(57)【要約】【課題】  導光型の面光線素子において、導光板の厚みが光源の発光厚みより薄くなった場合でも、入光効率の減少が軽減され、輝度を高くできる。【解決手段】  光源と、導光板と、出射光制御板とを備える面光源素子であって、前記出射光制御板の凸部が導光板と光学的に密着しており、光源配置側端面から少なくとも０．５ｍｍの範囲で導光板の出射面と出射光制御板が面状で光学的に密着しており、導光板の厚みをＴ１、出射光制御板の厚みをＴ２、光源の導光板厚み方向の発光長をＨとした場合、      Ｔ１＜Ｈ＜Ｔ１＋Ｔ２                            （１）であることを特徴とする面光源素子【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光を受光する少なくとも１つの端面である入射面と該入射面に対し略垂直を成す主面の一つである出射面とを有する導光板と、前記導光板の出射面からの光を入射面上の凸部で受光して出射面から正面方向へ出射する出射光制御板とを備える面光源素子であって、前記出射光制御板の凸部が導光板と光学的に密着してなり、光源配置側において導光板端面と出射光制御板端面が略同一面上にあり、光源配置側端面から少なくとも０．５ｍｍの範囲で導光板の出射面と出射光制御板が面状で光学的に密着してなり、
導光板の厚みをＴ１、出射光制御板の厚みをＴ２、光源の導光板厚み方向の発光長をＨとした場合、
Ｔ１＜Ｈ＜Ｔ１＋Ｔ２                            （１）
であることを特徴とする面光源素子。
【請求項２】
光源配置側端面から少なくとも導光板の厚みＴ１の３倍の範囲で導光板の出射面と出射光制御板が面状で光学的に密着してなる請求項１に記載の面光源素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の面光源素子の出射面側に透過型表示素子を設けた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、面光源素子およびこれを備える液晶表示装置などの画像表示装置、さらに該画像表示装置を表示モジュールとして備えるパーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、ビデオカメラ、テレビ受信機、カーナビゲーションシステムなどの画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に代表される透過型の画像表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）とドット状に画素が配置された透過型表示素子とで構成され、該透過型表示素子の各画素で面光源素子からの光の透過率がコントロールされることによって文字や映像などが表示される。面光源素子としては、ハロゲンランプ、反射板、レンズ等が組み合わされて出射光の輝度の分布が制御されるもの、蛍光管が導光板の端面に設けられて蛍光管からの光が端面と垂直な面から出射されるもの、蛍光管が導光板の直下に設けられたもの（直下型）などが挙げられる。
【０００３】
ハロゲンランプを利用した面光源素子は、高輝度を必要とする液晶プロジェクタに主に用いられる。一方、導光板を利用した面光源素子は薄型化が可能であるため、直視型の液晶ＴＶ、パーソナルコンピュータのディスプレイなどに用いられることが多い。これら導光板を利用した面光源素子では、通常、正面輝度や出射光の視野角特性を改善する目的で導光板の出射面側にプリズムシートや拡散シートを設けるが、さらなる薄型化を実現する手段としては、これらのシートの機能を合わせ持った出射光制御板が有効である。これら出射光制御板は入射面上に所望の視野角特性に合わせて決定される形状からなる凸部を有しており、導光板と出射光制御板を平行に配置するとともに、固定層を介して光学的に導光板と密着させることによって出射光制御板の出射面から出射する光を制御することが可能である（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３８５０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、これら面光源素子の薄型化と正面方向の輝度向上の要求はますます高まっており、一方で省エネルギーの観点から効率的に光を正面方向に偏向することが望まれている。薄型化には、導光板の厚みを薄くすることである程度は対応可能であるが、導光板の厚みが光源の発光部の厚み以下になると、導光板への光の入光効率が減少し、輝度の低下を招く。
【０００６】
そこで本発明は、前記の課題に鑑みてなされたもので、導光板の厚みが光源の発光厚みより薄くなった場合でも、入光効率の減少を軽減し、輝度の高い面光線素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する面光源素子は、光源と、前記光源からの光を受光する少なくとも１つの端面である入射面と該入射面と略垂直を成す主面の一つである出射面とを有する導光板と、前記導光板の出射面からの光を入射面上の凸部で受光して出射面から正面方向へ出射する出射光制御板とを備える面光源素子であって、凸部が導光板と光学的に密着してなり、光源配置側において導光板端面と出射光制御板端面が略同一面上にあり、光源配置側端面から少なくとも０．５ｍｍの範囲で導光板の出射面と出射光制御板が面状で光学的に密着してなり、導光板の厚みをＴ１、出射光制御板の厚みをＴ２、光源の導光板厚み方向の発光長をＨとした場合、
Ｔ１＜Ｈ＜Ｔ１＋Ｔ２                    （１）
であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の画像表示装置は上記の面光源素子の出射面側に透過型表示素子を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
通常、図４に示すように導光板３と導光板３の発光面側に出射光制御板４を用いた面光源では、導光板３の厚みＴ１が、光源２における発光部１０の厚さ方向の長さ（発光長Ｈ）よりも薄くなると、漏れ光が発生し光の損失を招く。このために導光板３への入射光量が減少し、輝度の低下を招く。
本発明では、図２に示すように光源配置側端面から少なくとも０．５ｍｍの範囲で導光板３の出射面と出射光制御板４が光学的に密着している。また導光板３の端面と出射光制御板４の端面が略同一面上にある。
【００１０】
さらに導光板３の厚みをＴ１、出射光制御板４の厚みをＴ２、光源２における発光部１０の導光板厚み方向の発光長をＨとした場合、
Ｔ１＜Ｈ＜Ｔ１＋Ｔ２                        （１）
を満足している。
つまり光源から出射した光は、低損失で、導光板３の端部および出射光制御板４の端部に入射する。つまり導光板の厚みよりも発光部の大きな光源を用いた場合でも、光の損失を低減し、高い輝度を有する面光源素子を得ることができる。
【００１１】
また本発明の該面光源素子は正面方向の輝度が高いため、この出射面側に透過型表示素子を設けることにより、好ましい画像表示装置として利用できる。ここで、画像表示装置とは、面光源素子と透過型表示素子を組み合わせた表示モジュール、さらには、この表示モジュールを用いたテレビ、パソコンモニターなどの少なくとも画像表示機能を有する機器のことを言う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は本発明の実施形態に係る面光源素子の一部断面を示す概略断面図を示す。この面光源素子は、左右の端面１側に光源２が設けられた導光板３と、導光板３から出射された光の出射角度の分布を制御する出射光制御板４からなっている。出射光制御板４は導光板３上に配置され、入射面５に入射した光が出射面（面光源素子の発光面）６から出射される。出射光制御板４の入射面５には、導光板３の出射面からの光を出射光制御板４の出射面６の正面方向に向かわせるために、多数の凸部７が形成されている。この凸部７の頂部は導光板３の出射面もしくは図示していない固定層に光学的に密着している。
【００１３】
光源２から導光板の入射面１へ入射した光は導光板３内を、全反射を繰り返し伝播していく。この伝播する光が出射光制御板４の凸部７の頂部との界面から出射光制御板４に取り込まれる。これにより、導光板３内および図示されない固定層内を伝播する光は界面から順次、出射光制御板４に取り出され、取り出された光は出射光制御板４の凸部７内で全反射されて出射面６から出射される。
【００１４】
本発明の面光源素子に用いる導光板としては、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂またはガラスを所定の形状に加工したものを用いることができる。なかでもアクリル樹脂を用いるのが軽量性、透明性の点で好ましい。加工方法としては、押出し板若しくはキャスト板から切り出す方法または加熱プレス、射出成形等の溶融成形法などが好適に用いられるがこれに限定されるものではない。
【００１５】
また、導光板３と出射光制御板４を光学的に密着させるには、導光板３と出射光制御板４との間に固定層を設けてもよい。固定層としては、接着剤、粘着剤、粘接着剤、光硬化性樹脂などが挙げられるが、取り扱い性や生産性の面から光硬化性の粘接着剤が好適に用いられる。粘着剤には、例えばゴム系やアクリル系、ビニルアルキルエーテル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やポリアミド系、スチレン系などの適宜なポリマーをベースポリマーとするものが挙げられる。中でも、アクリル酸ないしメタクリル酸のアルキルエステルを主体とするポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤が透明性や耐候性、耐熱性の点で優れるため、好適に用いられる。また、接着剤はそれに例えばシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化ノンモン等の導電性のある無機系粒子や、架橋または未架橋ポリマー等の有機系粒子などの適宜な透明粒子を１種又は２種以上含有させて光拡散型のものとすることもできる。
【００１６】
さらに、導光板３の表面改質を行うことや、出射光制御板４における凸部７を形成する材料に自己粘着性を持たせることで、導光板３と出射光制御板４とを固定相を介さずに光学的に密着させてもよい。この場合は凸部７の先端に平坦部を設けることが好適である。この平坦部が密着することで、光学的密着部の幅を高い精度で得ることができる。
【００１７】
また、出射光制御板４の表面形状は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化による２Ｐ法、熱硬化によるキャスト法、射出成形法等によって透明な基材上に形成することができる。該透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の樹脂またはガラスが用いられる。本発明においては、アクリル樹脂を用いた透明な基材上に光硬化性樹脂で形状を転写することが好適に用いられる。
【００１８】
基材に転写する際に用いる光硬化性樹脂は、作製した出射光制御板の光学性能を決定するものであり、所望の性能に応じて適宜選択するのが好ましい。光硬化性樹脂の成分としては、ラジカル重合が可能なモノマー或いはオリゴマーを単独で或いは２種以上組み合わせて用いるが、通常２種以上を用いるのが好ましく、出射光制御板４に要求される機械的強度、耐衝撃性、耐熱性、表面硬度などを付与することができる。成分の具体例としては、脂肪族、脂環族、芳香族系のモノ又はポリアルコールとアクリル酸又はメタクリル酸との縮合反応で得られるエステル型（メタ）アクリレートや、分子内に2個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物とヒドロキシル基またはチオール基を含有する(メタ)アクリレートとのウレタン化反応で得られるウレタンポリ（メタ）アクリレートや分子内に少なくとも２個のエポキシ基を有する化合物とアクリル酸又はメタクリル酸とのグリシジル基開環反応で得られるエポキシポリ（メタ）アクリレートや、飽和又は不飽和多価カルボン酸、多価アルコール及び（メタ）アクリル酸との縮合反応で得られるポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリロイル官能性モノマー若しくはオリゴマーや、スチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ジブロモスチレン、ジビニルベンゼン等のビニル化合物や、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルビフェニレート等の（メタ）アリル化合物が挙げられる。これらの単量体は1種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合してもよい。
【００１９】
出射光制御板４の作製に用いるスタンパは、例えばガラス基板上にネガ型あるいはポジ型の感光性樹脂をコーティングし、この感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光するかまたはレーザー描画装置により露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製することができるし、切削によって作製することもできる。
【００２０】
導光板３の好適な厚さは０.１ｍｍ〜０．８ｍｍである。０．１ｍｍを下回ると自立性が低下し反りによる外観不良が発生する。また０．８ｍｍ以上では薄型化には適しない。さらに出射光制御板４の好適な厚さは０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍで、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのフィルム状であることで装置の薄型化、軽量化密着性低下につながる応力の低減などの効果が得られる。０．０５ｍｍを下回ると導光板３との固定時の皺や物理的強度の低下から好ましくない。０．３ｍｍを超えると装置が重量化するため好ましくない。
また、本発明における出射光制御板４が備える凸部７としては、マイクロレンズアレイタイプ、レンチキュラーレンズタイプなどのものを用いることができる。
【００２１】
出射光制御板４の光出射面には微細な表面凹凸を直接転写してもよいし、光透過性微粒子を混合させた拡散剤液を塗工することによって拡散層を設けても良い。拡散層により視野角特性がなだらかになり、良好な品位を得ることができる。
【００２２】
また本発明に用いる薄型の光源としては、ＬＥＤなどの点状光源が挙げられる。点状光源の場合には、１個または複数個用いてもよい。この場合、点状光源を配置する導光板側面の中心に対して点状光源を対称に配置することが好ましい。この配置により面内の分布を対象にすることができ外観品位を向上することができる。一方、複数個用いる場合、点状光源の間隔は均等になるよう配置することが望ましい。これにより点状光源の近傍と点状光源間のムラを最小に抑えることができる。
【００２３】
また、導光板３の入光側で、出射光制御板４と面状で密着している端面からの長さは少なくとも０．５ｍｍであることが必要であり、導光板３の厚みの３倍以上であることが望ましい。さらに望ましくは５倍以上である。
光源２における発光部１０の底部は、導光板３の底部に揃えることが望ましい。
【００２４】
導光板３の入光側で、出射光制御板４と面状で密着している領域は、出射光制御板４の凸部７が形成される時に同時に形成することが望ましいが、一様に凸部７が形成された出射光制御板４を導光板３に接着する際に、図３に示すように端面近傍において出射光制御板４と屈折率が略同一の接着剤１１で凸部を埋めることで、面状で密着している領域を形成してもよい。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例によって、より具体的に本発明の効果を説明する。各実施例、並びに比較例では、図６に示すような構成の面光源素子の正面輝度を測定し、効果を確認した。何れの場合も、導光板短辺側面に光源として白色ＬＥＤ３個を配置し、面光源素子を得た。ＬＥＤの発光中心間距離は１０ｍｍとし、中央の１個は導光板側面の中央に配置した。面光源素子の中央部を発光面に対して垂直に５００ｍｍの距離から輝度計（トプコンテクノハウス製ＢＭ−７Ｆａｓｔ）により測定した。
【００２６】
＜実施例１＞
実施例１では、導光板３として、寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍで厚み０．４ｍｍの平板状ＰＭＭＡを用い、出射面およびその対向する面は平坦面とした。出射光制御板４としては、基材として厚み０．１ｍｍのＰＭＭＡフィルムを用い、スタンパに光硬化性樹脂を塗布したものを紫外線硬化することで基材に転写して作製した。出射光制御板の総厚みは０．２ｍｍである。導光板の屈折率は１.４９であり、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率は１.５４であった。該出射光制御板を導光板の出射面に貼り合わせた。光源側においては、導光板端部から３ｍｍまでは導光板と出射光制御板と光学的に全面密着しており、光源から３ｍｍ以上離れた場所から凸部を設けた。
【００２７】
＜比較例１＞
比較例１では、導光板３として、寸法が３０ｍｍ×４０ｍｍで厚み０．４ｍｍの平板状ＰＭＭＡを用い、出射面およびその対向する面は平坦面とした。出射光制御板４としては、基材として厚み０．１ｍｍのＰＭＭＡフィルムを用い、スタンパに光硬化性樹脂を塗布したものを紫外線硬化することで基材に転写して作製した。出射光制御板の総厚みは０．２ｍｍである。導光板の屈折率は１.４９であり、硬化後の光硬化性樹脂の屈折率は１.５４であった。該出射光制御板を導光板の出射面に貼り合わせた。光源側においては、導光板端部から３ｍｍまでは出射光制御板は設けず、光源から３ｍｍ以上離れた場所から凸部を設けた。
【００２８】
実施例、比較例共に、導光板端部にＬＥＤ３個を等間隔に配置した。ＬＥＤの発光長は０．４５ｍｍである。
表１に上記実施例ならびに比較例の正面輝度の評価結果を示す。
【００２９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の原理を示す概略断面図である。
【図２】本発明に用いることのできる入光部の拡大図である。
【図３】本発明に用いることのできる入光部の拡大図である
【図４】従来の面光源における入光部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  端面、２  光源、３  導光板、４  出射光制御板
５  入射面、６  出射面、７  凸部、１０  発光部
１１  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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