(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偏向構造板、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】偏向構造板１は、第１の方向に延在し第一主面１ａに第２の方向に並列配置された第一凸状部１０と、第２の方向に延在し第二主面１ｂに第１の方向に並列配置された第二凸状部２０とを有する。第一凸状部であるプリズム部は側面１３ａ，１３ｂを有し、プリズム部の断面において、各側面は、上記二主面１ａ，１ｂの法線方向となす角度が、プリズム部の裾側において該プリズム部の先端部側より小さくなっている。プリズム部の頂角は、プリズム部が隣接する２光源間の中央部上に位置するとした場合に、プリズム部の先端部に入射した光源からの光の少なくとも一部がプリズム部内で出射面側に全反射する角度である。また、各第二凸状部は板厚方向と交差する曲面で構成されている。【選択図】図１
2011013631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
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方向において並列に配置された複数のプリズム部であり、
複数のプリズム部の各々は、前記二主面の法線方向となす角度が、前記プリズム部の裾側において該プリズム部の先端部側より小さくなっている一対の側面を有しており、
一対の前記側面で形成される前記プリズム部のプリズム頂角は、前記プリズム部が隣接する２光源間の中央部上に位置するとした場合に、前記プリズム部の先端部に入射した前記光源からの光の少なくとも一部が前記プリズム部内で前記出射面側に全反射する角度であり、
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ている、
ことを特徴とする偏向構造板。
【請求項２】
前記第一凸状部及び前記第二凸状部は、それぞれ外側に向けて凸であることを特徴とする請求項１記載の偏向構造板。
【請求項３】
前記第一凸状部の一対の前記側面の各々は、
前記先端部側に位置する第１の平面部と、
前記裾側に位置する第２平面部と、
を有し、
前記第２の平面部と前記板厚方向とのなす角度が、前記第１の平面部と前記板厚方向とのなす角度より小さく、
前記プリズム頂角は、前記プリズム部が複数の前記光源のうち隣接する２光源間の中央部上に位置するとした場合に、一対の前記側面のうちの一方の側面の前記第１の平面部に入射した前記光源からの光の少なくとも一部が他方の側面の前記第１の平面部で前記出射面側に全反射される角度である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏向構造板。
【請求項４】
前記第一凸状部で全反射された光は、前記板厚方向に伝播することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の偏向構造板。
【請求項５】
前記第二凸状部は、前記第２の方向に直交する断面の輪郭が下記式（１）
【数１】
2011013631.tif 000011
（ただし、Ｚは第二凸状部の断面における頂点を原点としたときの前記板厚方向の位置、Ｗは前記頂点を原点としたときの前記第１の方向の位置、ｋｂは−１≦ｋｂ＜１である定数、ｗｂは前記第１の方向における第二凸状部の幅、ｈｂは第二凸状部の高さである。）
によって示される形状であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の偏向構造板。
【請求項６】
前記第二凸状部は、高さｈｂと幅ｗｂとの比（ｈｂ／ｗｂ）が０．２〜１であることを特徴とする請求項５に記載の偏向構造板。
【請求項７】
前記第二凸状部は、高さｈｂと幅ｗｂとの比（ｈｂ／ｗｂ）が０．４〜０．８であることを特徴とする請求項５に記載の偏向構造板。
【請求項８】
前記第二凸状部は、前記定数ｋｂが−０．７５〜＋０．７５であることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の偏向構造板。
【請求項９】
前記第二凸状部は、前記定数ｋｂが−０．７５〜＋０．２５であることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の偏向構造板。
【請求項１０】
離散的に配置された複数の点状光源と、
複数の前記点状光源上に設けられており、複数の前記点状光源からの光が照射される請求項１〜９の何れか一項に記載の偏向構造板と、
を備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項１１】
離散的に配置された複数の点状光源と、
複数の前記点状光源上に設けられており、複数の前記点状光源からの光が照射される請求項１〜１０の何れか一項に記載の偏向構造板と、
前記偏向構造板上に設けられており、前記偏向構造板を透過し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、偏向構造板、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１０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１１は、従来の偏向構造板の一例を模式的に示す図である。図１１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８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１１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偏向構造板、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】
本発明による偏向構造板は、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であって、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方向において並列に配置された複数のプリズム部であり、複数のプリズム部の各々は、二主面の法線方向となす角度が、プリズム部の裾側において該プリズム部の先端部側より小さくなっている一対の側面を有しており、一対の側面で形成されるプリズム部のプリズム頂角は、プリズム部が隣接する２光源間の中央部上に位置するとした場合に、プリズム部の先端部に入射した光源からの光の少なくとも一部がプリズム部内で出射面側に全反射する角度であり、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ている、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、点状光源に適用可能であって、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、上記構成では、複数の光源から出射された光は第一凸状部のプリズム部を通して主に偏向構造板に入射される。そして、複数の光源のうちの隣接する２光源からの光が、その隣接する２光源の中央部上付近のプリズム部に入射する場合には、プリズム部が有する一対の側面の先端部側からより多く光が入射する。この際、側面への光の入射角は、例えば出射面と反対側にプリズム部がなく平坦な面の場合の入射角より小さいことから、入射時の透過率がより大きくなっている。更に、先端部に入射した光は、全反射により出射面側に向けられる。よって、隣接する２光源の中央部上の付近に伝搬してくる光を効率的に利用して、上記中央部上の付近での偏向構造板から出射される光量をより多くすることができる。
【００１２】
一方、光源上では、出射面の法線に平行な方向に光が伝搬してくるため、プリズム部の側面のほぼ全面に光が到達することになる。上記構成では、プリズム部の裾側では側面と出射面の法線方向とのなす角度が先端部側よりも小さくなっているため、例えば、プリズム部の側面が、上記法線方向に対して先端部側と同じ角度で一様に傾斜している平面である場合よりも、プリズム部の裾側における光の入射時の透過率が低減している。よって、光源上付近の偏向構造板の領域から出射される光量が抑制されることになる。
【００１３】
上記のように、隣接する２光源の中央部上の付近では偏向構造板から出射される光量をより多くする一方、光源上の付近では偏向構造板から出射される光量を低減しているので、偏向構造板の出射面での輝度ムラを抑制することができる。そして、本発明に係る偏向構造板では、各プリズム部が上記構成を有するので、光源に対する偏向構造板の位置にほとんど依存せずに輝度ムラを抑制できることになる。よって、より安定して輝度ムラの抑制を実現できる。
【００１４】
また、偏向構造板は、第一凸状部の一対の側面の各々は、先端部側に位置する第１の平面部と、裾側に位置する第２平面部と、を有し、第２の平面部と板厚方向とのなす角度が、第１の平面部と板厚方向とのなす角度より小さく、プリズム頂角は、プリズム部が複数の光源のうち隣接する２光源間の中央部上に位置するとした場合に、一対の側面のうちの一方の側面の第１の平面部に入射した光源からの光の少なくとも一部が他方の側面の第１の平面部で出射面側に全反射される角度である、構成としてもよい。また、第一凸状部で全反射された光が、板厚方向に伝播する構成が好ましい。
【００１５】
本発明に係る偏向構造板では、第一凸状部及び第二凸状部は、外側に向けて凸状である、とすることができる。
【００１６】
更にまた、本発明に係る偏向構造板では、第二凸状部は、第２の方向に直交する断面の輪郭が下記式（１）
【数１】
2011013631.tif 000003
（ただし、Ｚは第二凸状部の断面における頂点を原点としたときの板厚方向の位置、Ｗは、その頂点を原点としたときの第１の方向の位置、ｋｂは−１≦ｋｂ＜１である定数、ｗｂは、第二凸状部の幅、ｈｂは、第二凸状部の高さである。）によって示される形状であることが好ましい。
【００１７】
この場合、第二凸状部は、高さｈｂと幅ｗｂとの比（ｈｂ／ｗｂ）が０．２〜１であることが好ましい。また、第二凸状部は、高さｈｂと幅ｗｂとの比（ｈｂ／ｗｂ）が０．４〜０．８であることが好適である。また、第二凸状部は、定数ｋｂが−０．７５〜＋０．７５であることが好ましい。さらに、第二凸状部は、定数ｋｂが−０．７５〜＋０．２５であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明による面光源装置は、離散的に配置された複数の点状光源と、複数の点状光源上に設けられており、複数の点状光源からの光が照射される本発明に係る偏向構造板と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
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。上記面光源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。その結果、輝度ムラの抑制された面状の光を出射することができる。
【００２０】
また、本発明による直下型画像表示装置は、離散的に配置された複数の点状光源と、複数の点状光源上に設けられており、複数の点状光源からの光が照射される本発明に係る偏向構造板と、偏向構造板上に設けられており、偏向構造板を透過し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。
【００２１】
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。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】
【００２２】
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偏向構造板、それを備えた面光源装置及び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】
【００２３】
【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】プリズム頂角が満たす条件を説明するための図面である。
【図５】プリズム底角が満たす条件を説明するための図面である。
【図６】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７】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８】隣接する２光源間の中央部上のプリズム部への光の入射及び入射後の経路を模式的に示す図面である。
【図９】光源上のプリズム部への光の入射及び入射後の経路を模式的に示す図面である。
【図１０】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１１】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】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図１に示すように、偏向構造板１の第一主面１ａには、複数の第一凸状部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。
【００２７】
[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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
各第一凸状部１０の延在方向に直交する各第一凸状部１０の断面形状は複数の第一凸状部１０間で略同一であり、例えば図２に示すように鋸歯状である。そして、各第一凸状部１０の第一凸状部のプリズム頂部１２は同一の平面（仮想的な平面）上に位置する。本実施形態のように、点状光源５側に凸の各第一凸状部１０が形成されている場合、偏向構造板１と複数の点状光源５との離間距離Ｄは、各第一凸状部１０のプリズム頂部１２を含む平面と、複数の点状光源５が配置されている平面との間の距離とする。なお、離間距離Ｄ及び隣接２点状光源５間の距離Ｌの比であるＬ／Ｄが２以上、好ましくは、２．５以上という条件を満たすように、離間距離Ｄ及距離Ｌが選択される。
【００３２】
図３は、第一凸状部１０の概略構成図であり、一つの第一凸状部１０を拡大して示している。図３に示した第一凸状部１０の構成は、第一凸状部１０の延在方向に沿ってみた場合、換言すれば、延在方向に直交する断面形状が示される方向からみた場合の構成である。
【００３３】
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。この側面１３ａ，１３ｂは、点状光源５からの光の入射面になる。また、一対の側面１３ａ，１３ｂは、第一凸状部１０のプリズム頂部１２をとおる板厚方向の直線に対して対称である。
【００３４】
各側面１３ａ，１３ｂは、図３に示すように、プリズム頂部１２側から裾側にかけて順に第１の領域１３ａ１，１３ｂ１、第２の領域１３ａ２，１３ｂ２及び第３の領域１３ａ３，１３ｂ３を有する。各領域１３ａ１，１３ｂ１，１３ａ２，１３ｂ２，１３ａ３，１３ｂ３は、略平面であって、それらがそれぞれｚ軸方向とのなす角度β１，β２，β３は、第一凸状部１０の先端部側から裾側にかけて小さくなっている。すなわち、第一凸状部１０は、裾側で側面１３ａ，１３ｂがより急峻になっている。
【００３５】
一対の側面１３ａ，１３ｂの各々が有する第１の領域１３ａ１，１３ｂ１によりプリズム頂部１２が形成されており、一対の第１の領域１３ａ１，１３ｂ１がなす角度αがプリズム頂角である。また、側面１３ａ，１３ｂの第３の領域１３ａ３，１３ｂ３が、ｙ軸方向となす角度γが第一凸状部１０のプリズム底角である。この場合、β１＝０．５αであり、β３＝０．５π−γである。
【００３６】
プリズム頂角αが満たしている条件を、図４を参照して説明する。図４は、第一凸状部１０の先端部近傍（図３において一点鎖線で囲んでいる領域Ａ）を拡大した模式図である。図３では説明のために、第一凸状部１０が有する一方の側面１３ａにより近い側の光源
３１を便宜的に示している。
【００３７】
プリズム頂角αは、第一凸状部１０が隣接する２光源５，５間の中央部上に位置している場合に、側面１３ａに近い方の光源５からの光Ｆが第１の領域１３ａ１に入射すると、他方の側面１３ｂの第１の領域１３ｂ１によって板厚方向に全反射されるように規定された角度である。すなわち、第一凸状部１０を構成する材料の屈折率をｎとし、入射側屈折率をｎ０とし、図４に示すように、光源５の中心位置から光Ｆの第１の領域１３ａ１への入射位置までのｙ軸方向の距離を近似的にＬ／２とし、ｚ軸方向の距離を近似的にＤとした場合、プリズム頂角αは、下記式（２）を満たす角度である。
【数２】
2011013631.tif 000004
【００３８】
なお、通常、偏向構造板１と光源５間の媒質は空気であるため、ｎ０＝１である。本実施形態でも、特に断らない限り、ｎ０＝１とする。また、前述したように、プリズム頂角αを規定する際には、第一凸状部１０は、隣接する２光源５，５間の中央部上に位置していることを仮定している。よって、厳密にはプリズム頂部１２と光源５との間のｙ軸方向の距離がＬ／２となり、プリズム頂部１２と光源５とのｚ軸方向の距離がＤとなる。しかしながら、第一凸状部１０の大きさ、特に、プリズム頂部１２近傍の大きさは、上記ＬやＤに比べて微小である。よって、図４で示すと共に、上記式（２）から理解されるように、光Ｆの第１の領域１３ａ１への入射位置の光源５からのｙ軸方向及びｚ軸方向の距離をそれぞれＬ／２及びＤと表しても、誤差は無視できる範囲のものである。
【００３９】
次に、プリズム底角γが満たしている条件を、図５を参照して説明する。図５は、図３に示した第一凸状部１０の裾部近傍（図３に示した二点鎖線で囲んだ領域Ｂ）を拡大した模式図である。プリズム底角γが満たす条件は、光源５の真上近傍において偏向構造板１から照射される光の輝度を低減するためのものであり、プリズム底角γは、ｚ軸に平行な方向に進行してくる光Ｆが第一凸状部１０へ入射する時の透過率Ｔが約７０％以下となる角度となっている。より詳細に説明する。
【００４０】
図５に示すように、ｚ軸に平行な方向に伝搬してくる光Ｆが第３の領域１３ａ３を介して第一凸状部１０に入射して第一凸状部１０内へ出射されるときの出射角をδとする。また、光Ｆの入射時のｓ偏光透過振幅係数及びｐ偏光透過振幅係数をそれぞれｔｓ，ｔｐとする。このとき、プリズム底角γは、以下の関係式（３）を満たしている。
【数３】
2011013631.tif 000005
ただし、δ、ｔｓ、ｔｐは、以下の式（４），式（５），式（６）を満たす。
【数４】
2011013631.tif 000006
【数５】
2011013631.tif 000007
【数６】
2011013631.tif 000008
【００４１】
図３に示した第一凸状部１０は、上記式（２）並びに式（３）〜式（６）で示すと共に、図４及び図５を利用して説明した条件を満たすようにプリズム頂角α及びプリズム底角γを有している。換言すれば、プリズム頂角α及びプリズム底角γを有するように、第１の領域１３ａ１，１３ｂ１及び第３の領域１３ａ３，１３ｂ３がｙ軸方向（或いはｚ軸方向）に対して傾斜しており、第１の領域１３ａ１，１３ｂ１及び第３の領域１３ａ３，１３ｂ３を繋ぐように第２の領域１３ａ２，１３ｂ２が形成されている。そして、上記プリズム頂角α及びプリズム底角γの条件を満たすとき、図３に示すように、ｚ軸方向と第１の領域１３ａ１，１３ｂ１がなす角度β１より第３の領域１３ａ３，１３ｂ３がなす角度β３の方がより小さくなっている。すなわち、平面状の第３の領域１３ａ３，１３ｂ３が平面状の第１の領域１３ａ１，１３ｂ１より急峻になっている。
【００４２】
角度β１，β２，β３としては、例えば、３０°，２０°，１０°が例示される。また、図３に示すように第１の領域１３ａ１第２の領域１３ａ２及び第３の領域１３ａ３のｙ軸方向の長さ、詳細には、各領域をｙ軸方向に投影した長さをｙ１，ｙ２，ｙ３としたとき、ｙ１，ｙ２，ｙ３は、例えば、２０μｍ、１５μｍ、１２．５μｍである。或いは、ｙ１，ｙ２，ｙ３は、例えば、２５μｍ、１２．５μｍ、１０μｍである。ここでは、側面１３ａ側について説明したが、側面１３ｂにおいても同様である。
【００４３】
上記偏向構造板１は、例えば次のようにして作製することができる。先ず、Ｌ／Ｄを予め所望の数値（例えば、３．５）に設定し、式（２）並びに式（３）〜式（６）を満たすように、プリズム頂角α及びプリズム底角βを規定する。これにより、平面状の第１及び第３の領域１３ａ１，１３ｂ１，１３ａ３，１３ｂ３とｚ軸方向とのなす角度が規定されることになる。第１及び第３の領域１３ａ１，１３ｂ１，１３ａ３，１３ｂ３のｙ軸方向（或いはｚ軸方向の長さ）の長さｙ１，ｙ３は、偏向構造板１の大きさに応じて決定する。そして、第１及び第３の領域１３ａ１，１３ｂ１，１３ａ３，１３ｂ３を第２の領域１３ａ２，１３ｂ２で繋いで第一凸状部１０を設計する。この設計に応じて、金型を作製し、その金型を利用して、略直方体形状であって一方の側に第一凸状部１０が複数形成された偏向構造板を透明材料から成形する。ここでは、金型を利用するとしたが、例えば略直方体形状の透明材料からなる板の一端面に、微細加工技術を利用して上述したプリズム頂角及びプリズム底角を有する第一凸状部１０を複数形成してもよい。
【００４４】
〔第二凸状部〕
図６を利用して第二凸状部について説明する。図６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。
【００４５】
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。
【００４６】
各第二凸状部２０は、図６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。
【００４７】
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０．４〜０．８である。
【００４８】
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（１）で示される形状が挙げられる。
【数７】
2011013631.tif 000009
上記式（１）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−１≦ｋｂ＜１である定数であり、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ｋｂ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。
【００４９】
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（１)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】
2011013631.tif 000010
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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７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７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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
図７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。
【００６０】
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。
【００６１】
偏向構造板１は、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
本実施形態の偏向構造板１では、上記第一凸状部１０の形状を採用することにより、隣接する２光源５，５間の中央部真上及びその近傍での偏向構造板１に対する透過率の向上が図られている一方、光源５の真上及びその近傍での偏向構造板１に対する光Ｆの透過率が抑制されている。図８及び図９を利用して具体的に説明する。
【００６５】
図８は、隣接する２光源間の中央部真上近傍での第一凸状部１０に入射する光の模式図である。図８では、側面１３ａに近い方の光源５からの光Ｆが入射する場合を示している。
【００６６】
隣接する２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は、光源５からｙ軸方向に約Ｌ／２（ｍｍ）及びｚ軸方向に約Ｄ（ｍｍ）ほど離れていることから、側面１３ａに近い方の光源５からの光Ｆは、ｚ軸方向に対して傾斜して第一凸状部１０に向けて伝搬する。そのため、光Ｆは、第一凸状部１０の先端部から主に第一凸状部１０内に入射する。側面１３ａ，１３ｂにおいて先端部の領域は、平面状の第１の領域１３ａ１であるため、光源５から離れるにつれて第一凸状部１０への入射角はより小さくなる。例えば、Ｌ／Ｄが約３．５であり、プリズム頂角αが約６０°である場合、図８に示すように、第１の領域１３ａ１への光源３１からの入射角はほぼ０°に近くなる。よって、プリズム部４２への入射の際の透過率が向上する傾向にある。
【００６７】
そして、本実施形態の偏向構造板１が有する第一凸状部１０では、第一凸状部１０の先端部において第１の領域１３ａ１から入射した光Ｆは、その光Ｆの入射側と反対側の側面１３ｂの第１の領域１３ｂ１でｙ軸方向に全反射するため、前方に光が向く。このように前方に光Ｆの経路が変更されることで、偏向構造板１内で従来のように光拡散が生じたとしても、隣接２光源５，５の中央部の真上近傍の偏向構造板１の部分から光Ｆがより多く出射され輝度の向上が図られる。
【００６８】
なお、図８に示すように、第１の領域１３ａ１のうち側面１３ａの第２の領域１３ａ２側で光Ｆが入射する場合もある。この場合は、入射光は、入射側と反対側の側面１３ｂに
おいて反射されて第二主面１ｂ側に向かい、出射されることになる。
【００６９】
図９は、光源真上及びその近傍で第一凸状部に入射する光の光線経路の模式図である。
【００７０】
図９に示すように、光源５真上及びその近傍では、主にｚ軸に平行な方向（偏向構造板１の板厚方向）に沿って進行してくる光Ｆが第一凸状部１０に側面１３ａ，１３ｂを介して入射する。この場合、図９に示すように、入射時の屈折又は入射した側と反対側の側面での反射により、第一凸状部１０内に入射した光Ｆは、第二主面１ｂ側（前方）に向けて伝搬する。よって、光源５真上及びその近傍においても偏向構造板１から光Ｆは出射される。ただし、第３の領域１３ａ３，１３ｂ３においては、ｚ軸方向との為す角度β３が小さく急峻であることから、光Ｆが入射しにくい。また、第３の領域１３ａ３，１３ｂ３は、第一凸状部１０への入射の際の透過率が前述したように約７０％以下となっている。よって、光源５真上及びその近傍での偏向構造板１からの光Ｆの量が抑制され、結果として、輝度の増加が抑制されることになる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
また、直下型画像表示装置２は、図７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】
【００７５】
１…偏向構造板、１ａ…第一主面、１ｂ…第二主面、１０…第一凸状部（プリズム部）、１１…第一凸状部のｙ方向の端（第一溝部の底部）、１２…プリズム頂部（第一凸状部の頂点）、１３ａ，１３ｂ…第一凸状部の一対の側面、１３ａ１，１３ｂ１…第１の領域（第１の平面部）、１３ａ３，１３ｂ３…第３の領域（第２の平面部）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）、２２…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）、６…光拡散板、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）、α…プリズム頂角。
【図１】
2011013631.tif 000012
【図２】
2011013631.tif 000013
【図３】
2011013631.tif 000014
【図４】
2011013631.tif 000015
【図５】
2011013631.tif 000016
【図６】
2011013631.tif 000017
【図７】
2011013631.tif 000018
【図８】
2011013631.tif 000019
【図９】
2011013631.tif 000020
【図１０】
2011013631.tif 000021
【図１１】
2011013631.tif 000022