、第１畝状凸部２４１の高さｂ２の比ｂ２／ａ２を、０．３８以上０．６５以下とすることによって、光源からＸ軸方向に離れた位置において光制御部材２に入射した光を効率的に正面方向に向けることが可能であり、正面方向に高い均一性を実現できる。また、光源の位置において正面方向付近の角度で光制御部材２に入射した光を多く光源側に向けることが可能であり、光のエネルギーを均一化し、斜め方向にも高い輝度の均一性が実現される。更に、畝の幅と高さの比が特定範囲であるので、成形性が良好であり、高い生産性が実現される。
【００５４】
光制御部材２の厚さは薄いほうが望ましいが、直下方式である本発明の面光源素子では光源と光制御部材２との間に空間が設けられているために、撓みや変形の無い強度を有する厚さであることが望ましい。光制御部材２の厚さは、面光源素子の大きさによって異なるが、厚さは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が望ましい。これより薄いと光制御部材２の撓みや変形を生じ、光源と光制御部材２が接触し、外観品位の低下が生じる。またこれよりも厚いと、面光源素子が厚くなり、また重量も増加する。更に望ましくは１ｍｍ以上４ｍｍ以下であり、より好ましくは１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。この範囲において強度が保たれ、更に主面面積あたりの使用基材量の増加による製造コストの上昇を抑えることが可能である。
【００５５】
光制御部材２における第１畝状凸部２４１のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、断面幅ａ１は１０μｍ以上５００μｍ以下が望ましい。５００μｍより大きいと出射面からパターンそのものが視認され、外観品位が低下する。また、１０μｍより小さいと回折現象により着色し外観品位の低下を招く。より好ましくは２０μｍ以上４００μｍ以下であり、更に望ましくは４０μｍ以上３００μｍ以下である。この範囲では、パターンそのものが視認され難く、また、作製が容易となり生産性が向上する。更に、本発明の面光源素子の出射面側に透過型表示装置を設ける画像表示装置では、ａ１は透過型表示装置の画素ピッチの１／１００以上１／１．５以下の範囲にあることが望ましい。これより大きいと画素ピッチとの干渉縞が発生し、外観品位が低下する。
【００５６】
（その他の実施形態）
本発明に係る面光源素子は、Ｘ軸に沿って光線方向を制御する第１畝状凸部２４１と第２畝状凸部２４２とを備えたシート状、又はフィルム状の光制御部材２を用いる。この光制御部材２を用いることによって、光源から正面方向に出射する光と斜め方向に出射する光の分布を制御し、高い輝度と、正面方向と斜め方向との高い輝度の均一性を実現した面光源素子を得ることが可能である。ここで、光制御部材２の製造方法について説明する。
光制御部材２の製造方法としては、押出成形、射出成形、紫外線硬化樹脂を使用した２Ｐ（Photo Polymerization）成形が挙げられるが、畝状凸部の大きさ、畝状凸部の形状、量産性等を考慮して適した成形方法を選択すればよい。
【００５７】
光制御部材２における第１畝状凸部２４１、第２畝状凸部２４２は通常連続して交互に配列するが、第１畝状凸部２４２と第２畝状凸部２４１の間に平坦部を設けても良い。平坦部を設けることにより、金型の凹部が変形し難くなり、凸部の成形上有利である。また、光源の直上での光が正面方向に出射されるため、光源の直上での輝度のみを向上させる場合には有効である。逆に、平坦部を設けない場合、光制御部材２の主面全体で光線方向を制御することが可能であるために、正面方向の出射光の強度分布の均一化が容易となる。
【００５８】
光制御部材２の材料としては、通常の光学透明材料であれば用いることが可能である。例えば、メタアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、メタアクリル−スチレン共重合樹脂、シクロオレフィン−アルケン共重合樹脂等が挙げられる。
【００５９】
また、より輝度の均一性を高めるために、本発明の光制御部材２に、光拡散手段を設けても良い。光拡散手段としては、光制御手段の主面にシボやエンボスなどのランダムな凹凸を設ける方法、少量の光を拡散させる微粒子を構造物の内部に設ける方法、拡散シートを光制御部材２の出射面側に設ける方法、またはこれらの組み合わせた方法が挙げられる。
【００６０】
ランダムな凹凸は、微粒子を分散させた溶液をスプレー等での主面への塗布、微粒子を分散させた樹脂の押出による成形、凹凸の形成された金型からの転写により実現可能である。凹凸の程度は算術平均粗さＲａが３μｍ以下であることが望ましい。これより大きくなると、拡散効果が大きくなりすぎるために正面輝度が低下する。
【００６１】
光を拡散させる微粒子を構造物の内部に設ける場合には、微粒子の濃度は通常の拡散板と比較して非常に低く抑えることが可能であり、微粒子の基材や粒径は通常の光拡散材として微粒子拡散板等に用いられているものであれば好適に用いることができる。好適な微粒子の濃度は材料によって異なるが、例えば、メタアクリル酸メチル−スチレン共重合体に、シロキサン系重合体粒子を０．４重量％分散させることなどが挙げられる。
【００６２】
また、より輝度の均一性と色の均一性を得るために拡散シート、高い正面方向の輝度を得るためにプリズムシートや偏向分離フィルム等を用いてもよい。
【００６３】
また、光制御部材２の光源側に重ねて、樹脂やガラス等からなる透明な支持基板を設けても良い。前記支持基板を配置することによって、光制御部材２を例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下と薄くしても光制御部材２を支持することが可能である。光制御部材２を薄くすることによって、押出成形等による成形が更に容易になり、生産性が向上する。また、面光源素子が大型化するに従い、次第に困難になる光制御部材２の支持が容易になる。当該支持基板の厚さに特に制限は無いが、通常１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、軽量化と強度の兼ね合いから通常２ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲であることが更に望ましい。当該支持基板は、内部に光を拡散させる微粒子を分散したり、表面に型押ししたり微粒子を塗布することによって拡散性を高めても良い。内部に微粒子を分散させる場合や表面に型押しする場合には、基材は熱可塑性樹脂であることが生産上好ましく、好適な材料は光制御部材２と同等である。また支持基板は、光制御部材２と接合させていても良く、例えば透明な接着剤等で接合することができ、これによって面光源素子の組み立て工程が簡素化し、更には光制御部材２のずれや皺の発生が防止できる。
【００６４】
また、本発明の画像表示装置として、面光源素子上に透過型の表示装置を設けることにより実現され、表示装置としては透過型の液晶パネル等が挙げられる。これにより、表示面の輝度が高く、輝度の均一性が高い画面品位のよい画像表示装置を得ることができる。
面光源素子の正面方向に透過型の表示装置を配置することによって構成される画像表示装置である。面光源素子は、正面方向と斜め方向との輝度の均一性が高い面光源素子であり、この出射面側に透過型の表示装置を配置することによって、輝度が高いことから明るく、且つ輝度の均一性が高いことから高品位な画像を表示することが可能である。ここで本発明の画像表示装置とは、面光源素子と表示素子を組み合わせた表示モジュール、更には、この表示モジュールを用いた少なくとも画像表示機能を有する機器であり、テレビやパソコンモニタ等を含む。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の複数の光源を得るために、本実施例では線状光源である直径３ｍｍの蛍光管を３０ｍｍの間隔で配置する。蛍光管の背面側の、蛍光管の中心から３ｍｍの位置に反射板、また蛍光管の正面側の、蛍光管の中心から１０ｍｍの位置に光制御部材２を配置する。実施例の面光源素子の構成を図１に示す。
【００６６】
本実施例では、本発明の光制御部材２を得るために、切削加工によって第１畝状凸部と第２畝状凸部を反転させた形の、溝状凹部を平行に連続して作製した金型から、紫外線硬化樹脂によって畝状凸部を作製した後、ニッケルを電鋳することによってスタンパを作製する。前記スタンパを用いて、ポリスチレン（屈折率１．６０）を射出成形することによって、第１畝状凸部と第２畝状凸部とを有する厚さ２ｍｍの光制御部材２を作製する。
【００６７】
実施した構成について、正面輝度は、輝度計（（株）トプコン製ＢＭ−７）を用いて、測定角範囲０．２度で、測定距離を一定にして、光源の配列しているＸ軸方向に１ｍｍずつ移動しながら光源配列の１周期分測定をする。Ｌ１ｍｉｎは、正面方向の光源配列の１周期分での輝度の最小値であり、Ｌ１ｍａｘは、正面方向の光源配列の１周期分での輝度の最大値である。
正面方向の輝度の均一性を評価するために、正面方向の光源配列の１周期分での輝度の最小値であるＬ１ｍｉｎと、最大値であるＬ１ｍａｘの比Ｒ１＝Ｌ１ｍｉｎ／Ｌ１ｍａｘを算出する。
【００６８】
また、斜め方向の輝度は、輝度計を正面方向から６５度傾けて、正面輝度と同様にＸ軸方向に１ｍｍずつ移動しながら光源配列の１周期分測定する。Ｌ２ｍｉｎは、正面方向から６５度傾けた場合の光源配列の１周期分での輝度の最小値であり、Ｌ２ｍａｘは、正面方向から６５度傾けた場合の光源配列の１周期分での輝度の最大値である。
斜め方向の輝度の均一性を評価するために、斜め方向の光源配列の１周期分での輝度の最小値Ｌ２ｍｉｎと、最大値Ｌ２ｍａｘの比Ｒ２＝Ｌ２ｍｉｎ／Ｌ２ｍａｘを算出する。
【００６９】
次に、本実施例の面光源素子において出射面の正面方向に透過型の液晶パネルを配置し、画面品位と画面の明るさとを観察する。
【００７０】
本実施例から、第１畝状凸部と第２畝状凸部で高い正面方向の輝度の均一性を実現し、第１畝状凸部で第２畝状凸部から斜め方向に出射した光を光源方向に向けることによって、正面方向、斜め方向共に高い輝度の均一性が実現される。次に、本実施例の面光源素子において出射面の正面方向に透過型の液晶パネルを設置して観察する場合、輝度が均一で、かつ、輝度が高いという画面品位の良い画像が得られる。
【００７１】
比較例１として、線状光源を実施例１と同様に配置し、第１畝状凸部をＸ軸方向に配列した光制御部材２を用いた場合の評価を実施した。この場合、正面方向に高い輝度の均一性が得られず、光源像による明暗差が観察される。次にこの面光源素子において出射面の正面方向に透過型の液晶パネルを配置して観察する場合、輝度の均一性が低く、かつ、画面品位が悪い画像である。
【００７２】
比較例２として、線状光源を実施例１と同様に配置し、第２畝状凸部をＸ軸方向に配列した光制御部材２を用いた場合の評価を実施した。この場合、正面方向と、特に斜め方向に高い輝度の均一性が得られず、斜め方向から見ると、光源像による明暗差が観察される。次にこの面光源素子において出射面の正面方向に透過型の液晶パネルを配置して観察する場合、斜め方向から観察すると輝度の均一性が低く、かつ、画面品位が悪い画像である。
【００７３】
表１に実施例と各比較例の構成と評価結果を示す。
［表１  実施例と各比較例の構成と評価結果］
2010249851.tif 000003
【００７４】
なお、本発明は上記各実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、上記各実施形態はそれぞれ組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  線状光源
２  光制御部材
１１  点状光源
２１  畝状凸部からなる光制御手段
２２  第１畝状凸部のみからなる光制御手段
２３  第２畝状凸部のみからなる光制御手段
２４  第１畝状凸部と、第２畝状凸部とからなる光制御手段
３  反射シート
４１  光制御部材に斜めに入射した光
４２  畝状凸部の斜面によって正面方向に偏向されて出射する光
４３  畝状凸部の斜面によって全反射され、光源側に戻っていく光
４４  畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光
４５  畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光のうち、正面に近い角度で出射する光
４６  畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光のうち、全反射によって光源側に戻る光
４７  畝状凸部に正面方向付近の角度で入射した光のうち、大きく斜め方向に偏向されて出射する光
４８  第２畝状凸部から大きく斜め方向に出射し、第１畝状凸部に入射して光源方向に戻る光
ａ１  第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面幅
ｂ１  第１畝状凸部の高さ
ａ２  第２畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における断面幅
ｂ２  第２畝状凸部の高さ
θ  第２畝状凸部から出射して、第１畝状凸部に入射する光の正面方向からの最小角度
【図１】
2010249851.tif 000004
【図２】
2010249851.tif 000005
【図３】
2010249851.tif 000006
【図４】
2010249851.tif 000007
【図５】
2010249851.tif 000008
【図６】
2010249851.tif 000009