(57)【要約】    複数の畝状凸部１からなる第１の光制御部と、複数の畝状凸部２からなる第２の光制御部とを備えた光制御部材を有した面光源素子であって、点状光源のＸ軸方向の１周期の長さをＤ１、Ｙ軸方向の１周期の長さをＤ２、点状光源と第１の光制御部との距離をＨ１、第２の光制御部との距離をＨ２、任意に選択した点状光源の中心位置を原点としたＸ軸方向の位置座標Ｘ、Ｙ軸方向の位置座標Ｙとして、第１の光制御部に入射した光のＸにおける正面方向への出光強度、および第２の光制御部に入射した光のＹにおける正面方向への出射光強度の３周期分での最大値と最小値の比が０．８以上であり、畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、Ｄ１、Ｈ１、Ｘによって表される傾きの異なる領域からなり、畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状が、Ｄ２、Ｈ２、Ｙによって表される傾きの異なる領域からなることを特徴とする面光源素子。
2008029911.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、Ｘ−Ｙ平面に平行な出射面と、複数の点状光源と、２枚のシート状の光制御部材を備え、
前記複数の点状光源が、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内にＸ軸およびＹ軸方向に周期的に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な発光面を備え、
前記光制御部材が、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に、かつ、前記複数の点状光源の正面方向に配置され、
前記出射面が、前記光制御部材の正面方向側に配置されている面光源素子であって、
前記２枚の光制御部材のうち、一方の出射面側に、Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な複数の畝状凸部１からなる第１の光制御部を備え、
かつ、
前記２枚の光制御部材のうち、別の一方の出射面側に、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する複数の畝状凸部２からなる第２の光制御部を備えており、
前記複数の点状光源の、Ｘ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ１、Ｙ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ２として、任意に選択した点状光源の中心位置を原点、Ｘ軸方向の位置座標をＸ、Ｙ軸方向の位置座標をＹとして、
Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する平面内において、
前記選択した点状光源の前記発光面と、前記第１の光制御部との距離をＨ１、前記選択した点状光源から前記第１の光制御部に入射した光の、Ｘにおける出射面の正面方向への出光強度を表した関数をｆ１（Ｘ）とし、
ｇ１（Ｘ）＝ｆ１（Ｘ−Ｄ１）＋ｆ１（Ｘ）＋ｆ１（Ｘ＋Ｄ１）
としたとき、
−Ｄ１／２≦Ｘ≦Ｄ１／２の範囲で、
ｇ１（Ｘ）の最小値であるｇ１（Ｘ）ｍｉｎと、最大値であるｇ１（Ｘ）ｍａｘの比、ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘが０．８以上であり、
Ｘの最小値Ｘｍｉｎが−３．０Ｄ１≦Ｘｍｉｎ≦−０．５Ｄ１の範囲であり、
Ｘの最大値Ｘｍａｘが０．５Ｄ１≦Ｘｍａｘ≦３．０Ｄ１の範囲であり
（ＸｍｉｎおよびＸｍａｘは、ｆ１（Ｘ）の値がＸ＝０である任意に選択した点状光源付近を中心に減衰し、実質０になる両端の座標）、
任意の畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ１＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ１〜Ｎ１からなり、
δ１＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／（２Ｎ１＋１）
Ｘｉ＝ｉ×δ１
α１ｉ＝ｔａｎ−１（Ｘｉ／Ｈ１）
β１ｉ＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ１）ｓｉｎαｉ）
γ１ｉ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ１s）ｓｉｎαｉ）
ａ１ｉ∝ｆ１（Ｘｉ＋Ｔ１・ｔａｎγ１ｉ）・ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ／Ｉ１（α１ｉ）／ｃｏｓ（α１ｉ）／ｃｏｓ（Φ１ｉ−β１ｉ）
Φ１ｉ＝ｔａｎ−１（（ｎ１・ｓｉｎβ１ｉ）／（ｎ１・ｃｏｓβ１ｉ−１））
（ただし、Ｎ１：自然数
ｉ：−Ｎ１からＮ１の整数
ｎ１：第１の光制御部の畝状凸部１の屈折率
ｎ１ｓ：第１の光制御部の基材の屈折率
ａ１ｉ：領域ｉのＸ軸方向の幅
Φ１ｉ：領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ１：第１の光制御部の入射面から畝状凸部１の底部までの厚み
Ｉ１（α１ｉ）：任意に選択した点状光源からＸ軸方向に沿ってα１ｉの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度）
かつ、
Ｘ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な平面内において、
前記選択した点状光源の前記発光面と、前記第２の光制御部との距離をＨ２、前記選択した点状光源から前記第２の光制御部に入射した光の、Ｙ軸方向の位置座標Ｙにおける出射面の正面方向への出光強度を表した関数をｆ２（Ｙ）とし、
ｇ２（Ｙ）＝ｆ２（Ｙ−Ｄ２）＋ｆ２（Ｙ）＋ｆ２（Ｙ＋Ｄ２）
としたとき、
−Ｄ２／２≦Ｙ≦Ｄ２／２の範囲で、
ｇ２（Ｙ）の最小値であるｇ２（Ｙ）ｍｉｎと、最大値であるｇ２（Ｙ）ｍａｘの比、ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘが０．８以上であり、
Ｙの最小値Ｙｍｉｎが−３．０Ｄ２≦Ｙｍｉｎ≦−０．５Ｄ２の範囲であり、
Ｙの最大値Ｙｍａｘが０．５Ｄ２≦Ｙｍａｘ≦３．０Ｄ２の範囲であり
（ＹｍｉｎおよびＹｍａｘは、ｆ２（Ｙ）の値がＹ＝０である任意に選択した点状光源付近を中心に減衰し、実質０になる両端の座標）、
任意の畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ２＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ２〜Ｎ２からなることを特徴とする面光源素子。
δ２＝（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）／（２Ｎ２＋１）
Ｙｊ＝ｊ×δ２
α２ｊ＝ｔａｎ−１（Ｙｊ／Ｈ２）
β２ｊ＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ２）ｓｉｎα２ｊ）
γ２ｊ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ２s）ｓｉｎα２ｊ）
ａ２ｊ∝ｆ２（Ｙｊ＋Ｔ２・ｔａｎγ２ｊ）・ｃｏｓΦ２ｊ・ｃｏｓβ２ｊ／Ｉ２（α２ｊ）／ｃｏｓ（α２ｊ）／ｃｏｓ（Φ２ｊ−β２ｊ）
Φ２ｊ＝ｔａｎ−１（（ｎ２・ｓｉｎβ２ｊ）／（ｎ２・ｃｏｓβ２ｊ−１））
（ただし、Ｎ２：自然数
ｊ：−Ｎ２からＮ２の整数
ｎ２：第２の光制御部の畝状凸部２の屈折率
ｎ２ｓ：第２の光制御部の基材の屈折率
ａ２ｊ：領域ｊのＹ軸方向の幅
Φ２ｊ：領域ｊの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ２：第２の光制御部の入射面から畝状凸部２の底部までの厚み
Ｉ２（α２ｊ）：任意に選択した点状光源から第１の光制御部を通過し、Ｙ軸方向に沿ってα２ｊの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度）
【請求項２】
請求項１に記載の面光源素子であって、
前記畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状を表す領域−Ｎ１〜Ｎ１が、Ｘ軸の位置座標の順に並んでおり、
かつ、
前記畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状を表す領域−Ｎ２〜Ｎ２が、Ｙ軸の位置座標の順に並んでいることを特徴とする面光源素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の面光源素子であって、
前記畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、該凸部を形成する（２Ｎ１＋１）個の傾きの異なる領域のうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状であり、
かつ、
前記畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状が、該凸部を形成する（２Ｎ２＋１）個の傾きの異なる領域のうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状であることを特徴とする面光源素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の面光源素子であって、
前記第１の光制御部におけるＸ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が全出射光の５０％以上であり、
かつ、
前記第２の光制御部におけるＸ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が全出射光の５０％以上であることを特徴とする面光源素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の面光源素子が備える、Ｘ軸またはＹ軸に沿って光線方向を制御する光制御手段を有するシート状の光制御部材。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１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、複数の点状光源を有する面光源素子と、これが備えるシート状の光制御部材およびこれ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、これが備える光制御部材およびこれ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。【０００６】
光源としては、線状光源である蛍光灯が用いられてきたが、色の再現性が悪い、また水銀を使用している為に環境に負荷がかかる等の問題があった。そこで、色の再現性の良い、水銀を使用しない発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状光源を平面内に配置し、面状光源として用いることが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。【０００７】
しかし、点状光源を平面内に配置すると、光源像による明暗差は２次元的に生じる。更に、ＬＥＤの発光は指向性が強く、高い輝度均一性を得ることが線状光源を用いる場合よりも困難となる。また、色座標を広くする為に、赤、青、緑等の各色のＬＥＤを用いる場合には、色の均一性を得ることが困難である。拡散板の微粒子を増加させることで輝度均一性と色の均一性とを上げることが可能であるが、光の吸収や、不要な方向へ出射する光が増加し、光の利用効率が低下する為、省エネルギーの観点から好ましくない。【０００８】
一方ＬＥＤのパッケージに独特の形状を持たせて、ＬＥＤからの光を分散させて光源像を消去する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、パッケージにより面光源素子の薄型化が阻害されること、生産性が低下することなどから好ましくない。【０００９】
更に、ＬＥＤの光を均一にさせる導光部を設ける方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）が、生産性が低下すること、面光源素子の重量が増加することなどから好ましくない。【００１０】
また、点状光源の配列に合わせて、光を拡散させる微粒子を分散させた拡散板にパターンを設ける方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、点状光源との厳密な位置合わせを必要とすることから生産性が低下すること、面光源素子のサイズの変更により大幅に輝度の均一性と色の均一性が低下することなどから好ましくない。【００１１】
【特許文献１】特開２００５−３４０７５０号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７６８２号公報
【特許文献３】特開２００５−３８６４３号公報
【非特許文献１】ｆｌａｔ−ｐａｎｅｌ  ｄｉｓｐｌａｙ２００４  実務編ｐ１７０  日経ＢＰ社刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、ＬＥＤ等の点状光源を用いて高い色再現性を可能とし、光の利用効率が高いために高輝度でかつ輝度の均一性と色の均一性とが高く、大型化に伴う光制御部材の光学設計の変更や輝度低下や輝度の均一性と色の均一性の低下がないことから大型化への対応が容易で、光源と他の部材との厳密な位置合わせなく正面方向の高い輝度と色の均一性が得られ、生産性や薄型化にも有利な面光源素子と、これが備えるシート状の光制御部材およびこれを用いた画像表示装置と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】
【００１３】
即ち、本発明は、以上の課題を解決すべく、以下の手段を提供する。
本発明の第１の発明は、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、Ｘ−Ｙ平面に平行な出射面と、複数の点状光源と、２枚のシート状の光制御部材を備え、
前記複数の点状光源が、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内にＸ軸およびＹ軸方向に周期的に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な発光面を備え、
前記光制御部材が、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に、かつ、前記複数の点状光源の正面方向に配置され、前記出射面が、前記光制御部材の正面方向側に配置されている面光源素子であって、
前記２枚のうち、一方の光制御部材の出射面側に、Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な複数の畝状凸部１からなる第１の光制御部を備え、
かつ、
前記２枚の光制御部材のうち、別の一方の出射面側に、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する複数の畝状凸部２からなる第２の光制御部を備えており、
前記複数の点状光源の、Ｘ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ１、Ｙ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ２として、任意に選択した点状光源の中心位置を原点、Ｘ軸方向の位置座標をＸ、Ｙ軸方向の位置座標をＹとして、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する平面内において、前記選択した点状光源の前記発光面と、前記第１の光制御部との距離をＨ１、前記選択した点状光源から前記第１の光制御部に入射した光の、Ｘにおける出射面の正面方向への出光強度を表した関数をｆ１（Ｘ）とし、
ｇ１（Ｘ）＝ｆ１（Ｘ−Ｄ１）＋ｆ１（Ｘ）＋ｆ１（Ｘ＋Ｄ１）
としたとき、
−Ｄ１／２≦Ｘ≦Ｄ１／２の範囲で、
ｇ１（Ｘ）の最小値であるｇ１（Ｘ）ｍｉｎと、最大値であるｇ１（Ｘ）ｍａｘの比、ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘが０．８以上であり、
Ｘの最小値Ｘｍｉｎが−３．０Ｄ１≦Ｘｍｉｎ≦−０．５Ｄ１の範囲であり、
Ｘの最大値Ｘｍａｘが０．５Ｄ１≦Ｘｍａｘ≦３．０Ｄ１の範囲であり
（ＸｍｉｎおよびＸｍａｘは、ｆ１（Ｘ）の値がＸ＝０である任意に選択した点状光源付近を中心に減衰し、実質０になる両端の座標）、
任意の畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ１＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ１〜Ｎ１からなり、
δ１＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／（２Ｎ１＋１）
Ｘｉ＝ｉ×δ１
α１ｉ＝ｔａｎ−１（Ｘｉ／Ｈ１）
β１ｉ＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ１）ｓｉｎαｉ）
γ１ｉ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ１s）ｓｉｎαｉ）
ａ１ｉ∝ｆ１（Ｘｉ＋Ｔ１・ｔａｎγ１ｉ）・ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ／Ｉ１（α１ｉ）／ｃｏｓ（α１ｉ）／ｃｏｓ（Φ１ｉ−β１ｉ）
Φ１ｉ＝ｔａｎ−１（（ｎ１・ｓｉｎβ１ｉ）／（ｎ１・ｃｏｓβ１ｉ−１））
Ｎ１：自然数
ｉ：−Ｎ１からＮ１の整数
ｎ１：第１の光制御部の畝状凸部１の屈折率
ｎ１ｓ：第１の光制御部の基材の屈折率
ａ１ｉ：領域ｉのＸ軸方向の幅
Φ１ｉ：領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ１：第１の光制御部の入射面から畝状凸部１の底部までの厚み
Ｉ１（α１ｉ）：任意に選択した点状光源からＸ軸方向に沿ってα１ｉの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度
かつ、
Ｘ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な平面内において、
前記選択した点状光源の前記発光面と、前記第２の光制御部との距離をＨ２、
前記選択した点状光源から前記第２の光制御部に入射した光の、Ｙ軸方向の位置座標Ｙにおける出射面の正面方向への出光強度を表した関数をｆ２（Ｙ）とし、
ｇ２（Ｙ）＝ｆ２（Ｙ−Ｄ２）＋ｆ２（Ｙ）＋ｆ２（Ｙ＋Ｄ２）
としたとき、
−Ｄ２／２≦Ｙ≦Ｄ２／２の範囲で、
ｇ２（Ｙ）の最小値であるｇ２（Ｙ）ｍｉｎと、最大値であるｇ２（Ｙ）ｍａｘの比、ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘが０．８以上であり、
Ｙの最小値Ｙｍｉｎが−３．０Ｄ２≦Ｙｍｉｎ≦−０．５Ｄ２の範囲であり、
Ｙの最大値Ｙｍａｘが０．５Ｄ２≦Ｙｍａｘ≦３．０Ｄ２の範囲であり
（ＹｍｉｎおよびＹｍａｘは、ｆ２（Ｙ）の値がＹ＝０である任意に選択した点状光源付近を中心に減衰し、実質０になる両端の座標）、
任意の畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ２＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ２〜Ｎ２からなることを特徴とする面光源素子である。
δ２＝（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）／（２Ｎ２＋１）
Ｙｊ＝ｊ×δ２
α２ｊ＝ｔａｎ−１（Ｙｊ／Ｈ２）
β２ｊ＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ２）ｓｉｎα２ｊ）
γ２ｊ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ２s）ｓｉｎα２ｊ）
ａ２ｊ∝ｆ２（Ｙｊ＋Ｔ２・ｔａｎγ２ｊ）・ｃｏｓΦ２ｊ・ｃｏｓβ２ｊ／Ｉ２（α２ｊ）／ｃｏｓ（α２ｊ）／ｃｏｓ（Φ２ｊ−β２ｊ）
Φ２ｊ＝ｔａｎ−１（（ｎ２・ｓｉｎβ２ｊ）／（ｎ２・ｃｏｓβ２ｊ−１））
Ｎ２：自然数
ｊ：−Ｎ２からＮ２の整数
ｎ２：第２の光制御部の畝状凸部２の屈折率
ｎ２ｓ：第２の光制御部の基材の屈折率
ａ２ｊ：領域ｊのＹ軸方向の幅
Φ２ｊ：領域ｊの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ２：第２の光制御部の入射面から畝状凸部２の底部までの厚み
Ｉ２（α２ｊ）：任意に選択した点状光源から第１の光制御部を通過し、Ｙ軸方向に沿ってα２ｊの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度【００１４】
また、第２の発明は、前記第１の発明の面光源素子であって、
前記畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状を表す領域−Ｎ１〜Ｎ１が、Ｘ軸の位置座標の順に並んでおり、
かつ、
前記畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状を表す領域−Ｎ２〜Ｎ２が、Ｙ軸の位置座標の順に並んでいることを特徴とする面光源素子である。【００１５】
また、第３の発明は、前記第１または第２の発明の面光源素子であって、
前記畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、
該凸部を形成する（２Ｎ１＋１）個の傾きの異なる領域のうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状であり、
かつ、
前記畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状が、
該凸部を形成する（２Ｎ２＋１）個の傾きの異なる領域のうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状であることを特徴とする面光源素子である。【００１６】
また、第４の発明は、前記第１〜３のいずれか１つの発明の面光源素子であって、
前記第１の光制御部において、
Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が全出射光の５０％以上であり、
かつ、
前記第２の光制御部において、
Ｘ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が全出射光の５０％以上であることを特徴とする面光源素子である。【００１７】
また、第５の発明は、本発明の面光源素子が備える、Ｘ軸またはＹ軸に沿って光線方向を制御する光制御手段を有するシート状の光制御部材である。【００１８】
また、第６の発明は、本発明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である。
【発明の効果】
【００１９】
以下に、本発明の効果について詳細に説明する。【００２０】
本発明では、光を拡散させる微粒子を分散させた拡散板を、２枚のシート状の光制御部材に置き換えることによって、高い輝度均一性と高い色の均一性とを得る。本発明では、光制御部材の出射面に好適な形状の畝状凸部を設けることによって光を拡散させる微粒子の利用の回避もしくは大幅な削減を実現し、光の利用効率を向上させることによって高輝度化を達成できる。また、光制御部材の入射面上の全ての点で、入射した光が出射する方向を同様に制御する一様な性質を持たせることで、サイズ変更に有利なだけでなく、光源との位置合わせも不要となる。また、正面方向への出射光の強度分布を一定にすることで、正面方向の輝度均一性を得ることができる。更に光制御部材の持つ輝度均一性、輝度向上効果などの複合的な機能により、他の機能性光学フィルムの利用の解消もしくは削減が可能となり、生産性や薄型化にも有利となる。加えてこれらの面光源素子の出射面側に透過型表示装置を配置することによって、高い色再現性を有し、高輝度でかつ輝度の均一性と色の均一性とが高い画像表示装置が得られる。【００２１】
本発明が提供する面光源素子は、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸とに平行なＸ−Ｙ平面に平行な出射面を持つ面光源素子であって、該面光源素子は、Ｘ−Ｙ平面に平行な発光面を持つ複数の点状光源と、２枚のシート状の光制御部材とを備えており、前記光制御部材によって、正面方向への高い輝度の均一性と色の均一性とを得ることができる。【００２２】
面光源素子の出射面において、ある方向への光の出射光の強度の位置についての分布が一定であれば、その方向への高い輝度の均一性が達成される。また、特定の色を発光する点状光源を多種類用いる場合、それぞれの色について、上記分布を一定にすることによって、高い色の均一性が達成される。【００２３】
本発明の面光源素子が備える光制御部材は、正面方向への出射光の強度をほぼ一定とすることによって、正面方向への輝度均一性を得る。また、それぞれの色の光を発する点状光源について、正面方向の輝度均一性を得ることによって、高い色の均一性を得る。【００２４】
本発明の第１の発明は、複数の点状光源と、Ｘ−Ｙ平面に平行な出射面と、２枚の光制御部材とを備え、前記複数の点状光源は、Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内にＸ軸およびＹ軸方向に周期的に配置され、前記光制御部材が前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置されている面光源素子である。【００２５】
前記光制御部材の主面と、複数の点状光源が配置されている仮想平面と点状光源の発光面とが平行であることによって、点状光源から光制御部材までの距離が一様となる為、それぞれの点状光源から光制御部材へ入射する光の強度の分布が均等となり、更に点状光源の配置がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って周期的であることによって、全体の入射する光の強度の分布は、点状光源の配列方向であるＸ軸およびＹ軸方向に沿って周期的な分布となる為に、輝度の均一性の向上が容易である。【００２６】
前記２枚の光制御部材のうち、一方の主に光を出射する面は、Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な複数の畝状凸部１からなる第１の光制御部を備え、かつ、前記２枚の光制御部材のうち、別の一方の主に光を出射する面は、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する複数の畝状凸部２からなる第２の光制御部を備えおり、第１の光制御部および第２の光制御部によって、点状光源からの光を制御し、出射光の正面方向への分布を一様にすることが可能となる。第１の光制御部はＸ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な複数の畝状凸部１をからなり、Ｘ軸方向に沿って光線を制御し、点状光源からの光をＸ軸方向に沿って均一化する。一方、第２の光制御部はＸ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する複数の畝状凸部２からなり、Ｙ軸方向に沿って光線を制御し、点状光源からの光をＹ軸方向に沿って均一化する。前記第１の光制御部および前記第２の光制御部を組み合わせることによって、２次元的に輝度の均一性、色の均一性を得ることが可能である。また、光制御部材を２枚備えることで、前記第１の光制御部と前記第２の光制御部とを異なる光制御部材に備えることが可能であり、製造が容易になると共に、輝度と色の均一性を高め、輝度の向上を達成する上で有利となる。本発明の面光源素子に用いる光制御部材は、畝状凸部１および畝状凸部２の断面形状を好適なものとすることで、正面方向の輝度の均一性と、色の均一性を高めることが可能である。【００２７】
また、同様の形状の畝状凸部を平行に配置することで、光制御部材の光学的性質は一様となる為、厳密な位置合わせが不要となり、面光源素子や点状光源の本数や位置にも即座に対応でき、生産性よく面光源素子を製造可能である。【００２８】
前記光制御部材の主に光が入射する面には、点状光源からの光が入射する。前記光制御部材は、前記複数の点状光源の、Ｘ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ１、任意に選択した点状光源の中心位置を原点、Ｘ軸方向の位置座標をＸ、Ｙ軸方向の位置座標をＹとして、前記選択した点状光源の発光面と前記第１の光制御部との距離をＨ１、Ｘにおける出射面の正面方向への出光強度を表した関数をｆ１（Ｘ）とし、
ｇ１（Ｘ）＝ｆ１（Ｘ−Ｄ１）＋ｆ１（Ｘ）＋ｆ１（Ｘ＋Ｄ１）              （１）
としたとき、
−Ｄ１／２≦Ｘ≦Ｄ１／２の範囲で、
ｇ１（Ｘ）の最小値であるｇ１（Ｘ）ｍｉｎと最大値であるｇ１（Ｘ）ｍａｘの比ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘが０．８以上であることを特徴とする。【００２９】
また、前記光制御部材は、前記複数の点状光源の、Ｙ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ２、前記選択した点状光源の発光面と前記第２の光制御部との距離をＨ２、Ｙにおける出射面の正面方向への出光強度を表した関数をｆ２（Ｘ）とし、
ｇ２（Ｘ）＝ｆ２（Ｙ−Ｄ２）＋ｆ２（Ｙ）＋ｆ２（Ｙ＋Ｄ２）              （２）
としたとき、
−Ｄ２／２≦Ｙ≦Ｄ２／２の範囲で、
ｇ２（Ｙ）の最小値であるｇ２（Ｙ）ｍｉｎと最大値であるｇ２（Ｙ）ｍａｘの比ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘが０．８以上であることを特徴とする。【００３０】
前記複数の点状光源に、Ｘ軸またはＹ軸に平行に沿った１周期とは、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に繰り返し配列されている光源の配置の単位を指し、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿っての各光源の強度、相対位置、色等の、色や輝度の均一性に関する全ての要素を含めて、この単位の繰り返しで点状光源の配列が再現される。但し、ここで、Ｘ軸方向の配列と、Ｙ軸方向の配列は独立であり、例えば斜方格子状に点状光源を配置する場合、周期は図４に示すようにとる。【００３１】
前記関数ｇ１（Ｘ）、ｇ２（Ｙ）は隣接する同じ種類の点状光源のそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の３周期分の正面方向への出光強度の和を表す関数であり、同じ種類の点状光源のみが等間隔で配置された構成では、隣接する点状光源３個についての和である。−Ｄ１／２≦Ｘ≦Ｄ１／２の範囲、−Ｄ２／２≦Ｙ≦Ｄ２／２の範囲は原点となる任意に選択した点状光源を中心としてそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の１周期分を表し、点状光源の配列の１周期の範囲において高い輝度と色の均一性を実現することによって、面光源素子の出射面全体においても高い輝度と色の均一性を得ることが可能である。また、前記光制御部材は入射面の任意の点において一様に出射光の方向を制御する為、任意に選択した光源について１周期の範囲において高い輝度と色の均一性を得ることによって面光源素子の出射面全体において高い輝度と色の均一性を得ることができる。【００３２】
点状光源の光の強度は距離に反比例する為に、離れた光源からの光の影響は小さい。従って、隣接する３周期の点状光源からの出光強度のみを考慮した関数ｇ１（Ｘ）、ｇ２（Ｙ）を好適な分布とすることによって、正面方向の出射光の強度を制御でき、正面方向への輝度均一性と、色の均一性を得ることができる。ｇ１（Ｘ）の最小値であるｇ１（Ｘ）ｍｉｎと最大値であるｇ１（Ｘ）ｍａｘの比ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘを０．８以上、かつｇ２（Ｙ）の最小値であるｇ２（Ｙ）ｍｉｎと最大値であるｇ２（Ｙ）ｍａｘの比ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘを０．８以上とすることによって、面光源素子の出射面の任意の位置についての正面方向への出射光の強度がほぼ一定となり、輝度と色の均一性を得ることができる。【００３３】
図１０は図８でｆ１（Ｘ）について示した、Ｄ１＝３０ｍｍとしてＸ軸方向に点状光源を配列した本発明の面光源素子のｆ１（Ｘ）とｇ１（Ｘ）を示す図である。任意に選択した点状光源の中心位置を原点とし、Ｘ軸方向の距離［ｍｍ］をＸ座標としている。図１０および図８は、その位置座標をＹとして、ｆ２（Ｙ）およびｇ２（Ｙ）についても同様の分布を描くことが可能である。ここで、ｆ２（Ｙ）はｆ１（Ｙ）と同一の分布である必要はない。【００３４】
更に、本発明者らは、正面方向への出射光の強度分布をほぼ均一にする為の畝状凸部１および畝状凸部２の断面形状について見出している。即ち、本発明では、Ｘの最小値Ｘｍｉｎが−３．０Ｄ１≦Ｘｍｉｎ≦−０．５Ｄ１の範囲であり、最大値Ｘｍａｘが、０．５Ｄ１≦Ｘｍａｘ≦３．０Ｄ１の範囲であり、畝状凸部１の断面形状が、下記の式（３）〜（９）で表される（２Ｎ１＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ１〜Ｎ１からなり、かつＹの最小値Ｙｍｉｎが−３．０Ｄ２≦Ｙｍｉｎ≦−０．５Ｄ２の範囲であり、最大値Ｙｍａｘが、０．５Ｄ２≦Ｙｍａｘ≦３．０Ｄ２の範囲であり、畝状凸部２の断面形状が、下記の式（１０）〜（１６）で表される（２Ｎ２＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ２〜Ｎ２からなることを特徴とする。このうち、畝状凸部１および畝状凸部２について領域０は傾き０、即ち光制御部材の主に光を入射する面の傾きと平行になり、直下から入射した光を効率的に正面方向に出射することができる。【００３５】
δ１＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／（２Ｎ１＋１）                              （３）
Ｘｉ＝ｉ×δ１                                                        （４）
α１ｉ＝ｔａｎ−１（Ｘｉ／Ｈ１）                                        （５）
β１ｉ＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ１）ｓｉｎαｉ）                              （６）
γ１ｉ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ１s）ｓｉｎαｉ）                              （７）
ａ１ｉ∝ｆ１（Ｘｉ＋Ｔ１・ｔａｎγ１ｉ）・ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ／Ｉ１（α１ｉ）／ｃｏｓ（α１ｉ）／ｃｏｓ（Φ１ｉ−β１ｉ）                                      （８）
Φ１ｉ＝ｔａｎ−１（（ｎ１・ｓｉｎβ１ｉ）／（ｎ１・ｃｏｓβ１ｉ−１））    （９）
Ｎ１：自然数
ｉ：−Ｎ１からＮ１の整数
ｎ１：第１の光制御部の畝状凸部１の屈折率
ｎ１ｓ：第１の光制御部の基材の屈折率
ａ１ｉ：領域ｉのＸ軸方向の幅
Φ１ｉ：領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ１：第１の光制御部の入射面から畝状凸部１の底部までの厚み
Ｉ１（α１ｉ）：任意に選択した点状光源からＸ軸方向に沿ってα１ｉの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度【００３６】
δ２＝（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）／（２Ｎ２＋１）                            （１０）
Ｙｊ＝ｊ×δ２                                                        （１１）
α２ｊ＝ｔａｎ−１（Ｙｊ／Ｈ２）                                        （１２）
β２ｊ＝ｓｉｎ−１（（１／ｎ２）ｓｉｎα２ｊ）                            （１３）
γ２ｊ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ２s）ｓｉｎα２ｊ）                            （１４）
ａ２ｊ∝ｆ２（Ｙｊ＋Ｔ２・ｔａｎγ２ｊ）・ｃｏｓΦ２ｊ・ｃｏｓβ２ｊ／Ｉ２（α２ｊ）／ｃｏｓ（α２ｊ）／ｃｏｓ（Φ２ｊ−β２ｊ）                                      （１５）
Φ２ｊ＝ｔａｎ−１（（ｎ２・ｓｉｎβ２ｊ）／（ｎ２・ｃｏｓβ２ｊ−１））    （１６）
Ｎ２：自然数
ｊ：−Ｎ２からＮ２の整数
ｎ２：第２の光制御部の畝状凸部２の屈折率
ｎ２ｓ：第２の光制御部の基材の屈折率
ａ２ｊ：領域ｊのＹ軸方向の幅
Φ２ｊ：領域ｊの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ２：第２の光制御部の入射面から畝状凸部２の底部までの厚み
Ｉ２（α２ｊ）：任意に選択した点状光源から第１の光制御部を通過し、Ｙ軸方向に沿ってα２ｊの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度
ここで、α１、β１、γ１、Φ１、α２、β２、γ２、Φ２などの角度はいずれも絶対値が９０°未満で、基準線に対して、右回りに成す角度を正、左回りに成す角度を負とする。【００３７】
ここで、畝状凸部２の断面形状についての式（１０）〜（１６）は、Ｉ２（α２ｊ）が第１の光制御部の影響を受けることを除いて、畝状凸部１の断面形状の式（３）〜（９）と同様に導出され、従って以降の導出の説明では畝状凸部１の断面形状についての説明を記す。【００３８】
まず、図５を用いて式（８）について説明する。
Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘは、ｆ１（Ｘ）の値がＸ＝０である任意に選択した点状光源付近を中心に減衰し、実質０になるときの両端の座標である。Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘの間を等分に（２Ｎ１＋１）分割すると、分割した各要素の幅δ１は式（３）で示される。このとき任意の要素の中心座標Ｘｉは、式（４）で示される。Ｘ＝０の位置にある点状光源から座標Ｘｉの第１の光制御部の入射面への入射角度は、入射面の法線方向に対して式（５）で示される角度α１ｉとなる。【００３９】
ここで光は屈折して、法線方向に対して式（７）で示される角度γ１ｉで第１の光制御部内部へ進行する。畝状凸部１の底部に達すると再び屈折し、式（６）で示される角度β１ｉで畝状凸部１内を進行する。ここで、第１の光制御部の畝状凸部１と、畝状凸部１が設けられている基材の屈折率が同じであっても良く、この場合畝状凸部の底部では光は屈折せず、γ１ｉ＝β１ｉとなる。畝状凸部１を進行する光のうち、式（９）で示される出射面に対する傾きΦ１ｉの斜面に到達した光のみ正面方向に向かう。【００４０】
ここで、角度Φ１ｉの斜面が占める領域ｉの斜面の長さをｂ１ｉとし、領域ｉの斜面から第１の光制御部の畝状凸部１内での光線方向に垂直な方向への射影の長さをｅ１ｉとすると、Ｘ軸方向と第１の光制御部の主面の法線方向に平行な断面内における領域ｉの斜面の角度が、畝状凸部１内での光線方向と垂直な角度に対して成す角度ξ１ｉは（Φ１ｉ−β１ｉ）となるので、
ｅ１ｉ＝ｂ１ｉ・ｃｏｓ（Φ１ｉ−β１ｉ）                            （１７）
となる。【００４１】
またここで、角度Φ１ｉの斜面が占める領域ｉの入射面と平行な面への射影の長さ、即ち領域ｉのＸ軸方向の幅をａ１ｉとすると、
ｂ１ｉ＝ａ１ｉ／ｃｏｓΦ１ｉ                                      （１８）
である。【００４２】
式（１７）、式（１８）から、
ｅ１ｉ＝ａ１ｉ／ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓ（Φ１ｉ−β１ｉ）              （１９）
となる。
ここで、図１６に示すように畝状凸部１のＸ軸方向の幅、即ちａ１ｉの総和をＰ１とすると、角度α１ｉで第１の光制御部の基材部３１に入射して、基材部を通過して畝状凸部３２に向かう光８のうち領域ｉに向かう光の割合は、ｅ１ｉ／（Ｐ１・ｃｏｓβ１ｉ）である。【００４３】
一方、角度α１ｉで第１の光制御部に入射する単位面積あたりの光の強度、即ち照度は、後で述べるようにＩ１（α１ｉ）・ｃｏｓ２α１ｉに比例する。
また、図１７に示すように、座標Ｘｉの点における光源を見込む角度Δα１ｉは、ｃｏｓα１ｉに比例する。従って、座標Ｘｉに入射する単位面積、単位角度あたりの光の強度は、ｃｏｓ２α１ｉ／Δα１ｉに比例し、このことから、Ｉ１（α１ｉ）・ｃｏｓ２α１ｉ／ｃｏｓα１ｉ、つまりＩ１（α１ｉ）・ｃｏｓα１ｉに比例する。つまり、点状光源からの光がＸ＝０の点で単位凸部に入射する光の単位角度あたりの強度に対し、座標Ｘ＝Ｘｉの点で単位凸部に入射する光の単位角度あたりの強度の割合はＩ１（α１ｉ）・ｃｏｓα１ｉである。従って、正面方向に出射する光は、Ｉ１（α１ｉ）・ｃｏｓα１ｉ・ｅ１ｉ／（Ｐ１・ｃｏｓβ１ｉ）であり、式（１９）より、ａ１ｉ／ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓ（Φ１ｉ―β１ｉ）・Ｉ１（α１ｉ）・ｃｏｓα１ｉ／（Ｐ１・ｃｏｓβ１ｉ）である。【００４４】
座標Ｘｉに入射した光は、第１の光制御部の基材の厚さがＴ１であるとき、座標（Ｘｉ＋Ｔ・ｔａｎγ１ｉ）に出射する為、そのときの正面方向への出射光の強度分布はｆ１（Ｘｉ＋Ｔ・ｔａｎγ１ｉ）である。【００４５】
更に、正面方向への出射光強度は、点状光源の発光強度と正面方向への出射割合とに比例する為、
ｆ１（Ｘｉ＋Ｔ・ｔａｎγ１ｉ）∝ａ１ｉ／ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓ（Φ１ｉ―β１ｉ）・Ｉ１（α１ｉ）・ｃｏｓα１ｉ／（Ｐ１・ｃｏｓβ１ｉ）                                  （２０）
である。従って、
ａ１ｉ∝Ｐ１・ｆ１（Ｘｉ＋Ｔ・ｔａｎγ１ｉ）・ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ／Ｉ１（α１ｉ）／ｃｏｓα１ｉ／ｃｏｓ（Φ１ｉ―β１ｉ）                                      （２１）
となる。【００４６】
ここで、ａ１ｉの総和は、畝状凸部１の幅をＰ１とすることが可能であり、
【数１】
2008029911.tif 000003
となる。【００４７】
式（２３）のおいて、Ｐ１は定数である為、
ａ１ｉ∝ｆ１（Ｘｉ＋Ｔ・ｔａｎγ１ｉ）・ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ／Ｉ１（α１ｉ）／ｃｏｓα１ｉ／ｃｏｓ（Φ１ｉ―β１ｉ）                                            （８）
が成立する。畝状凸部１の断面は、式（８）の関係を満足するような幅ａ１ｉの領域ｉからなる形状である。既に知られている通り、比例縮小光学系はほぼ同一の指向特性を示すので、畝状凸部の幅は自由に選定することができる。【００４８】
ここで、図６を用いて光制御部１への入射角度と入射強度の関係について説明する。線状光源から光制御部１への入射角θを中心に、微小角度Δθを考慮すると、Δθが十分小さい場合には次の式（２４）、式（２５）、式（２６）が成立する。【００４９】
Ｕ＝Ｈ’・Δθ                                                （２４）
Ｈ’＝Ｈ／ｃｏｓθ                                            （２５）
Ｖ＝Ｕ／ｃｏｓθ                                              （２６）
従って、
Ｖ＝Ｈ・Δθ／ｃｏｓ２θ                                      （２７）
つまり、Ｖはｃｏｓ２θに比例する。線状光源からのΔθ内の出射光の強度をＩ（θ）とすると、光制御部１への単位面積あたりの入射光の強度、即ち照度はＩ（θ）・ｃｏｓ２θに比例する。【００５０】
次に式（９）について説明する。
図７に本発明の面光源素子に用いる第１の光制御部で光を正面に向ける原理を示す。点状光源から、屈折率ｎ１の第１の光制御部２にα１ｉで入る入射光７は光制御部２の入射面６で屈折し、光制御部２の内部を通過し、この光８は出射面側の畝状凸部１で屈折して出射面側に出射する。このとき出射光９が正面方向に出射するのは畝状凸部１において、傾きが望ましい角度Φ１ｉである場合である。本発明では配置に基づくα１ｉの分布と入射光７の強度を考慮し、角度Φ１ｉの割合を調節することで正面方向への出射光強度の分布を調節できる。【００５１】
入射光７を正面方向に偏向させる為の出射面の傾きΦ１ｉは、畝状凸部１の屈折率と、第１の光制御部への光の入射角度によって決定される。入射面６の法線に対する、入射面６へ光が入射する角度をα１ｉ、入射面６で屈折し畝状凸部１の内部を通過する光が入射面６の法線に対して成す角度をβ１ｉ、畝状凸部１の内部を進行する光が畝状凸部の出射側斜面の法線に対して成す角度をε１ｉ、光が出射側斜面で屈折し、出射面に向かう光の斜面の法線に対して成す角度をω１ｉとし、また、畝状凸部１の屈折率をｎ１とする。このとき、畝状凸部から出射した光が正面方向に進むような畝状凸部の斜面の角度をΦ１ｉとする。【００５２】
このとき、次の関係が成立する。
β１ｉ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ１・ｓｉｎα１ｉ）                        （６）’
Φ１ｉ＝β１ｉ−ε１ｉ                                            （２８）
−ｎ１・ｓｉｎε１ｉ＝−ｓｉｎω１ｉ＝ｓｉｎΦ１ｉ  （ω１ｉ＝−Φ１ｉ）    （２９）
式（２８）および式（２９）より、
−ｎ１・ｓｉｎ（β１ｉ−Φ１ｉ）＝ｓｉｎΦ１ｉ                              （３０）
ｎ１・（ｓｉｎΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ−ｃｏｓΦ１ｉ・ｓｉｎβ１ｉ）＝ｓｉｎΦ１ｉ  （３０）’
式（３０）’の両辺をｃｏｓΦ１ｉで除すると（ｓｉｎΦ１ｉ／ｃｏｓΦ１ｉ）＝ｔａｎΦ１ｉなので）、
ｎ１・（ｔａｎΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ−ｓｉｎβ１ｉ）＝ｔａｎΦ１ｉ            （３０）’’
従って、Φ１ｉは次の式で表現される。
Φ１ｉ＝ｔａｎ−１（ｎ１／ｓｉｎβ１ｉ）／（ｎ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ−１）          （９）
式（６）’、式（９）より、
Φ１ｉ＝ｔａｎ−１｛ｓｉｎα１ｉ／（ｎ１・ｃｏｓ（ｓｉｎ−１（（１／ｎ１）ｓｉｎα１ｉ））−１）｝                                                                （３０）’’’【００５３】
α１ｉ、ｎ１、Φ１ｉはこのような関係となり、畝状凸部１の屈折率ｎ１と、畝状凸部１の斜面の傾きΦ１ｉによって、所望の入射角α１ｉの光を正面方向に出射させることができる。畝状凸部１の各領域ｉについて、式（９）を満足することで、角度α１ｉで光制御部１に入射した光を畝状凸部１の領域ｉから正面方向に出射させることができる。【００５４】
前述の通り、光制御部１と光制御部２とには同じ理論が適用可能である為、光制御部についても同様の式が導出可能である。【００５５】
但し、任意に選択した点状光源からＹ軸方向に沿ってα２ｊの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度は、第１の光制御部の影響を受ける。以下に、この影響について説明する。【００５６】
一例として、点状光源からＸ軸方向に沿った傾きα１ｉ＝０で第１の光制御部に入射した光を考える。この第１の光制御部に入射した光のうち、畝状凸部１の領域ｉに入射した光線を図１９に示す。領域ｉ斜面の法線と、入射した光線方向とのなす角度η１ｉは、Ｙ軸方向に沿って正面方向に傾いていない場合（α２ｊ＝０）ならば、η１ｉは、Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する面における、領域ｉの斜面の法線に対してなす角度ε１ｉと等しく、ε１ｉが全反射角よりも小さい場合は屈折して領域１から出射する。一方で、Ｙ軸方向に沿って正面方向から傾いている場合（α２ｊ≠０）、η１ｉ＞ε１ｉとなり、入射した光線方向がＹ軸方向に大きく傾いていると、ε１ｉが全反射角よりも小さくとも、全反射が生じる場合がある。【００５７】
従って、Ｙ軸方向に沿って大きく傾いている場合には、第１の光制御手段によって点状光源側に反射される確率が高くなり、点状光源から、Ｙ軸方向に沿って沿ってα２ｊの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度は、第１の光制御手段を通過することによってα２ｊが大きくなるに従い減衰する。第２の光制御手段では、第１の光制御手段によって影響を受けた後の光線方向をＹ軸に沿って制御する為、Ｉ２（α２ｊ）は、第１の光制御手段を通過した後の角度方向の分布とする必要がある。【００５８】
Ｉ２（α２ｊ）は、上記の説明より、任意に選択した点状光源からＹ軸方向に沿ってα２ｊの方向に単位角度あたりに放射する光の強度に対して、α２ｊが大きい角度で減衰する分布となる。この減衰は、適切な関数で近似しても良く、例えば、（ｃｏｓα２ｊ）ｍとし、Ｉ２（α２ｊ）を任意に選択した点状光源からＹ軸方向に沿ってα２ｊの方向に単位角度辺りに放射する光の強度と、（ｃｏｓα２ｊ）ｍとの積とすることができる。ここでｍとしては０．５〜１．２が適当である。【００５９】
以上のように、畝状凸部１および畝状凸部２を決定する重要な要素である、望ましい正面方向への出射光の強度分布ｆ１（Ｘ）およびｆ２（Ｙ）における光制御部１における領域ｉの傾きΦ１ｉとこれが占めるＸ軸方向の幅ａ１ｉ、光制御部２における領域ｊの傾きΦ２ｊとこれが占めるＹ軸方向の幅ａ２ｊ、点状光源の配置や光制御部の屈折率などの構成に基づいて選定される。【００６０】
本発明の第２の発明は、前記第１の発明の面光源素子であって、前記畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状をあらわす領域−Ｎ１〜Ｎ１がＸ軸の位置座標の順に並んでおり、かつ、前記畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状をあらわす領域−Ｎ２〜Ｎ２がＹ軸の位置座標の順に並んでいることを特徴とする面光源素子である。このとき単位畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状、単位畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状には変曲点がなく、凸部全体が略凸状を成す。変曲点が多いと、光が所望の凸部上の領域に到達する前に別の凸部上の領域に到達して、反射や屈折によって光線の方向が変化し、光の出射方向の制御が困難である場合がある。また、変曲点を持たない形状は変曲点を持つ形状と比較して形状が単純である為、賦形しやすく生産上有利である。【００６１】
本発明の第３の発明は、第１または第２の発明の面光源素子であって、前記畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、該凸部を形成する（２Ｎ１＋１）個の傾きの異なる領域のうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状であり、かつ、前記畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状が、該凸部を形成する（２Ｎ２＋１）個の傾きの異なる領域のうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状であることを特徴とする面光源素子である。第１の発明における畝状凸部１は（２Ｎ１＋１）個の角度Φ１ｉの斜面よりなるが、第３の発明における畝状凸部１は、このうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状を示し、また、第１の発明の畝状凸部２は（２Ｎ２＋１）個の角度Φ２ｊの斜面よりなるが、第３の発明の畝状凸部２は、このうち少なくとも１組の隣接する２つの領域の形状を曲線で近似した形状を示している。曲線で近似することによって、正面方向への出射光の強度分布や出射光の角度分布がより滑らかになる為、望ましい。また、より賦形がしやすいために生産上有利となり望ましい。更に領域の接合部が鋭い形状ではないことで破損が生じにくい為、領域の接合部の破損による光の出射方向の変化や、不必要な散乱が生じにくく、望ましい。【００６２】
本発明の第４の発明は、第１〜３の発明のいずれかの面光源素子であって、前記第１の光制御部において、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が全出射光の５０％以上であり、かつ、前記第２の光制御部において、Ｘ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が全出射光の５０％以上であることを特徴とする面光源素子である。該面光源素子は、正面方向へ出射する割合が比較的大きい為、テレビやパソコンモニタなど主として正面方向から出射面を観察する用途において、効率良く明るい照明を得ることができる。また、前記第１の光制御部において、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面内において、正面方向に対して角度３０度以内の範囲に出射する光の割合は、前記第１の光制御部の畝状凸部１の斜面の角度を調整することによって、調節可能であり、また、前記第２の光制御部において、Ｘ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な断面内において、正面方向に対して角度３０度以内の範囲に出射する光の割合は、前記第２の光制御部の畝状凸部２の斜面の角度を調整することによって、調節可能である。前記畝状凸部１の斜面の角度は、Ｘｍａｘ〜Ｘｍｉｎの幅を調整することで調節でき、また、前記畝状凸部２の斜面の角度は、Ｙｍａｘ〜Ｙｍｉｎの幅を調整することで調節できる。【００６３】
本発明の第５の発明は、第１〜４の発明のいずれかの面光源素子が備える、Ｘ軸またはＹ軸に沿って光線方向を制御する光制御手段を有するシート状の光制御部材である。該光制御部材は、光線方向を制御する第１の光制御部および第２の光制御部を備え、該光制御部材の主に光を入射する面から入射した光は、第１の光制御手段もしくは第２の光制御手段によって一部は反射し、一部は透過する。この機能によって、出射光の輝度均一性および色の均一性は向上する。光制御部材の主に光を入射する面を通過する光は、入射面で屈折して光制御部材内部を通過し、畝状凸部１および／または畝状凸部２に到達する。畝状凸部１に入射した光は、畝状凸部１における各領域の斜面の傾きに応じてＸ軸方向に沿って屈折し、畝状凸部２に到達した光は、畝状凸部２における各領域の斜面の傾きに応じてＹ軸方向に沿って屈折する。適切な角度の領域に到達した光は正面方向に出射する。従って、傾きの異なる畝状凸部１および畝状凸部２の各領域の割合を適切に選択することによって、任意の出射面上の点における正面方向への出射光の輝度分布を一定にすることが可能である。【００６４】
本発明の第６の発明は、第１〜４のいずれかの発明の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。前記面光源素子は正面方向への出射光の強度分布が一定で均一な面光源素子であり、また正面方向への出射光の強度の割合を大きくすることが可能であり、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、色再現性がよく、輝度と色の均一性が高いことから高品位な画像を表示できる。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。【００６５】
正面方向への出射光の強度分布は、正面輝度の分布を測定することにより評価可能である。正面輝度の分布は、輝度計と面光源素子の出射面上にある測定点との距離を一定に保った状態で、輝度計をＸ軸方向およびＹ軸方向に等間隔ずつ移動しながら計測する。また、正面方向への出射光の割合は、まず、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面、およびＸ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な断面に沿って、同一の測定点について、輝度計と測定点の距離を一定に保った状態で、角度を変化させて計測する。得られた角度毎の輝度の値をエネルギーに変換し、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面における、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合、およびＸ軸方向に直交かつＹ軸方向に平行な断面における、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合を算出する。【００６６】
本発明では、直下方式の面光源素子において、光の利用効率が高く、正面方向への出射光の強度分布を一定とすることで、点状光源の像による明暗差等を解消し、正面方向の輝度の均一性と色の均一性を高めた面光源素子を提供する。また、正面方向への出射光の割合が大きく、高い正面輝度が得られる面光源素子を提供する。また、光制御部材における畝状凸部１および畝状凸部２を曲線で近似することにより、滑らかな正面方向への出射光の強度分布や望ましい滑らかな出射光の角度分布が得られる。また、他の機能性光学フィルムの利用を解消もしくは削減が可能となり、生産性や薄型化にも有利となる。更に、本発明の面光源素子が備える光制御部材は、入射した光に対して全ての場所において同様な光学的制御を行う為、点状光源と光制御部材との厳密な位置合わせが不要で、ディスプレイサイズや点状光源の個数や配置の変更にも即座に対応可能であり、生産性良く面光源素子を製造できる。また、本発明は該面光源素子を用いた画像表示装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の面光源素子の、好適な一例を示す図である。
【図２】図１の面光源素子の、Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における点状光源の位置と、正面方向への出射光の強度分布との関係を示す図である。
【図３】隣接する３個の点状光源を配置したときの、Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における点状光源の位置とそれぞれの正面方向への出射光の強度分布を示す図である。
【図４】本発明の面光源素子における、複数の点状光源の配列の一例を示す図である。
【図５】Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源からの光の入射角度α１ｉと、畝状凸部１における領域ｉの斜面の傾きΦ１ｉと、領域ｉのＸ軸方向の幅ａ１ｉとの関係を示す図である。
【図６】光制御部材への光の入射角度と入射強度の関係を示す図である。
【図７】本発明の面光源素子で、光を正面方向に偏向させる原理を示す図である。
【図８】Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する断面における、１個の点状光源からの光の、正面方向への出射光のＸ軸方向への強度分布の一例を示す図である。
【図９】Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する断面における、１個の点状光源からの光の、正面方向への出射光のＸ軸方向への強度分布の、図８とは異なる一例を示す図である。
【図１０】図８で示した面光源素子のｆ１（Ｘ）と、それに対応するｇ１（Ｘ）を示す図である。
【図１１】図９で示した面光源素子のｆ１（Ｘ）と、それに対応するｇ１（Ｘ）を示す図である。
【図１２】比較例２の光制御部材の入射面に、点状光源からの光が垂直に入射した場合の光の進行方向を示す図である。
【図１３】比較例２の光制御部材の入射面に、点状光源からの光が斜め方向より入射した場合の光の進行方向を示す図である。
【図１４】比較例１の、通常の微粒子を分散させた拡散板を用いた面光源素子の構成を示す図である。
【図１５】Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する断面における、点状光源から正面方向への出射光の強度分布を示す図である。
【図１６】角度β１ｉで畝状凸部１に向かう光のうち、領域ｉに向かう光の割合を示す図である。
【図１７】Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する断面における、座標Ｘｉの点における点状光源を見込む角度Δα１ｉを示す図である。
【図１８】３種類の点状光源を用いた面光源素子の、Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における点状光源の位置と、正面方向への出射光の強度分布との関係を示す図である。
【図１９】第１の光制御部が、Ｙ軸方向に沿ってα２ｊの方向に単位角度あたりに放射する光の強度に与える影響を示す図である。
【図２０】実施例および比較例の構成と結果を示す表である。
【符号の説明】
【００６８】
１：点状光源
１１：赤色のＬＥＤ
１２：青色のＬＥＤ
１３：緑色のＬＥＤ
２：光制御部材
３：第１の光制御部
３１：第１の光制御部における、基材部分
３２：畝状凸部１
３２ａ：畝状凸部１の、領域ｉの斜面
４：第２の光制御部
５：反射板
６：第１の光制御部の主に光を入射する面
７：光制御部材の基材部分を進む光
８：畝状凸部１または畝状凸部２の内部を進む光
９：光制御部材から出射する光
１０：プリズムシート
１１：畝状凸部１の、領域ｉにα１ｉ＝０、α２ｊ＝０で入射した光
１２：畝状凸部１の、領域ｉで屈折して出射する光
１３：畝状凸部１の、領域ｉにα１ｉ＝０、α２ｊ≠０で入射した光
１４：畝状凸部１の、領域ｉにα１ｉ＝０、α２ｊ≠０で入射した光のうち、領域ｉの斜面で全反射される光
Ｄ１：Ｘ軸方向における、点状光源の配列の周期
Ｄ２：Ｙ軸方向における、点状光源の配列の周期
Ｈ１：点状光源の発光面から、第１の光制御部材の入射面までの距離
Ｈ２：点状光源の発光面から、第２の光制御部材の入射面までの距離
ｆ１（Ｘ）：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、任意の点状光源からの光の、第１の光制御部から正面方向に出射する光の強度分布
ｆ２（Ｙ）：Ｘ軸に直交しかつＹ軸に平行な平面における、任意の点状光源からの光の、第２の光制御部から正面方向に出射する光の強度分布
Ｎ１、Ｎ２：自然数
ｎ１：畝状凸部１の屈折率
ｎ１ｓ：第１の光制御部の基材の屈折率
ｎ２：畝状凸部２の屈折率
ｎ２ｓ：第２の光制御部の基材の屈折率
Ｘｍａｘ：ｆ１（Ｘ）が０となるときの正方向のＸ座標
Ｘｍｉｎ：ｆ１（Ｘ）が０となるときの負方向のＸ座標
Ｙｍａｘ：ｆ２（Ｙ）が０となるときの正方向のＹ座標
Ｙｍｉｎ：ｆ２（Ｙ）が０となるときの負方向のＹ座標
ｇ１（Ｘ）：ｆ１（Ｘ−Ｄ１）＋ｆ１（Ｘ）＋ｆ１（Ｘ＋Ｄ１）；Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、任意の点状光源と両側に隣接する点状光源とからの光の、第１の光制御部から正面方向に出射する光の強度分布
ｇ２（Ｙ）：ｆ２（Ｙ−Ｄ２）＋ｆ２（Ｙ）＋ｆ２（Ｙ＋Ｄ２）；Ｘ軸に直交しかつＹ軸に平行な平面における、任意の点状光源と両側に隣接する点状光源とからの光の、第１の光制御部から正面方向に出射する光の強度分布
ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ：Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘ間のｇ１（Ｘ）の最小値
ｇ１（Ｘ）ｍａｘ：Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘ間のｇ１（Ｘ）の最大値
ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ：Ｙｍｉｎ〜Ｙｍａｘ間のｇ２（Ｙ）の最小値
ｇ２（Ｙ）ｍａｘ：Ｙｍｉｎ〜Ｙｍａｘ間のｇ２（Ｙ）の最大値
δ１：δ１＝（Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ）／２Ｎ１＋１を満たすＸ軸方向における微小区間
δ２：δ２＝（Ｙｍａｘ−Ｙｍｉｎ）／２Ｎ２＋１を満たすＹ軸方向における微小区間
Φ１ｉ：畝状凸部１の、領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Φ２ｊ：畝状凸部２の、領域ｊの出射面に対する斜面の傾き
Ｘｉ：Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘ間を（２Ｎ１＋１）等分したときの各要素におけるＸ座標の中心値
Ｙｊ：Ｙｍｉｎ〜Ｙｍａｘ間を（２Ｎ２＋１）等分したときの各要素におけるＹ座標の中心値
ａ１ｉ：第１の光制御部の畝状凸部１における領域ｉのＸ軸方向の幅
ａ２ｊ：第２の光制御部の畝状凸部２における領域ｊのＹ軸方向の幅
Ｔ１：第１の光制御部の入射面から畝状凸部１の底部までの厚み
Ｔ２：第２の光制御部の入射面から畝状凸部２の底部までの厚み
Ｉ１（α１ｉ）：任意に選択した点状光源からＸ軸方向に沿ってα１ｉの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度
Ｉ２（α２ｊ）：任意に選択した点状光源からＹ軸方向に沿ってα２ｊの方向へ単位角度あたりに放射する光の強度
α１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して領域ｉから出射する光の、点状光源からの光線方向が正面方向に対してなす角度
α２ｊ：Ｘ軸に直交しかつＹ軸に平行な平面における、点状光源から第２の光制御部に入射して領域ｊから出射する光の、点状光源からの光線方向が正面方向に対してなす角度
β１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して領域ｉから出射する光の、畝状凸部１内部での光線方向が、正面方向に対してなす角度
β２ｊ：Ｘ軸に直交しかつＹ軸に平行な平面における、点状光源から第２の光制御部に入射して領域ｊから出射する光の、畝状凸部２内部での光線方向が、正面方向に対してなす角度
γ１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して領域ｉから出射する光の、第１の光制御部の基材での光線方向が、正面方向に対してなす角度
γ２ｊ：Ｘ軸に直交しかつＹ軸に平行な平面における、点状光源から第２の光制御部に入射して領域ｊから出射する光の、第２の光制御部の基材での光線方向が、正面方向に対してなす角度
ｂ１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、領域ｉの斜面の長さ
ｂ２ｊ：Ｘ軸に直交しかつＹ軸に平行な平面における、領域ｊの斜面の長さ
ｅ１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して領域ｉから出射する光の、第１の光制御部内部での光線方向に垂直な方向への領域ｉの斜面の射影の長さ。
ξ１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、領域ｉの斜面の角度が、畝状凸部１内部での光線方向と垂直な角度に対してなす角度
η１ｉ：畝状凸部１における領域ｉの斜面の法線と、領域ｉの斜面に入射した光線方向とのなす角度
θ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して出射面から出射する光の、点状光源からの光線方向が正面方向に対してなす角度
Δθ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、入射角度θの光を中心にした微小範囲が点状光源の中心となす角度
Ｈ’：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から角度（θ−Δθ）で出射した光が通る第１の光制御部における入射面上の点と、点状光源の中心とを結ぶ線分を、点状光源と角度θで出射した光が通る直線上に射影した長さ（点状光源から角度θで出射した光が通る第１の光制御部における入射面上の点と、点状光源の中心との距離にほぼ等しい）
Ｖ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源からの入射角度θを中心とする角度範囲Δθの光が通過する第１の光制御部における入射面上の領域の長さ
Ｕ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源からの入射角度θを中心とする角度範囲Δθの光が通過する第１の光制御部における入射面上の領域の、入射角度θに垂直な角度への射影
ε１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して畝状凸部１の領域ｉに向かう光の、畝状凸部１内での光線方向が、領域ｉの斜面の法線に対してなす角度
ω１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、点状光源から第１の光制御部に入射して畝状凸部１の領域ｉに向かう光の、畝状凸部１から出射する光線方向が、領域ｉの斜面の法線に対してなす角度
Ｐ１：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、畝状凸部１の幅
Δα１ｉ：Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する平面における、座標Ｘｉより点状光源を見込む角度
Ｌ１（Ｘ）ｍｉｎ：Ｘ軸に沿った１周期における、面光源素子正面方向の輝度の最小値
Ｌ１（Ｘ）ｍａｘ：Ｘ軸に沿った１周期における、面光源素子正面方向の輝度の最大値
Ｌ２（Ｙ）ｍｉｎ：Ｙ軸に沿った１周期における、面光源素子正面方向の輝度の最小値
Ｌ２（Ｙ）ｍａｘ：Ｙ軸に沿った１周期における、面光源素子正面方向の輝度の最大値
ｚ：頂点を原点とした場合の、畝状凸部１または畝状凸部２の断面形状の、高さ方向の座標
ρ：頂部を原点とした場合の、畝状凸部１または畝状凸部２の断面形状の、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の位置座標
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
本発明を実施するための最良の形態の一例を図１に示す。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、Ｘ−Ｙ平面に平行な出射面と、複数の点状光源と、２枚のシート状の光制御部材を備え、前記複数の点状光源が前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内にＸ軸およびＹ軸方向に周期的に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な発光面を備え、前記光制御部材が、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に、かつ、前記複数の点状光源の正面方向に配置され、前記出射面が、前記光制御部材の正面方向側に配置されている面光源素子であって、前記２枚の光制御部材の出射面側に、Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な複数の畝状凸部１からなる第１の光制御部を備え、かつ、前記２枚の光制御部材の出射面側に、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する複数の畝状凸部２からなる第２の光制御部を備えている面光源素子である。【００７０】
本発明の点状光源としては特に制限はないが、ＬＥＤ等を用いることができる。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上げられる。また、出射面で要求する色に応じて、１周期内に複数の同一色光源を配置しても良い。
点状光源のＸ軸方向およびＹ軸方向の周期Ｄ１、Ｄ２は短いほうが、輝度均一性と色の均一性とがよく、高い輝度が得られる為、望ましい。しかし、周期が短すぎると点状光源の個数が増加し、消費電力の増加、また発熱の問題が発生する。Ｘ軸方向およびＹ軸方向の周期は７ｍｍから７０ｍｍが望ましい。より望ましくは１５ｍｍから５０ｍｍである。【００７１】
図１５は点状光源を配列した場合の、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面における正面方向への出射光の強度と点状光源の位置を表す図である。ここで示したように、複数の点状光源１の配列を備える面光源素子にあっては、正面方向（図中では上）への出射光の強度は、それぞれの点状光源１の直上部分と、直上部分と隣り合う点状光源と点状光源の中間位置部分（点状光源から斜め上に向かう部分）とでは大きく異なる。これは本発明の面光源素子では光制御部材の主に光が入射する面への入射光の強度が、それぞれの点状光源１の直上部分と、斜め上の部分とでは大きく異なることを示している。また、この強度の違いは、Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な断面においても同様である。【００７２】
図２は図１の面光源素子の、点状光源の位置と、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面における正面方向の出射光の強度との関係を示す図である。Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な断面においても同様の強度分布を示し、このように本発明の面光源素子では正面方向への出射光の強度分布がほぼ一定となる為、正面方向の輝度の均一性と、色の均一性が得られる。【００７３】
図１８は、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面における、種類の異なる３個の点状光源をＹ軸方向に３周期分配置したときの、点状光源の位置と、それぞれの正面方向への出射光の強度分布を示した図である。それぞれの点状光源の種類について、３周期分の総和がほぼ一定となっていれば、高い正面方向の輝度と色の均一性が得られる。本発明の面光源素子は光制御部材２によって図２に示すように、正面方向への出射光の強度分布がほぼ一定となる為、正面方向の高い輝度の均一性と、色の均一性とが得られる。【００７４】
図８に、Ｄ１＝３０ｍｍとしてＸ軸方向に点状光源を配列した、本発明の面光源素子の任意の１個の点状光源からの光による、正面方向への出射光の、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面における分布の一例を示す。１個の点状光源からの光による正面方向への出射光は、Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘの範囲となる。図８に示すような緩やかに減衰を示す場合は、例えばｆ１（Ｘ）の値が最大値の１／１００となるときのＸの値で代用することも可能である。Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘを定める為のｆ１（Ｘ）の値は、それぞれ同一であることが望ましく、最大値の１／２０以下であれば問題なく、１／１００であることが更に望ましい。図８ではＸｍｉｎ＝−３Ｄ１、Ｘｍａｘ＝３Ｄ１であり、ｆ１（Ｘｍｉｎ）＝ｆ１（Ｘｍａｘ）でｆ１（Ｘ）の最大値の１／１００以下である。このような分布から求められる面光源素子の正面方向への出射光の強度は、厳密には隣接する３周期分の点状光源の総和のみでは決定されない為、ｇ１（Ｘ）は一定であるよりも、Ｘ＝０である中心付近のｇ１（Ｘ）が周辺と比較して少し高いことが望ましい。また同様に、Ｙ＝０である中心付近のｇ２（Ｙ）が周辺と比較して少し高いことが望ましい。【００７５】
また、ｇ１（Ｘ）の最小値であるｇ１（Ｘ）ｍｉｎと、最大値であるｇ１（Ｘ）ｍａｘの比、ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘが０．８以上であるときにＸ軸方向に沿って輝度が均一化され、かつ、ｇ２（Ｙ）の最小値であるｇ２（Ｙ）ｍｉｎと、最大値であるｇ２（Ｙ）ｍａｘの比、ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘが０．８以上であるときにＹ軸方向に沿って輝度が均一化される為に、輝度の均一性の高い面光源素子が得られる。ｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘおよびｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘの値は０．８５以上がより好適であり、この場合に一層輝度の均一性と色の均一性とが高い面光源素子を得ることができ、透過型の液晶パネル等を前記面光源素子の出射面の正面方向に配置し画像表示装置とした場合に高い画面品位を得ることができる。更により高い画面品位を得るためには、０．９０以上が望ましい。【００７６】
図９に、図８の場合と同じくＤ１＝３０ｍｍとしてＸ軸方向に点状光源を配列し、別の光制御部材を用いた本発明の面光源素子における、正面方向への出射光の、Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な断面における分布の一例を示す。この例ではＸｍｉｎ＝−Ｄ１、Ｘｍａｘ＝Ｄ１である。畝状凸部１の形状によっては、ある入射角度以上の光は正面方向に進まないので、このように点状光源からある程度離れた部分で急激に出射光強度が低下する分布となる。このような分布では正面方向への出射光の強度分布は隣接する３周期分の総和で決定されるので、ｇ１（Ｘ）が一定であることが最も望ましい。このとき、Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘの範囲で光は正面方向へ出射し、その分布はｆ１（Ｘ）となる。図８に示すＸｍｉｎ＝−３Ｄ１、Ｘｍａｘ＝３Ｄ１である場合と、図９に示すＸｍｉｎ＝−Ｄ１、Ｘｍａｘ＝Ｄ１である場合とを比較すると、畝状凸部の幅は限られているので、斜面の傾き角度Φ１ｉの配分により正面方向への出射光の分布が決定される。畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状が、図８に示すような遠方より斜め方向から入射するエネルギーの弱い光を正面に向けるような斜面角度を持つより、図９に示すような遠方からの光を正面に向ける角度Φ１ｉは持たずに、−Ｄ１＜Ｘ＜Ｄ１の範囲に入射した光のみを正面に向ける角度Φ１ｉで構成される畝状凸部１が正面輝度は向上する。このようにＸｍｉｎ〜Ｘｍａｘの幅を小さくすることは、より強い光を効果的に正面に偏向させることによって正面方向への出射光の割合を増加させる効果を持つ。【００７７】
一方、Ｘｍｉｎ〜Ｘｍａｘの幅を大きくすることは、遠くの点状光源からの光を正面に向けることによって正面方向への出射光の割合を増加させる効果を持つ。従って正面輝度を高める為にはＸｍｉｎ〜Ｘｍａｘの幅が適切な範囲にあることが望ましい。望ましいＸｍａｘ〜Ｘｍｉｎの幅はｆ１（Ｘ）によって異なるが、例えば出射光の強度が最大値の１／２以上となるＸの範囲を目安とすることができる。この範囲が大きい場合には、Ｘｍａｘ〜Ｘｍｉｎの幅を比較的大きく取ることが望ましく、小さい場合小さめに取ることが望ましい。このようにＸｍａｘ〜Ｘｍｉｎの幅を好適に定めることによって正面輝度を高めることが可能である。【００７８】
図１１は、図９でｆ１（Ｘ）について示した面光源素子のｇ１（Ｘ）を示す。既に示したように、ｇ１（Ｘ）が点状光源の１周期分である−Ｄ１／２≦Ｘ≦Ｄ１／２の範囲で一定であれば、正面方向に高い輝度と色の均一性が得られ、また、Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘが最適である場合には、点状光源近傍のエネルギーの高い光を正面に偏向させる為、より正面方向の輝度は高くなる。【００７９】
また畝状凸部２においても同様に、ｇ２（Ｘ）が点状光源の１周期分である−Ｄ２／２≦Ｙ≦Ｄ２／２の範囲で一定であれば、正面方向に高い輝度と色の均一性が得られ、またＹｍｉｎ、Ｙｍａｘが最適である場合には、点状光源近傍のエネルギーの高い光を正面に偏向させる為、より正面方向の輝度は高くすることが可能である。Ｙｍｉｎ〜Ｙｍａｘの適切な範囲は畝状凸部１と同じく、例えば出射光の強度が最大値の１／２以上となるＹの範囲を目安とすることができ、この範囲に応じてＹｍｉｎ〜Ｙｍａｘの範囲を取ることが望ましい。【００８０】
畝状凸部１において、領域−Ｎ１〜Ｎ１の配列順序が必ずしもＸ軸に沿っている必要はない。しかし、この場合、各領域の配列の順序により畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状である凸部には変曲点が存在し、角度α１ｉで入射した光を正面に偏向させる角度Φ１ｉの畝状凸部１に到達する前に、別の角度の斜面に到達し、屈折或いは反射によって光線方向が変化し、角度Φ１ｉの斜面に到達しなかったり、望ましくない角度で角度Φ１ｉの斜面に到達したりすることによって、光の出射方向の制御が困難となり、性能が不十分となる可能性がある。−Ｎ１〜Ｎ１の領域がＸ軸の位置座標の順に並んでいる場合、通常は凸部の形状は変曲点を持たず、凸部全体が略凸状を成す。このような凸部の場合、通常、光が所望の凸部上の領域に到達して反射や屈折によって光線の方向が変化することがなく、光線方向の制御が容易となり、有利である。【００８１】
畝状凸部２においても、領域−Ｎ２〜Ｎ２の配列順序が必ずしもＸ軸に沿っている必要はない。しかし、この場合、各領域の配列の順序により畝状凸部２のＸ軸方向の断面形状である凸部には変曲点が存在し、角度α２ｊで入射した光を正面に偏向させる角度Φ２ｊの畝状凸部２に到達する前に、別の角度の斜面に到達し、屈折或いは反射によって光線方向が変化し、角度Φ２ｊの斜面に到達しなかったり、望ましくない角度で角度Φ２ｊの斜面に到達したりすることによって、光の出射方向の制御が困難となり、性能が不十分となる可能性がある。−Ｎ２〜Ｎ２の領域がＸ軸の位置座標の順に並んでいる場合、通常は凸部の形状は変曲点を持たず、凸部全体が略凸状を成す。このような凸部の場合、通常、光が所望の凸部上の領域に到達して反射や屈折によって光線の方向が変化することがなく、光線方向の制御が容易となり、有利である。【００８２】
また畝状凸部１の各領域のＸ軸方向の幅ａ１ｉがｆ１（Ｘｉ＋Ｔ１・ｔａｎβ１ｉ）・ｃｏｓΦ１ｉ・ｃｏｓβ１ｉ／ｃｏｓα１ｉ／ｃｏｓ（Φ１ｉ−β１ｉ）に比例することが本発明の面光源素子の特徴であるが、凸部の底部から表面までの高さの影響によって、好ましい幅が少しずれる場合があるが、大きな影響はない。畝状凸部２についても、凸部の底部から表面の高さの影響は大きくない。【００８３】
光制御部材の厚さＴ１およびＴ２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の間に空間が設けられているために、最も光源側に配置される光制御部材は撓みや変形のないの強度を有する厚さであることが望ましい。最も光源側に配置される光制御部材は、面光源素子の大きさによって異なるが、厚さは０．５ｍｍから５ｍｍが望ましい。これより薄いと光制御部材の撓みや変形を生じ、点状光源と光制御部材が接触し、外観品位の低下が生じる。またこれより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から４ｍｍであり、より好ましくは１．５ｍｍから２．５ｍｍ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。【００８４】
また、畝状凸部１および畝状凸部２を分割する領域の個数を決定するＮ１およびＮ２は、２以上であることが望ましい。Ｎ１および／またはＮ２が大きい場合、畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状および／または畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状における凸部は、多くの傾きからなる複雑な形状となる。傾きの数が多いと、正面方向への出射光の制御を精度良く行うことができ、正面方向への出射光の強度分布の均一性が高い。精度の面からはＮ１およびＮ２は大きい方がよいが、大きすぎると形状が複雑になり作製が困難となる。作製の容易さの面からはＮ１およびＮ２が１００以下であることが望ましく、１０以下であることが更に望ましい。【００８５】
畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状および／または畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状において、凸部を形成する領域の少なくとも１組の隣接する領域の形状を曲線で近似しても良い。更に３つ以上の隣接する領域の形状を曲線で近似しても良く、凸部全体での形状を曲線で近似しても良い。多くの領域の形状を曲線で近似すると、正面方向への出射光の強度分布や出射光の角度分布を滑らかにする、賦形しやすい、破損しにくい等の、隣接する領域の形状を曲線で近似することの効果がより高くなり、望ましい。曲線への近似法としては、特に制限はなく、通常良く知られている最小二乗法、スプライン補間法、ラグランジュ補間法などを用いることが可能である。近似に用いる点は近似する領域から少なくとも１点を選び、通常近似する領域の数より多くとる。例えば、連続する複数の領域の両端と各領域の接点を選択することが可能である。また、各領域の中点を近似に用いることもできる。【００８６】
Ｘ軸方向に直交しかつＹ軸方向に平行な断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が５０％以上であり、かつ、Ｘ軸方向に平行かつＹ軸方向に直交する断面内において、正面方向に対して角度３０度以内に出射する光の割合が５０％以上である場合には、正面方向の輝度の高い面光源素子が得られる。高い正面輝度が要求されるパソコンモニタ等の表示装置においては、この数値は６０％以上であればより望ましく、８０％以上であれば更に望ましい。一方、照明看板等の広視野角が要求される表示装置については、正面方向への出射の割合が高すぎると、正面方向のみに光が向き、視野角が狭く成り望ましくない。従って、照明看板等に用いる場合には、この数値は６０％〜８０％が望ましい。【００８７】
点状光源の発光面と第１の光制御部との距離Ｈ１、および点状光源の発光面と第２の光制御部との距離Ｈ２は長いほうが、輝度均一性と色の均一性とが高い為に、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為に好ましくない。点状光源と光制御部材の距離は５ｍｍから５０ｍｍが好ましい。より望ましくは１０ｍｍから３０ｍｍである。また、点状光源の周期との比、Ｄ１／Ｈ１、Ｄ２／Ｈ２は０．５〜３であることが望ましく、１〜２であることが更に望ましい。【００８８】
畝状凸部の幅Ｐ１、畝状凸部の幅Ｐ２は、１０μｍから５００μｍ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から４００μｍであり、更に望ましくは４０μｍから３００μｍである。この範囲ではパターンそのものの視認が観察され難く、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、Ｐ１、Ｐ２は、透過型表示装置の画素ピッチの１／１００から１／１．５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。【００８９】
本発明の光制御部材の製造方法としては、特に制限はないが、押出成型、射出成型、紫外線硬化樹脂を使用した２Ｐ（Photo  Polymerization）成型が挙げられる。しかし、凸部を設ける場合には、凸部の大きさ、凸部の形状、量産性等を考慮して適した成型方法を選択すればよい。主面が大きい場合には押出成型が適している。【００９０】
また、通常畝状凸部１および畝状凸部２はそれぞれ連続して配列するが、畝状凸部１および／または畝状凸部２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、金型の凸部が変形しにくくなり、凸部の成形上有利である。また、点状光源の直上での光が正面方向に出射される為、点状光源の直上での輝度のみを向上させる場合に有効である。逆に、平坦部を設けない場合、第１の光制御部および／または第２の光制御部の出射面全体で光線方向を制御することが可能である為に、正面方向の出射光の強度分布の均一化が容易である。【００９１】
また、第１の光制御部における畝状凸部１のＸ軸方向の断面形状は同じ形状であること、および、第２の光制御部における畝状凸部２のＹ軸方向の断面形状は同じ形状であることが望ましい。光制御部材の光学的性質が一様となる為、厳密な位置合わせが不要であり、ディスプレイサイズや点状光源の個数や配置の変更にも即座に対応可能であり、生産性よく面光源素子を製造することができる。【００９２】
光制御部材の材料としては、通常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。【００９３】
より多くの光を利用する為に、光源の背面に反射板等を用いてもよい。反射板を用いることによって、光源から背面方向に出射した光、光制御部材によって背面方向に出射した光を正面方向に向け、より多くの光を利用することができ、高い輝度を得ることが可能である。【００９４】
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樹脂などが挙げられる。光の利用効率を高める為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為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。【００９５】
また、より輝度均一性と色の均一性を高める為に、本発明の光制御部材に、光拡散手段を設けても良い。光拡散手段としては、光制御部材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の入射面側および／または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。【００９６】
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しによる成形、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為に正面輝度が低下する。【００９７】
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べ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。【００９８】
光制御部材が最も光源側に配置されていない場合では、光制御部材自身の強度、生産性等を考慮して光制御部材の厚さを設定すればよい。通常面光源素子として用いる際には最も光源側に配置される光制御部材と共に端面付近を固定される為に薄いシートであっても撓みは生じにくい。従って、最も光源側にない光制御部材は最も光源側にある場合よりも薄くすることが可能である。最も光源側にない光制御部材は、装置全体の薄型化の為には、薄いほうが好ましい。面光源素子の大きさによって異なるが、厚さは０．０５ｍｍから１ｍｍが望ましい。これより薄くなると、光制御部材自体の強度が低下し、変形等により品位が低下する。また、これより厚くなると面光源素子が厚くなり、また重量も増加する。更に光制御部材の熱などによる変形を防ぎ、かつ押出成形等による高い生産性を得るためには、０．１ｍｍから０．７ｍｍが望ましく、更には０．２ｍｍから０．５ｍｍが望ましい。  【００９９】
また、光制御部材の光源側に重ねて、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。前記支持基板を配することによって、光制御部材を例えば０．１ｍｍから１ｍｍと薄くしても光制御部材を支持することが可能である。光制御部材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の支持を容易にする。前記支持基板の厚さに特に制限は無いが、通常１ｍｍから５ｍｍであり、軽量化と強度の兼ね合いから通常２ｍｍから４ｍｍの範囲であることが更に望ましい。前記支持基板は、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と同等である。また支持基板は光制御部材と接合されていても良く、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、更には光制御部材のずれや皺の発生が防止できる。【０１００】
支持基板を用いる場合などで、支持基板と光制御部材と接合されている場合などで、支持基板が屈折率の異なる数種類の板となっても問題ない。この場合、ここまで示してきた考え方に沿って、式（８）に相当する式を導くことでａ１ｉを求めることが可能である。しかしながら屈折率のばらつきが９０％以内である場合、屈折率ｎ１２、ｎ２２は各板厚の比に従って近似することで式（８）を導くことができる。例えば支持基板の部分が、屈折率がｎ’、ｎ’’、ｎ’’’で板厚がそれぞれＴ１’、Ｔ１’’、Ｔ１’’’の３枚の板によってなる場合、ｎ１２は（ｎ’Ｔ１’＋ｎ’’・Ｔ１’’＋ｎ’’’・Ｔ１’’’）／Ｔ１の値で近似できる。【０１０１】
また、屈折率の異なる光を拡散させる微粒子が分散されている場合、本発明では微粒子の使用量が少量である為、この屈折率の影響は考慮しなくても良い。【０１０２】
また、より輝度の均一性と色の均一性を得る為に拡散シート、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。【０１０３】
本発明の光制御部材は、複数の点状光源以外の光源に対しても使用できる。例えば単一の点状光源に対して用いることによって、より広範な範囲において、均一で高い輝度を得ることが可能である。また、本発明の光制御部材が備える光制御部は、Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内にＸ軸方向に平行かつＹ軸に沿って配置された複数の線状光源、または、Ｙ軸方向に平行かつＸ軸に沿って配置された複数の線状光源からの光線方向を制御することが可能であり、高い輝度均一性が実現できる。これら線状光源として、蛍光灯等や、ＬＥＤ等の点状光源を狭い間隔で直線状に配列して構成した線状光源も用いることができる。【０１０４】
また、本発明の画像表示装置としては、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上げられる。これにより、表示面の輝度が高く、色再現性が良く、輝度均一性と色の均一性とに優れる画像表示装置を得ることができる。
【実施例】
【０１０５】
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。
本実施例の面光源素子の構成は、図１の略図で示す通りである。【０１０６】
本発明の複数の点状光源を得る為に、図４に示す通り、赤、青、緑のチップ型のＬＥＤを実施例１〜３ではＤ１＝１０ｍｍ、Ｄ２＝２５ｍｍ、実施例４〜６ではＤ１＝１０ｍｍ、Ｄ２＝３３ｍｍ、実施例７〜９ではＤ１＝２０ｍｍ、Ｄ２＝２５ｍｍで周期的に配列する。ここでいう周期とは、Ｄ１はＸ軸方向に赤色ＬＥＤが配置されている位置から赤色ＬＥＤが配置されている位置までの距離であり、Ｄ２はＹ軸方向に赤色ＬＥＤが配置されている位置から赤色ＬＥＤが配置されている位置までの距離である。【０１０７】
本発明を実施するにあたり、光制御部材は光源の発光面から正面方向に２０ｍｍの位置に、正面方向に向かって、第１の光制御部材、第２の光制御部材の順に配置する。光源の発光面から第１の光制御部の入射面までの距離Ｈ１は２０ｍｍであり、光源の発光面から第２の光制御部の入射面までの距離Ｈ２は２３ｍｍである。また、光源の背面側には発泡ＰＥＴ樹脂からなる反射率９５％の反射板を設置する。【０１０８】
本発明の光制御部材として、第１の光制御部を有する光制御部材１−１〜１−６を、第２の光制御部を有する光制御部材２−１〜２−７を、それぞれ以下の方法で作製する。【０１０９】
本発明の光制御部材における畝状凸部１を得る為に、切削加工によって幅６０μｍ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（屈折率１．５５）によって厚さ２ｍｍのポリスチレン樹脂（屈折率１．６０）基板に畝状凸部を形成し、第１の光制御部を作製する。また、同様に畝状凸部２を得る為に、切削加工によって幅６０μｍ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（屈折率１．５５）によって厚さ０．５ｍｍのスチレン−ブタジエンゴム状共重合体約１０重量％を分散させたメタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂（屈折率１．５４）基板に畝状凸部を形成し、第２の光制御部を作製する。【０１１０】
畝状凸部１における金型の溝状凹部の形状は、Ｎ１＝５０とし、表１に示した、ｆ１（Ｘ）、Ｘｍｉｎ、Ｘｍａｘによって定められる傾きΦ１ｉとＸ軸方向の幅ａ１ｉを持つ各領域−Ｎ１〜Ｎ１を、同じく表１に示す領域の順序に従って並べて作製する。同様に、畝状凸部２における金型の溝状凹部の形状は、Ｎ２＝５０とし、表１に示したｆ２（Ｙ）、Ｙｍｉｎ、Ｙｍａｘによって定められる傾きΦ２ｊとＹ軸方向の幅ａ２ｊを持つ各領域−Ｎ２〜Ｎ２を、表１に示す領域の順序に従って並べて作製する。【０１１１】
実施例２〜９における光制御部材１−２〜１−６及び光制御部材２−２〜２−７については、畝状凸部１および畝状凸部２において、各凸部の全領域を最小二乗法で曲線に近似している。近似に用いる点としては、凸部の両端部の２点および各領域の全ての接点（２Ｎ１または２Ｎ２点）を用いる。【０１１２】
実施した構成について、正面方向への出射光の強度分布は、正面輝度の分布を測定することによって評価する。正面輝度は、輝度計（株式会社トプコン製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、点状光源が配列しているＸ軸方向に１ｍｍずつ移動しながら１周期分測定する。また、Ｙ軸方向に１ｍｍずつ移動しながら１周期分測定する。Ｘ軸方向における輝度の均一性を、Ｘ軸方向に測定した１周期での輝度の最小値であるＬ１（Ｘ）ｍｉｎと最大値であるＬ１（Ｘ）ｍａｘの比Ｌ１（Ｘ）ｍｉｎ／Ｌ１（Ｘ）ｍａｘとして算出する。また同様に、Ｙ軸方向における輝度の均一性を、Ｙ軸方向に測定した１周期での輝度の最小値であるＬ２（Ｙ）ｍｉｎと最大値であるＬ２（Ｙ）ｍａｘの比Ｌ２（Ｙ）ｍｉｎ／Ｌ２（Ｙ）ｍａｘとして算出する。Ｌ１（Ｘ）ｍｉｎ／Ｌ１（Ｘ）ｍａｘの値が１に近い程、Ｘ軸方向の輝度の均一性が高く、Ｌ２（Ｙ）ｍｉｎ／Ｌ２（Ｙ）ｍａｘの値が１に近い程、Ｙ軸方向の輝度の均一性が高い為にこれらの値が面光源素子の輝度均一性の指標となる。【０１１３】
また、正面方向への出射する光の割合は、角度毎の輝度の分布を測定し、得られた輝度をエネルギーに変換して、正面方向から３０度以内に出射したエネルギーの、全エネルギーに対する割合を算出する。角度毎の輝度の分布は、輝度計（株式会社トプコン製ＢＭ−９）を回転台に取り付け、測定角範囲０．２度で、測定距離を一定にして、同一の輝度を測定することによって測定する。【０１１４】
次に、本実施例の面光源素子の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。【０１１５】
実施例および比較例の構成と評価結果を図２０に示す。【０１１６】
実施例１から、畝状凸部１および畝状凸部２を有した光制御部材を用いることによって、出射面において点状光源の像を低減し、正面方向への輝度の均一性と色の均一性とが向上する。更に、光の利用効率が高く、正面方向へ出射する光の割合が増加している為に、正面方向の輝度が高い。
次に、実施例１の面光源素子の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と、複数の点状光源を用いることによって、色再現性が良く、更に輝度と色の均一性の高い、画面品位の良い明るい画像が得られる。【０１１７】
実施例２〜９から、畝状凸部１および／または畝状凸部２において、各凸部の全領域を曲線で近似することによって、滑らかな角度分布を得ることができる。また、凸部の各領域の接合部が滑らかな形状となるために、破損が生じにくく、各領域の接合部の破損による光の出射方向の変化や、不必要な散乱が生じにくい為に、更に輝度と色の均一性が高く、正面輝度が高い。【０１１８】
比較例１として、通常の微粒子含有の拡散板を使用する場合の評価を実施した。拡散板は、光を拡散させる微粒子としてシクロヘキサン系重合粒子１．９重量％を分散させたメタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂を押出成形することによって作製した。前記微粒子含有の拡散板の正面方向に拡散シートを配置した場合で評価を実施した。この場合、光源像が十分に低減されていない為に、輝度の均一性が低い。更に光の利用効率が低い為に、高い正面輝度が得られていない。また、この面光源素子の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と、光源像が顕著に観察され、画面品位が悪い。また、正面方向へ向かう光が少ない為に、画面が暗い。【０１１９】
比較例２として、畝状凸部１および畝状凸部２として、頂角が９０度の畝状のプリズムを光制御部材の出射面側に配置した場合の評価を実施した。面光源素子の出射面を正面方向から観察すると、光源の直上部分では輝度の低下が大きく、輝度の均一性が悪い。更に異なる色の光源に対して輝度が均一化されていないために色の均一性が悪い。また、この面光源素子の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と、光源像が低減されていない為に、画面品位が悪い。【０１２０】
図１２、図１３に、比較例２として挙げた、頂角９０度のプリズムが行う光制御の原理を示す。図１２に示すように、プリズム１０に正面方向から入射した光７は全て全反射して光源側に戻る為、光源の位置での光線の透過量は０である。一方で図１３に示すように、斜め方向からプリズム１０に入射した光７はプリズムによって屈折し正面方向付近に偏向される為に、光線の透過量は多い。従って、比較例２として挙げたプリズムでは輝度の均一性は得ることができない。【０１２１】
比較例３〜５として、少なくとも２枚の光制御部材として、第１の光制御部を有する光制御部材１−７、１−８と、第２の光制御部を有する光制御部材２−８〜２−１０を用いた場合の評価を実施した。光制御部材１−７、１−８ではｇ１（Ｘ）ｍｉｎ／ｇ１（Ｘ）ｍａｘが０．８よりも小さいために正面方向から観察すると、Ｘ軸方向に光源の直上では輝度が高く、輝度の均一性が悪い。また、光制御部材２−８〜２−１０では、ｇ２（Ｙ）ｍｉｎ／ｇ２（Ｙ）ｍａｘが０．８よりも小さいために正面方向から観察すると、Ｙ軸方向に光源の直上では輝度が高く、輝度の均一性が悪い。更に異なる色の光源に対してそれぞれの輝度が均一化されておらず、各色の光源の場所ではその色が強調され、色の均一性が悪い。また、この面光源素子の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と、輝度と色の均一性が低い為に画面品位が悪い。【０１２２】
比較例６として、畝状凸部１及び畝状凸部２として断面形状が、式（３１）で表現される、円弧の一部からなるレンチキュラーレンズを光制御部材の出射面側に配置したレンチシート１を用いた場合の評価を実施した。この場合、光制御部材から出射する光の方向と、光の量を制御していない為、光源像の低減が十分ではなく、輝度と色の均一性が低い。また、この面光源素子の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と、光源像が顕著に認識され、輝度と色の均一性が低い為に画面品位が悪い。
ｚ（ρ）＝３０ρ−２／（１＋（１−９００ρ２）０．５）              （３１）
ｚ：頂部を原点とした場合の、畝状凸部１または畝状凸部２の断面形状の高さ方向の座標
ρ：頂部を原点とした場合の、畝状凸部１または畝状凸部２の断面形状の、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の位置座標【０１２３】
比較例７として、畝状凸部１及び畝状凸部２として断面形状が、式（３２）で表現される、放物線の一部からなるレンチキュラーレンズを光制御部材の出射面側に配置したレンズシート２を用いた場合の評価を実施した。この場合、光制御部材から出射する光の方向と、光の量を制御していない為、光源像の低減が十分ではなく、輝度と色の均一性が低い。また、この面光源素子の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と、光源像が顕著に認識され、輝度と色の均一性が低い為に画面品位が悪い。
ｚ（ρ）＝３３ρ２                                （３２）
ｚ：頂点を原点とした場合の、畝状凸部１または畝状凸部２の断面形状の高さ方向の座標
ρ：頂部を原点とした場合の、畝状凸部１または畝状凸部２の断面形状の、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の位置座標
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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