JP2007265744A - 面光源素子、およびこれに用いる光制御部材およびこれらを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い正面輝度と、輝度均一性を高めた直下方式の面光源素子において、高い光の利用効率得て省エネルギー化と生産性を実現する。
【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、出射面に畝状凸部を有した支持基板に置き換え、更に出射面に畝状凸部を有した光制御シートを用いることによって、上記の課題を解決する。前記支持基板は、微粒子の使用を回避または大幅に削減でき、微粒子による光の吸収や不要な方向への出光が低減されるので、光の利用効率を高め、省エネルギー化を実現できる。また、前記光制御シートは前記支持板からの出射光を効率的に正面方向に偏向する為に、高い正面輝度を得ることが可能であり、且つ前記光制御シートからの出射光は正面方向から広角度側にかけて単調に輝度が低下する滑らかな輝度の角度分布を示す為に高い画面品位を得ることが可能である。更に、前記光制御シートの畝状凸部は頂部が曲面となっている為に傷付き難く、高い生産性を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の線状光源を有する面光源素子と、これが備える光制御シート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シートおよびこれを用いた画像表示装置に関するものである。

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。

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。

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。

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。

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。

また正面輝度を高める手段であるプリズムシートは、プリズムの頂角部分に傷が入り易く、傷は線状の欠陥となり外観品位が低下する為、頂部を曲面に変更したプリズムシートが開発されている。しかし、プリズムシートの出射光は図２に示すような不自然な分布特性を示し、４５度付近の輝度よりも斜め方向の輝度が高い為、好ましい画像品位とならない、エネルギー効率が下がる等の問題がある。この不自然な分布を、斜め方向に広角度になるに従い単調に輝度が低下する自然な分布へと偏向する為、またプリズムシートの傷付き防止の為に、拡散シートをプリズムシートの出射面側に配置することが必須であり、生産効率の低下を招いている。

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。

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無いことから高い生産効率が得られる。しかし、本発明者らの検討によれば、出射光の輝度の角度分布が微粒子拡散板と異なる為、更に輝度を高める目的でプリズムシートを使用しても十分な効果が得られない。

特許２８５２４２４号公報 特開２０００−３３８８９５号公報 特開２００２−３５２６１１号公報 特開２００５−３２６８１９号公報

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、高輝度で且つ輝度の均一性が高く、光の利用効率が高い為に省エネルギーを実現し、光源と反射板、支持基板、光制御シートとの厳密な位置合わせの必要が無い為に生産性が高く、低コスト化を実現できる面光源素子と、これが備える正面輝度を高める機能を有し、耐傷付き性が高い光制御シートおよびこれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

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畝状凸部を有した支持基板に置き換え、前記支持基板に支持され、出射面に畝状凸部を有した光制御シートを用いることによって上記の課題を解決する。

即ち、本発明は、
少なくとも、
複数の線状光源と、
前記線状光源の光を反射する反射板と、
前記線状光源と、前記反射板からの光を透過させる際に前記線状光源の像を低減させる支持基板と、
前記支持基板に支持され、前記支持基板からの光の出射方向を制御する光制御シートからなり、
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、
正面方向に向かって、
前記反射板と、前記線状光源と、前記支持基板と、前記光制御シートがこの順に配置した面光源素子であって、
前記反射板は前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置し、
前記線状光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内に、Ｙ軸に平行且つＸ軸に沿って配置し、
前記支持基板と、前記光制御シートとがＸ−Ｙ平面に平行に配置しており、
前記支持基板は、光が主に出射する側にＹ軸に平行な複数の畝状の第１凸部が形成され、
前記第１凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線である第1輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が、５２度から８０度の範囲であり、
前記光制御シートは、光が主に出射する側にＹ軸に平行な複数の畝状の第２凸部が形成され、
前記第２凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線である第２輪郭線が、少なくとも頂部を含む曲線部を有し、該第２輪郭線のＸ軸に対する傾きθが、
前記第２凸部の頂点を原点として、原点を中心とする両方向に単調に増加する範囲で、
それぞれ下記の式を満たすことを特徴とする面光源素子である。
０．４５θｍａｘ≦θ’≦０．７５θｍａｘ
０．２５ｐ≦|Ｘｍａｘ|
θｍａｘ：原点から単調増加するθの最大値
Ｘｍａｘ：原点から単調増加するθが最大値をとるときのＸ方向の位置
θ’：第２輪郭線の、Ｘ方向の位置がＸ’である点におけるＸ軸に対する傾き
Ｘ’：Ｘｍａｘ／２の値をとるＸ方向の位置
ｐ：第２輪郭線のＸ軸と平行な方向の幅

また、本発明は、
上記の面光源素子であって、
前記光制御シートの前記第２凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面での断面形状が、楕円の長軸の一端を頂点とする楕円の一部からなる部分楕円形状であり、
前記部分楕円形状の接線のＸ軸に対する傾きの最大値が６０度から８０度の範囲であり、且つ、前記部分楕円形状のＸ軸と平行な方向の幅ｐに対する高さｈの比であるアスペクト比が０．３９から０．５３の範囲であることを特徴とする面光源素子である。

また、本発明は、
上記の面光源素子であって、
前記光制御シートの前記第２凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する面での断面形状が、放物線の頂点を含む放物線の一部からなる部分放物線形状であり、
前記部分放物線形状の接線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度から６２度の範囲であり、且つ、前記部分放物線形状のＸ軸と平行な方向の幅ｐに対する高さｈの比であるアスペクト比か０．３２から０．４７の範囲であることを特徴とする面光源素子である。

また、本発明は、
前記の面光源素子が備える光制御シートである。

また、本発明は、
前記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。

本発明に用いる支持基板は、直下方式の面光源素子に用いることで、出射面の畝状凸部によって光源像を低減し高い輝度均一性を得る機能を有している。また、支持基板に支持された光制御シートは、出射面に畝状凸部を有し、支持基板からの出射光を正面に向ける機能を有している。

畝状凸部を有した支持基板と光制御シートの使用により、微粒子の使用を回避または大幅に削減でき、光の吸収や不要な方向への出光が低減されるので、光の利用効率を高め、省エネルギー化を実現できる。

また、これら支持基板と光制御シートは、それぞれの主面において均一な光学性能を有する為に、線状光源や反射板等との厳密な位置合わせの必要が無く、高い生産性が得られる。

支持基板は線状光源像を低減し、高い輝度均一性を得る機能を有している。支持基板の主に光が入射する面において、線状光源が配置しているＸ方向位置では光源からの光は正面方向に進行し、一方で線状光源と線状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、支持基板に入射する光は、正面方向では線状光源が配置しているＸ方向位置では輝度が高く、線状光源と線状光源の中間位置では輝度が低いという出光特性を示す。支持基板の出射面側に、Ｙ軸に平行な畝状の第１凸部を設けることによって、Ｘ軸方向に斜め方向に出射する光を正面付近に向けることが可能であり、光源像による明暗差を低減し、高い輝度均一性を得る。第１凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線である第１輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が５２度から８０度の範囲である場合に、高い輝度均一性を得ることが可能である。これより傾きが小さいと斜め方向の光を正面付近に向ける割合が小さく、また傾きが大きいと斜め方向に出射する光が増加する為に輝度均一性が低下し、光の利用効率が低下する。

光制御シートの畝状の第２凸部は、前記支持基板の出射光を効率的に更に正面に向けることが可能である為に高い正面輝度が得られる。また、光制御シートからの出射光は、正面から斜め方向に広角度になるに従い輝度が単調に低下する分布であり、光制御シートの第２凸部の形状は滑らかな曲面である為に傷が入り難い。従って、出射光の輝度分布を補正し、傷付き防止の為に拡散シートを光制御シートの出射面側に配置する必要がなく、高い生産効率と低コスト化が可能である。更に従来知られているプリズムシートと比較して支持基板の出射光を正面付近に効率よく偏向することができる為、高い輝度が得られる。

前記光制御シートの畝状の第２凸部はＹ軸に平行に配置しており、Ｘ軸方向に光を広角度に分布している光を正面に偏向させることが可能である。

一般に、テレビ等のディスプレイに用いる場合には左右方向に広い視野角が望まれている。また、線状光源の本数を低減させる為に、Ｙ軸方向を左右方向とする場合が一般的である。従って、光制御シートで視野角を狭め、正面方向に集光させる場合には、左右方向の集光を行うようりも、上下方向に集光することが望ましい。本発明の光制御シートの畝状の第２凸部がＹ軸に平行に配置しているのでこのような望ましい集光を効率よく実現できる。

以下に光制御シートによる輝度向上の原理を記載する。

図３に正面方向に対して斜め方向に入射した光の一部の進行方向を示す。光制御シートに、正面方向に対して斜めに入射した光の一部は入射面および第２凸部曲面で屈折し、正面方向付近に出射する。

微粒子拡散板からの出射光の輝度角度分布を図４に、本発明の支持基板からの出射光の角度輝度分布を図５に示す。微粒子を分散させた拡散板からの出射光は、斜め方向への出射成分が多い分布であるのに対し、本発明の支持基板からの出射光は正面方向への出射成分が多い分布となる。この支持基板の正面方向にプリズムシートを配置した場合、プリズムシートに正面方向から入射する割合は、微粒子を分散させた拡散板からの光より大きくなる。図７に頂角９０度のプリズムシートに正面方向から入射した光の一部の進行方向を示す。正面方向から入射した光の大部分がプリズムの斜面で全反射され、プリズムシートの入射面側から出射する。この光は拡散板もしくは反射板による反射等により進行方向が再度変化し、再びプリズムシートに入射する。プリズムシートへの再入射光は、反射や拡散によって正面から斜め方向に広角度側まで分布する。また、反射板等での吸収により、光の利用効率が低下する。従って、支持基板の正面方向にプリズムシートを設けた場合、微粒子を分散させた拡散板にプリズムシートを設けた場合よりも、正面輝度の向上効果は小さい。

図６に本発明の光制御シートに正面方向から入射した光の一部の進行方向を示す。正面方向に入射した光は第２凸部によって一部入射面側に反射され、残りは正面方向付近に出射する。従って、正面方向付近の輝度を向上させることが可能である。

図８（ａ）に本発明の面光源素子からの出射光の角度輝度分布を示す。また、図８（ｂ）に光制御シートの第２凸部は、Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する断面の輪郭線である第２輪郭線について示す。第２輪郭線のＸ軸に対する傾きθが、第２凸部の頂点を原点として、原点を中心とする両方向に単調に増加する範囲を持つ滑らかな曲面であることで、屈折され出射する光の角度も正面付近に分散し、正面方向から斜め方向にかけて単調に輝度が低下する滑らかな出射光の角度輝度分布を得る。また、頂部に曲面を有する為に頂部に傷が入り難く、傷付き防止の為に拡散シートをおく必要がなく、高い生産性を得ることが可能である。

また、第２輪郭線のＸ軸に対する傾きθが下記の式を満たす場合に、支持基板からの出射光を効果的に正面に向けることができる。
０．４５θｍａｘ≦θ’≦０．７５θｍａｘ
０．２５ｐ≦|Ｘｍａｘ|
θｍａｘ：原点から単調増加するθの最大値
Ｘｍａｘ：原点から単調増加するθが最大値をとるときのＸ方向の位置
θ’：第２輪郭線の、Ｘ方向の位置がＸ’である点におけるＸ軸に対する傾き
Ｘ’：Ｘｍａｘ／２の値をとるＸ方向の位置
ｐ：第２輪郭線のＸ軸と平行な方向の幅

θ’がこの範囲よりも小さいと、第２凸部の光を正面に偏向させる割合が小さくなり、またθ’が大きいと正面から斜めに出射する光が多くなり、光の利用効率が低下する。

また、光制御シートの第２凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面形状が、楕円の長軸の一端を頂点とする楕円の一部からなる部分楕円形状であり、且つ部分楕円形状の接線のＸ軸に対する傾きの絶対値が６０度から８０度の範囲である場合に、斜めに入射した光を正面に偏向させ、広角度側で輝度が低下する滑らかな輝度の角度分布を得ることが可能である。且つ前記部分楕円形状のＸ軸と平行な幅ｐに対する高さのｈの比であるアスペクト比は、前記部分楕円形状の接線の傾きの最大値と前記第２凸部の頂部におけるアスペクト比によって決定され、この比が０．３９から０．５３の範囲である場合に、正面方向に入射した光も効率的に正面付近に出射される為に、高い光の利用効率を得ることが可能である。

また、光制御シートの第２凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面形状が、放物線の頂点を含む放物線の一部からなる部分放物線形状であり、部分放物線形状の接線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度から６２度の範囲である場合に、斜め方向に入射した光をより多く正面方向に偏向させることが可能である。前記部分放物線形状のＸ軸と平行な幅ｐに対する高さｈの比であるアスペクト比は、前記部分放物線形状の接線の傾きの最大値によって決定され、傾きの最大値が５２度から６２度の範囲である場合には、この比は０．３２から０．４７の範囲である。

また、本発明の光制御シートは、本発明の面光源素子の正面輝度を効率よく高めることが可能である。また、通常の微粒子拡散板に用いることも可能である。通常の微粒子拡散板の出射面側に本発明の光制御シートを配置することによって、微粒子拡散板からの出射光を正面方向に偏向し、輝度を高めることができる。更にプリズムシートと比較して凸部が傷付き難く、また、滑らかな出光分布が得られる。

また、本発明の面光源素子に用いる支持基板と光制御シートは、それぞれの主面において均一な光学性能を有する為に、線状光源や反射板等との厳密な位置合わせの必要がなく、高い生産性を得ることが可能である。また、面光源素子の主面の大きさや線状光源の本数や配置の変更にも即座に対応できる。

また、本発明の画像表示装置は、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、高輝度で、輝度均一性が高いことから明るくて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。

本発明の最良の形態の一例を図８に示す。複数の線状光源と、前記線状光源の光を反射する反射板と、前記線状光源と、前記反射板からの光を透過させる際に前記線状光源の像を低減させる支持基板と、前記支持基板に支持され、前記支持基板からの光の出射方向を制御する光制御シートからなり、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、
正面方向に向かって、前記反射板と、前記線状光源と、前記支持基板と、前記光制御シートがこの順に配置した面光源素子である。

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。

線状光源としては特に制限はないが、蛍光灯等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て構成した線状光源も用いることができる。

隣接する線状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為、望ましい。しかし、間隔が狭すぎると線状光源の本数が増加し、消費電力が大きく、コストがかかる為に望ましくない。線状光源の間隔は１０ｍｍから１００ｍｍが望ましい。より望ましくは、１５ｍｍから５０ｍｍである。

線状光源と支持基板との距離は長いほうが、輝度均一性が高い為、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。線状光源と支持基板の距離は５ｍｍから１５ｍｍが望ましい。より望ましくは、１０ｍｍから３０ｍｍである。

支持基板の出射面に設ける畝状の第１凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線である第１輪郭線のＸ軸に対する傾きの好適な最大値は基材の屈折率によって異なるが、通常の透明樹脂を基材として用いる場合には、５８度から７９度であることが望ましい。この範囲において、線状光源間で支持基板に斜め方向に入射する光をより正面方向付近に出射することが可能であり、高い輝度均一性が得られる。更に、前記第１凸部を形成する際に、第１凸部を反転させた溝状凹部の雌型を用いる場合には、雌型頂部の欠けなどによる不良成形を避ける為に、６１度から７８度であることが望ましく、更には６７度から７５度であることが望ましい。

支持基板の出射面に設ける畝状凸部は、凸部の幅が１μｍ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、１μｍ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、凸部の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、透過型表示装置の画素ピッチの１／１００から１／１．５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。

支持基板の厚さは、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反射板、光源と支持基板の間に空間が設けられている為に、支持基板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。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。これより薄いと支持基板が撓みや変形を生じ、線状光源と支持基板が接触し、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、１．１ｍｍ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。

支持基板の製造方法としては、押出成型、射出成型、紫外線硬化樹脂を使用した２Ｐ成型が挙げられるが、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。

支持基板の材料としては、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が挙げられる。

光制御シートの出射面に設ける畝状の第２凸部に関して、０．４６θｍａｘ≦θ’≦０．７１θｍａｘであることが望ましい。この場合により効果的に光を正面方向に偏向させることが可能であり、高い正面輝度が得られる。更には０．４７θｍａｘ≦θ’≦０．６８θであることが望ましく、更には、０．４９θｍａｘ≦θ’≦０．６６θｍａｘであることが望ましい。この場合に光をより効果的に正面に偏向させ、高い正面輝度を得ることが可能であるので、パソコンモニタ等の用途では特に好適である。

更に前記第２凸部が部分楕円形状の場合には、θｍａｘが６３度から７９度であり、アスペクト比が０．４２から０．５２であることが望ましい。この場合に光を効率よく正面に偏向させ、高い輝度の均一性が得られる。更に、第２凸部を作成する為に、前記第２凸部を反転させた溝状凹部を雌型として使用する場合には雌型の強度をあげ、高い生産効率を得る為に、θｍａｘが６９度から７５度であり、アスペクト比が０．４３から０．４８であることが望ましい。

更に前記第２凸部が部分放物線形状である場合には、θｍａｘが５３度から５８度であり、且つアスペクト比が０．３４から０．４３であることが望ましい。この場合に斜め方向に入射した光を正面方向に集光し、高い輝度均一性を得る。また、θｍａｘが５５度から５７度であり、アスペクト比が０．３６から０．３９であることが更に高い正面輝度を得る為には望ましい。

前記第２凸部は、第２輪郭線のＸ軸と平行な方向の幅ｐが１μｍから５００μｍであることが望ましい。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。１μｍ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３００μｍであり、更に望ましくは３０μｍから２００μｍ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、凸部の作製が容易となり生産性が向上する。

また、支持基板の凸部の幅が１００μｍより大きい場合には、光制御シートの凸部の幅が、支持基板の凸部の幅の１／１．５以下であるか、１．５倍以上であることが望ましい。支持基板の凸部の幅の１／１．５より大きい、または１．５倍よりも小さいと支持基板の凸部と光制御シートの凸部との干渉縞が発生し外観品位の低下を招く。

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、透過型表示装置の画素ピッチの１／１００から１／１．５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。

光制御シートの厚さは、光制御シート自身の強度、生産性等を考慮して光制御シートの厚さを設定すればよい。光制御シートの光源側には支持基板があり、通常面光源素子として用いる際には光制御シートは支持基板と共に端面付近を固定される為に、薄い光制御シートであっても撓みは生じにくい。従って、光制御シートは支持基板よりも薄くすることが可能である。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、光制御シート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。更に光制御シートの熱などによる変形を防ぎ、且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。

光制御シートの製造方法としては、押出成型、射出成型、２Ｐ成型等が挙げられるが、凸部の大きさ、凸部の形状、量産性を考慮して適した成型方法を選択すればよい。主面の短辺、長辺共に４００ｍｍを超えるなどの主面が大きい場合には押出成型が適している。また、１ｍｍより薄い場合には、押出成型、２Ｐ成型が適している。

光制御シートの材料としては、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、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、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が挙げられる。

また、より輝度均一性を高める為に、本発明の支持基板および／または光制御シートに、光拡散手段を設けても良い。光拡散手段としては、支持基板もしくは光制御シート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、拡散シートを支持基板や光制御シートの入射面側および／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。

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。

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。

また、支持基板の光源側に重ねて、樹脂やガラス等からなる透明な第２支持基板を設けても良い。第２支持基板を配することによって、支持基板を例えば０．１ｍｍから１ｍｍと薄くしても支持基板および光制御シートを支持することが可能である。支持基板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シートの支持を容易にする。前記第２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。第２支持基板は支持基板同様、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、好適な材料は支持基板と同等である。また第２支持基板は支持基板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、更には支持基板のずれや皺の発生が防止できる。

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、輝度均一性に優れる画像表示装置を得ることが出来る。

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。
本発明の支持基板の畝状凸部を得る為に、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した。支持基板は、平均粒子径約８μｍメタクリル酸メチル−スチレン共重合体粒子（屈折率１．５５）を０．３８重量％分散させたポリスチレン樹脂（屈折率１．６０）を、前記スタンパを用いて射出成型することによって作製した。支持基板は厚さ２ｍｍ、Ｘ軸方向の長さ３５４ｍｍ、Ｙ軸方向の長さ６１５ｍｍである。

本発明の光制御シートは、切削加工によってロール状金型に光制御シートの１５０μｍの畝状凸部を反転させた形状の溝状凹部を平行に連続して作製し、前記ロール状金型を用いて、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）を押出成型することによって作製した。光制御シートは厚さ０．５ｍｍ、Ｘ軸方向の長さ３５４ｍｍ、Ｙ軸方向の長さ６１５ｍｍである。

本発明の実施例の構成を図９に示す。本発明を実施するにあたり、反射板および線状光源である蛍光管はＰｏｌｙｖｉｓｉｏｎ製液晶テレビＶ２７０Ｗ１−Ｌ０３に用いられている部材を使用した。また、光拡散手段として、支持基板と光制御シートの間に恵和製拡散シートＢＳ−７００を配置した。正面方向に向かって、反射板、線状光源、支持基板、拡散シート、光制御シートを配置し、この構成で正面方向の輝度と、正面方向から斜め方向へ角度毎の輝度分布を測定した。

正面方向の輝度は、ＣＣＤカメラ（コニカミノルタ株式会社製ＣＡ−１５００）で測定距離、測定範囲を一定にして測定した。また、角度毎の輝度分布は自動輝度計（トプコンテクノハウス株式会社製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、同一の位置の輝度を測定した。

次に本発明の面光源素子の正面方向に透過型の液晶パネルを配置して、画面品位を観察した。特に、輝度の分布が正面方向から斜め方向にかけて単調に減少せず、広角度側で大きく上昇する場合、不自然な画像ムラが観察される為、正面から上下方向に１０度ずつ角度を変化させて観察を行った。画面品位は各角度において、画像ムラの有無で判断した。

表１に各実施例と各比較例の構成と輝度測定の結果を示す。

表１の結果から、本発明の支持基板と、本発明の光制御シートを用いた場合には、高い輝度が得られ、且つ、透過型の液晶パネルを配置して観察すると、正面方向から広角度側に向けて輝度が低下する自然な輝度の角度分布が得られていることがわかる。

比較例１として、前記支持基板の出射面側に恵和製拡散シートＢＳ−７００を配置した場合での評価を実施した。この場合、高い正面輝度が得られていない。

比較例２として、通常の微粒子含有の拡散板と本発明の光制御シート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体粒子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型することによって作製した。前記拡散板の出射面側に本発明の光制御シートを配置した構成で評価を行った。この場合、高い輝度が得られていない。

比較例３として、通常の微粒子含有の拡散板とプリズムシートを使用する場合の評価を実施した。プリズムシートはＳｏｎｙ製液晶テレビＫＤＬ−Ｌ３２ＨＶＸに用いられている部材を使用した。前記比較例２に用いた拡散板を使用し、拡散板の正面方向に向かって、拡散シート、プリズムシートを配置した構成で評価を行った。この場合、高い正面輝度が得られるが、正面方向から斜め方向に向かって４５度以上で再び輝度が上昇する不自然な角度輝度分布を示す為に画面品位が劣る。

比較例４として、本発明の支持基板と、本発明の光制御シートと異なる畝状凸部を形成したシートを使用した場合の評価を実施した。支持基板の正面方向に向かって、拡散シート、本発明とは異なる光制御シートを配置した構成で評価を行った。この場合、高い輝度が得られていない。また、正面方向から斜め方向に向かって６０度以上で再び輝度が上昇する不自然な角度輝度分布を示す為に画面品位が劣る。

本発明の面光源素子の最良の形態の一例を示す図である。 プリズムシートを用いた際の角度毎の輝度分布である。 本発明の光制御シートで正面に光が偏向する原理を示した、入射した光の一部の進行方向を表す図である。 従来の微粒子拡散板からの出射光の角度毎の輝度分布である。 本発明の支持基板からの出射光の角度毎の輝度分布である。 プリズムシートに正面から入射した光の一部の進行方向を表す図である。 本発明の光制御シートに正面から入射した光の一部の進行方向を表す図である。 本発明の面光源素子からの出射光の角度毎の輝度分布および第２輪郭線を表す図である。 本発明の実施例の構成を示す図である。

符号の説明

１：反射板
２：線状光源
３：支持基板
４：光制御シート
５：拡散シート
６：光制御シートの畝状の第２凸部
７：光制御シートに正面方向から斜めに入射する光
８：光制御シートから出射する光
９：光制御シートの畝状の第２凸部で全反射する光
１０：光制御シートに正面方向から入射する光
１１：プリズムシート
１２：プリズムシートに正面から入射する光
１３：プリズムシートで全反射する光

θ：第２輪郭線の接線の、Ｘ軸に対する傾き
θｍａｘ：原点から単調増加するθの最大値
θ’：第２輪郭線の、Ｘ軸方向の位置がＸ’である点におけるＸ軸に対する傾き
Ｘｍａｘ：原点から単調増加するθが最大値をとるときのＸ方向の位置
Ｘ’：Ｘｍａｘ／２の値をとるＸ軸方向の位置
ｐ：第２輪郭線のＸ軸方向と平行な方向の幅
ｈ：第２凸部の高さ

Claims (5)

1. 少なくとも、
   複数の線状光源と、
   前記線状光源の光を反射する反射板と、
   前記線状光源と前記反射板からの光を透過させる際に前記線状光源の像を低減させる支持基板と、
   前記支持基板に支持され、前記支持基板からの光の出射方向を制御する光制御シートからなり、
   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、
   正面方向に向かって、
   前記反射板と、前記線状光源と、前記支持基板と、前記光制御シートがこの順に配置した面光源素子であり、
   前記反射板は前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置し、
   前記線状光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内に、Ｙ軸に平行且つＸ軸に沿って配置し、
   前記支持基板と、前記光制御シートとが前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置しており、
   前記支持基板は、光が主に出射する側にＹ軸に平行な複数の畝状の第１凸部が形成され、
   前記第１凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線である第１輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が、５２度から８０度の範囲であり、
   前記光制御シートは、光が主に出射する側にＹ軸に平行な複数の畝状の第２凸部が形成され、
   前記第２凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線である第２輪郭線が、少なくとも頂部を含む曲線部を有し、該第２輪郭線のＸ軸に対する傾きθが、
   前記第２凸部の頂点を原点として、原点を中心とする両方向に単調に増加する範囲で、
   それぞれ下記の式を満たすことを特徴とする面光源素子。
   ０．４５θｍａｘ≦θ’≦０．７５θｍａｘ
   ０．２５ｐ≦｜Ｘｍａｘ｜
   θｍａｘ：原点から単調増加するθの最大値
   Ｘｍａｘ：原点から単調増加するθがθｍａｘをとるときのX軸方向の位置
   Ｘ’＝Ｘｍａｘ／２
   θ’：Ｘ軸方向の位置がＸ’の位置での第2輪郭線のＸ軸に対する傾き
   ｐ：第2輪郭線のＸ軸と平行な方向の幅
   
2. 前記光制御シートの前記第２凸部の、
   Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面での断面形状が、楕円の長軸の一端を頂点とする楕円の一部からなる部分楕円形状であり、
   前記部分楕円形状の接線のＸ軸に対する傾きの最大値が６０度から８０度の範囲であり、且つ、
   前記部分楕円形状のＸ軸と平行な方向の幅ｐに対する高さｈの比であるアスペクト比が０．３９から０．５３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。
3. 前記光制御シートの前記第２凸部の、
   Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面での断面形状が、放物線の頂点を含む放物線の一部からなる部分放物線形状であり、
   前記部分放物線形状の接線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度から６２度の範囲であり、
   前記部分放物線形状のＸ軸と平行な方向の幅ｐに対する高さｈの比であるアスペクト比が０．３２から０．４７の範囲であるであることを特徴とする
   請求項１記載の面光源素子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の面光源素子が備える光制御シート。
5. 請求項１〜３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。
   

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