JP2010044921A - 面光源素子並びにこれに用いる光制御部材及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＬＥＤ等の点状光源を用いて、色再現性を高めた直下方式の面光源素子において、高い輝度と、高い輝度と色の均一性を実現する。
【解決手段】
複数の点状光源（１）と、Ｘ軸方向に光を制御する第一の畝状凸部を備える第一の光制御部材（２）と、Ｙ軸方向に光を制御する第二の畝状凸部を備える第二の光制御部材（３）とがこの順に配置されている面光源素子において、点状光源（１）のＸ軸方向、Ｙ軸方向の光源周期をＤ_１、Ｄ_２として、
Ｄ_１≧Ｄ_２
とすることによって効率的に点状光源（１）の像を低減し、２次元方向について輝度の均一性を得ることによって、上記の課題を解決する。
【選択図】図１

Description

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及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及びこれを用いた画像表示装置に関するものである。

透過型の液晶ディスプレイ、照明看板等を背面から照明する面光源としては、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（例えば特許文献１参照）。

テレビやパソコンのモニタでは、画像表示装置の大型化の要求が高まっており、大型の画像表示装置に使用されるの面光源素子では輝度の向上や均一性などの点で有利な直下方式が主流となっている。
直下方式の面光源素子は、光源、反射板、拡散板、レンズ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る機能を有している。拡散板やレンズシートは光を拡散させて光源の像を低減する機能や、拡散した光を適正な指向性に変換する機能を有している。

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、色の再現性がよく、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、特許文献２、非特許文献１参照）。

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。

光の利用効率を向上させ、且つ、高い輝度の均一性を得る為に、２枚のレンチキュラーレンズ形状を付与する技術が公開されている（例えば、特許文献３参照）。Ｘ軸方向またはＹ軸方向のうち特に光源周期の長い方向について輝度の均一化、色の均一化が困難となる。Ｘ軸方向またはＹ軸方向の一方について輝度および／または色が不均一であると、縞状の輝度分布、色の分布となり、画面品位が悪くなるために好ましくない。

特開平２−１７号公報 特開平７−１９１３１１号公報 特開２００７−１２５１７号公報 日経ＢＰ社刊 Ｆｌａｔ−Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ２００４ 実務編ｐ１７０

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場合でも、高い色再現性を可能とし、高輝度で且つ輝度の均一性と色の均一性とが高く、光の利用効率が高い為に省エネルギーを実現できる面光源素子と、これが備えるシート状の光制御部材及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。

即ち、本願第１の発明は、以上の課題を解決すべく、以下の手段を提供する。
Ｘ軸と、Ｘ軸とに直交する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、シート状またはフィルム状の第一の光制御部材と、シート状またはフィルム状の第二の光制御部材とを備え、
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軸方向及びＹ軸方向に周期的に配置され、
前記第一の光制御部材と、前記第二の光制御部材とが、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置され、
前記複数の点状光源と、前記第一の光制御部材と、前記第二の光制御部材と、前記出射面とが、この順に正面方向に配置されている面光源素子であって、

前記第一の光制御部材の主に光を出射する面に、Ｘ軸方向に直交し且つＹ軸方向に平行な複数の第一の畝状凸部からなる第一の光制御部を備え、
且つ、
前記第二の光制御部材の主に光を出射する面に、Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する複数の第二の畝状凸部からなる第二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Ｄ_１、Ｙ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ_２として、
前記複数の点状光源の発光面から前記第一の光制御部材の光源側の主面までの距離をＨ_１とし、
前記複数の点状光源の発光面から前記第二の光制御部材の光源側の主面までの距離をＨ_２とし、
Ｈ_１＝α×Ｄ_１
Ｈ_２＝β×Ｄ_２
として、α、βのうち少なくとも一方が１．２以下であり、
且つ、
Ｄ_１≧Ｄ_２
であることを特徴とする面光源素子である。

また、本願第２の発明は、上記第１の発明の面光源素子であって、
Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、前記第一の畝状凸部の断面の幅ａ_１と、前記第一の畝状凸部の高さｂ_１との比ｂ_１／ａ_１が０．２８〜０．６５であり、
且つ、
Ｘ軸方向に直交且つＹ軸方向に平行な平面における、前記第二の畝状凸部の断面の幅ａ_２と、前記第二の畝状凸部の高さｂ_２との比ｂ_２／ａ_２が０．２８〜０．６５であることを特徴とする面光源素子である。

また、本願第３の発明は、上記第２または第３の発明の面光源素子であって、
Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、前記第一の畝状凸部の断面の輪郭の形状が、楕円又は放物線又は多項式からなる曲線の一部からなり、
且つ、
Ｘ軸方向に直交し且つＹ軸方向に平行な平面における、前記第二の畝状凸部の断面の輪郭の形状が、楕円又は放物線又は多項式からなる曲線の一部からなることを特徴とする面光源素子である。

また、本願第４の発明は、上記のいずれかの面光源素子であって、
Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、前記第一の畝状凸部の最大傾斜角度θ_１が５８度〜８２度であり、
且つ、
Ｘ軸方向に直交且つＹ軸方向に平行な平面における、前記第二の畝状凸部の最大傾斜角度θ_２が５８度〜８２度であることを特徴とする面光源素子である。

また、本願第５の発明は、上記のいずれかの面光源素子が備える、少なくとも１枚のシート状、又はフィルム状の光制御部材である。

また、本願第６の発明は、上記のいずれかの面光源素子の前記正面方向に、透過型画像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。

以下に、本発明の効果について詳細に説明する。

本発明の面光源素子は、２枚のシート状、又はフィルム状の光制御部材を用いて２次元的に光線方向を制御し、且つ、光源周期の長い、より均一性を得ることが困難な方向について先ず光線方向を制御し光源からの光を均一化することによって、効率的に点状光源からの光を２次元方向に広げ、高い輝度の均一性と色の均一性を得ることが可能となる。また、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、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。

前記点状光源群の発光面から前記光制御部材の光源側の主面までの距離Ｄが大きくなると、面光源素子の厚みが増すために好ましくない。本発明の面光源素子は、点状光源のＸ軸方向の１周期の長さ、Ｙ軸方向の１周期の長さをそれぞれＤ_１、Ｄ_２として、点状光源の発光面から第一の光制御部材、第二の光制御部材の光源側の主面までの距離をそれぞれＨ_１、Ｈ_２として、
Ｈ_１＝α×Ｄ_１
Ｈ_２＝β×Ｄ_２
として、α、βのうち少なくとも一方が１．２以下とすることによって、薄型の面光源素子を得ることができる。

ここで点状光源の発光面とは、たとえば点状光源としてチップ型の発光ダイオードを用いる場合には、図２で示すように発光ダイオードの上面とすることが可能である。また、点状光源として砲弾型の発光ダイオードを用いる場合には、発光面が曲面となるが、図３で示すように仮想的に平面状の発光面を想定することができる為、Ｄ_１、Ｄ_２の距離を砲弾の先端とすることができる。

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、例えば正方格子状に点状光源を配置する場合、周期は図４に示すようにとり、斜方格子状に点状光源を配置する場合、周期は図６に示すようにとる。

本発明の面光源素子は、点状光源の配置が２次元方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に沿って分布している場合であっても、Ｘ軸方向に沿って光線を制御する第一の畝状凸部を備える第一の光制御部材と、Ｙ軸方向に沿って光線を制御する第二の畝状凸部を備える第二の光制御部材とを使用することによって、２次元的に光線を制御し、良好な輝度均一性と色の均一性とを共に実現できる。また、光制御部材を２枚備えることで、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。更に、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。

点状光源を配置する場合、そのＸ軸方向の周期とＹ軸方向の周期が同一である必要はない。Ｘ軸方向の周期Ｄ_１及びＹ軸方向の周期Ｄ_２は面光源素子のＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さの比、また必要な光の量に応じて調整される。ここで、一般的に光源周期の長い方向についての光源像の消去が困難となる。

また、本発明の面光源素子において、第一の畝状凸部を備える第一の光制御部材によってＸ軸方向に沿って光線方向が制御される際に、Ｙ軸方向に沿った方向にも影響を受ける。以下に、第一の畝状凸部によって、光線の方向がＹ軸方向に沿って受ける影響について説明する。

一例として、点状光源からＸ軸方向に沿った傾きα_１＝０で第一の光制御部材に入射した光を考える。第一の光制御部材に入射した光は、第一の畝状凸部からなる第一の光制御部に入射する。この第一の光制御部に入射した光のうち、第一の畝状凸部の領域ｉに入射した光線を図７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ηは、Ｙ軸方向に沿って正面方向に傾いていない場合（α_２＝０）ならば、η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εと等しく、εが全反射角よりも小さい場合は屈折して領域ｉ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（α_２≠０）、η＞ε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、ε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。

従って、Ｙ軸方向に沿って大きく傾いている場合には、第一の光制御部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α_２の方向へ単位角度あたりに放射する光の強度は、第一の光制御部材を通過することによってα_２が大きくなるに従い減衰する。第二の光制御部材では、第一の光制御部材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ため、光源からより離れた位置に入射する光の量が減衰し、より光源の像の低減が困難となる。

従って、第二の光制御部材によって光源像を低減し輝度と色の均一性を高める方向であるＹ軸方向に沿った方向において、高い輝度と色の均一性を得ることがより困難となる。そこで
Ｄ_１≧Ｄ_２
とし、Ｄ_１、Ｄ_２の関係を満たすように２枚のシート状、又はフィルム状の光制御部材を配置することによって、より効率的に光源像を消去し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って高い輝度と色の均一性を実現できる。

本願第２の発明は、第一の光制御部材及び第二の光制御部材における第一の畝状凸部及び第二の畝状凸部の幅と高さを０．２８〜０．６５とすることによって、効果的に光源像を低減し、輝度と色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。

本願第３の発明は、第一の光制御部材及び第二の光制御部材における第一の畝状凸部及び第二の畝状凸部の断面を滑らかな曲線とすることによって、連続的で滑らかに点状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と色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にくい等の高い生産性と耐久性が実現される。

本願第４の発明は、第一の光制御部材及び第二の光制御部材における第一の畝状凸部及び第二の畝状凸部の最大傾斜角を５２度〜８５度とすることによって、点状光源からＸ軸方向及び／またはＹ軸方向に沿って離れたい位置において、第一の光制御部材及び／または第二の光制御部材に斜めに入射した光を多く正面に向けることが可能であり、光源像を低減し、高い輝度と色の均一性と、高い輝度を実現することが可能である。更に、第一の畝状凸部及び第二の畝状凸部の最大傾斜角を５２度〜８５度とすることにより、成形性が良好となり、高い生産性を実現可能である。

本願第５の発明は、上記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、又はフィルム状の光制御部材である。光制御部材を用いることによって、点状光源から正面方向に出射する光の分布を制御し、高い輝度の均一性と、高い色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。

本願第６の発明は、上記のいずれか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輝度の均一性と、色の均一性と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、色の再現性がよく、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。

本発明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１からなる複数の点状光源群と、Ｘ軸方向に直交且つＹ軸方向に平行な第一の畝状凸部２ａを備えたシート状の第一の光制御部材２と、Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する第二の畝状凸部を備えたシート状の第二の光制御部材３とを備えた面光源素子である。

本発明の点状光源１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あげられる。

また１周期に同じ点状光源群に属する点状光源１を複数配置しても良い。これによって、複数の点状光源群での放射輝度を調整することが可能であり、また、同じ点状光源群の中での点状光源１の放射輝度のばらつきによる輝度の均一性低下と、色の均一性低下とを低減することが可能である。

点状光源１として、緑色の点状光源、赤色の点状光源、青色の点状光源以外の色の点状光源を用いても良い。他の色の点状光源を用いることによって、更に高い輝度、高い色再現性を得ることができる。

１周期内での点状光源１の配置としては様々な形態が考えられるが、本発明に用いることが出来る一例を図に示す。図８は３色の点状光源１を三角形に配置した例である。図９は４色の点状光源１ａ〜ｄを四角形に配置した例である。図１０は３色の点状光源を直線状に配置した例である。なお図８、図９、図１０には本発明におけるＤ_１、Ｄ_２のとり方も示されている。

点状光源１の配置としては様々な形態が考えられるが、本発明に用いることができる例を図に示す。図４は各点状光源１が長方形に配置された例である。図５は各点状光源１が千鳥配列された例の一つである。図５ではある点状光源１に隣り合う最も近い点状光源１は４つあり、それぞれ斜め４５度方向にある。図６も各点状光源１が千鳥配列された例の一つである。図６ではある点状光源１に隣り合う最も近い点状光源１は６つあり、正６角形を成している。なお図４、図５、図６には本発明におけるＤ_１、Ｄ_２のとり方も示されている。

点状光源１のＸ軸方向及びＹ軸方向の周期Ｄ_１、Ｄ_２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軸方向及び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。

点状光源１と光制御部材２，３との距離は長いほうが、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１と光制御部材２，３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。

第一の光制御部材２における第一の畝状凸部２ａの幅ａ_１と高さｂ_１との比ｂ_１／ａ_１が０．２８より小さい場合には、任意の点状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、輝度の均一性と色の均一性とを得ることが困難である。また同様に、第二の畝状凸部の幅ａ_２と高さｂ_２との比ｂ_２／ａ_２が０．２８より小さい場合においても、輝度の均一性と色の均一性とを得ることが困難である。一方でｂ_１／ａ_１、ｂ_２／ａ_２が０．６５より大きい場合には、畝状凸部の成形性が困難であり、生産性が低下する。畝状凸部の幅と高さの比ｂ_１／ａ_１とｂ_２／ａ_２が、０．２８から０．６５である場合に効率的に点状光源１からの光を正面方向に出射させることが可能であり、且つ生産性の高い面光源素子が得られる。ｂ_１／ａ_１、ｂ_２／ａ_２はより０．３０から０．６２がより好適であり、更には０．３２から０．５９が望ましい。

光制御部材２，３における畝状凸部の最大傾斜角が過度に小さいと、任意の点状光源１から正面方向に対して小さい角度で光制御部材２，３に入射した光のみを正面方向に出射させることになる為、点状光源１から離れた位置で正面方向への出射する光が少なくなり、輝度の均一性と色の均一性の実現が困難になる場合がある。一方で最大傾斜角が過度に大きいと、任意の点状光源１から正面方向に対して大きな角度で光制御部材２，３に入射した光も正面方向に光を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。畝状凸部の最大傾斜角が５８度から８２度である場合に、輝度の均一性と色の均一性とが高く、成形性のよい、生産性の高い面光源素子を得ることが可能である。最大傾斜角は、より好適には６０度から７９度であり、更に望ましくは６２度から７６度である。

第一の光制御部材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第一の光制御部材２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。第一の光制御部材２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。これより薄いと第一の光制御部材２の撓みや変形を生じ、点状光源１と第一の光制御部材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。

第二の光制御部材３は最も光源側に配置されていない為、光制御部材自身の強度、生産性等を考慮して第二の光制御部材３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、最も光源側にない第二の光制御部材３は最も光源側にある第一の光制御部材２よりも薄くすることが可能である。第二の光制御部材３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。更に第二の光制御部材３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。

第一の畝状凸部の幅ａ_１および第二の畝状凸部の幅ａ_２は、１０μｍから５００μｍであるのが望ましい。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、ａ_１、ａ_２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。

第一の光制御部材２及び第二の光制御部材３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（Photo Polymerization)成型が挙げられるが、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。

また、通常第一の畝状凸部及び第二の畝状凸部はそれぞれ連続して配列するが、第一の畝状凸部及び／または第二の畝状凸部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１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、第一の光制御部及び／または第二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。

第一の光制御部材２及び第二の光制御部材３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。

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。

反射板４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４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。

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及び／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、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。

また、第一の光制御部材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。前記支持基板を配することによって、第一の光制御部材２を例えば０．１ｍｍから１ｍｍと薄くしても第一の光制御部材２を支持することが可能である。第一の光制御部材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。また支持基板は第一の光制御部材２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、更には第一の光制御部材２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、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。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例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の略図に示す通りである。

本発明の複数の点状光源を得る為に、赤色光を発するチップ型のＬＥＤ群と、緑色光を発するチップ型のＬＥＤ群と、青色光を発するチップ型のＬＥＤ群とを、図８に示す通りに配置する。実施例１、２ではＤ_１＝４０ｍｍ、Ｄ_２＝２５ｍｍであり、実施例３ではＤ_１＝３０ｍｍ、Ｄ_２＝２０ｍｍである。

本発明を実施するにあたり、光源の発光面から正面方向に、第一の光制御部材、第二の光制御部材の順で配置する。実施例１、２、３ともＨ_１＝２０ｍｍ、Ｈ_２＝２２ｍｍである。また、点状光源の背面側には、発泡ＰＥＴ樹脂からなる反射率９５％の反射板を設置する。

本発明の第一の光制御部材における第一の畝状凸部を得る為に、切削加工によって幅３００μｍ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１．５９）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する。また、同様に第二の畝状凸部を得る為に、切削加工によって幅３００μｍ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０．３ｍｍのＰＥＴフィルムに畝状凸部を形成する。

実施例１においては、第一の畝状凸部と第二の畝状凸部２とは同じ多項式からなる曲線の一部からなり、同じ金型から形成される。実施例２、３では、第一の畝状凸部と第二の畝状凸部とは異なる多項式からなる曲線の一部からなる。

実施した構成について、正面輝度及び色座標の分布は、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軸方向について輝度の均一性を評価する為に、Ｘ軸方向に測定した１周期での輝度の最小値であるＬ（Ｘ）_ｍｉｎと最大値であるＬ（Ｘ）_ｍａｘの比Ｒ_１＝Ｌ（Ｘ）_ｍｉｎ／Ｌ（Ｘ）_ｍａｘを算出する。また同様に、Ｙ軸方向における輝度の均一性を評価する為に、Ｙ軸方向に測定した１周期での輝度の最小値であるＬ（Ｙ）_ｍｉｎと最大値であるＬ（Ｙ）_ｍａｘの比Ｒ_２＝Ｌ（Ｙ）_ｍｉｎ／Ｌ（Ｙ）_ｍａｘを算出する。

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。

実施例及び比較例の構成と、評価結果とを表１に示す。

実施例１から、第一の畝状凸部と第二の畝状凸部とが相似な形状であって、Ｄ_１≧Ｄ_２である場合に、第一の畝状凸部を備えた第一の光制御部材によって先ずＸ軸方向の輝度の均一化を達成し、次に第二の畝状凸部を備えた第二の光制御部材２を用いてＹ軸方向の輝度を均一化することによって、出射面において点状光源の像を２次元的に低減し、輝度の均一性が向上する。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設置して観察すると、点状光源を用いることによって、色再現性が良く、輝度が均一で、更にそれぞれの色について輝度が均一にされている為に、色の均一性が高い、画面品位の良い画像が得られる。

実施例２、３から、第一の畝状凸部１と第二の畝状凸部２とが異なる形状である場合においても、Ｄ１≧Ｄ２となるように第一の光制御部材と第二の光制御部材を配置することによって、より困難であるＸ軸方向の輝度の均一化が可能となり、点状光源の像を２次元的に低減し、輝度の均一性が向上する。次に、実施例２、３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、点状光源を用いることによって色の再現性が良く、それぞれの色の光源について光源像が低減されている為に、色の均一性が高い、画面品位の良い画像が得られる。

比較例１〜３として、それぞれ実施例１〜３の第一の光制御部材における第一の畝状凸部と第二の光制御部材における第二の畝状凸部との配置の順を入れ替えた場合の評価を実施した。この場合、先に短い光源間隔であるＹ軸方向について輝度を均一化し、次いで長い光源間隔であるＸ軸方向について輝度を均一化する。Ｙ軸方向について光線方向を制御する際に、Ｘ軸方向の光線方向も変化する為に、Ｘ軸方向についての輝度の均一化が更に困難になり、Ｘ軸方向に輝度の均一化が不十分な、縞状の輝度分布を持った、画面品位の悪い面光源素子となる。また、それぞれの色の光源像について、Ｘ軸方向での輝度の均一化が十分ではない為に、縞状に色の分離した色の均一性の悪い面光源素子となる。次に、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、各色が縞状に分離し、輝度の均一性が低い為に画面品位悪い。

比較例４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、各点状光源の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。次に、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、各色での点状光源の像が十分に低減されていない為、輝度と色の均一性が低く、画面品位が悪い。

本発明の面光源素子の、好適な一例を示す図である。 本発明の面光源素子における、Ｄ_１、Ｈ_１またはＤ_２、Ｈ_２のとり方の一例を示す図である。 本発明の面光源素子における、Ｄ_１、Ｈ_１またはＤ_２、Ｈ_２のとり方の一例を示す図である。 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と、Ｄ_１、Ｄ_２のとり方を示す図である。 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と、Ｄ_１、Ｄ_２のとり方を示す図である。 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と、Ｄ_１、Ｄ_２のとり方を示す図である。 本発明の面光源素子における、第一の畝状凸部によってＸ軸方向に光線を制御する際に、Ｙ軸方向に与える影響を示す図である。 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と、点状光源の周期を示す図である。 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と、点状光源の周期を示す図である。 本発明の面光源素子における、複数の点状光源群の配列の一例と、点状光源の周期を示す図である。

符号の説明

１：点状光源
１ａ：第１の色のＬＥＤ
１ｂ：第２の色のＬＥＤ
１ｃ：第３の色のＬＥＤ
１ｄ：第４の色のＬＥＤ
２：第一の光制御部材
２ａ：第一の畝状凸部
２ａ−１：第一の畝状凸部の領域ｉ
３：第二の光制御部材
４：反射板
５：点状光源の発光面
６：複数の点状光源が存在する点状光源の配列の１ユニット
７：第一の畝状凸部の領域ｉに、α_２＝０で入射した光
８：第一の畝状凸部から、全反射せずに透過する光
９：第一の畝状凸部の領域ｉに、α_２≠０で入射した光
１０：第一の畝状凸部の領域ｉで前反射される光
Ｄ_１：Ｘ軸方向における、点状光源の配列の周期
Ｄ_２：Ｙ軸方向における、点状光源の配列の周期
Ｈ_１：点状光源の発光面から、光制御部材１の光源側の主面までの距離
Ｈ_２：点状光源の発光面から、光制御部材２の光源側の主面までの距離
ａ_１：Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、第一の畝状凸部の断面の幅
ａ_２：Ｘ軸方向に直交且つＹ軸方向に平行な平面における、第二の畝状凸部の断面の幅
ｂ_１：第一の畝状凸部の高さ
ｂ_２：第一の畝状凸部の高さ
θ_１：第一の畝状凸部の最大傾斜角度
θ_２：第二の畝状凸部の最大傾斜角度
Ｌ（Ｘ）_ｍａｘ：Ｘ軸方向に沿った光源の１周期における輝度の最大値
Ｌ（Ｘ）_ｍｉｎ：Ｘ軸方向に沿った光源の１周期における輝度の最小値
Ｌ（Ｙ）_ｍａｘ：Ｙ軸方向に沿った光源の１周期における輝度の最大値
Ｌ（Ｙ）_ｍｉｎ：Ｙ軸方向に沿った光源の１周期における輝度の最小値
Ｒ_１：Ｌ（Ｘ）_ｍｉｎとＬ（Ｘ）_ｍａｘの比
Ｒ_２：Ｌ（Ｙ）_ｍｉｎとＬ（Ｙ）_ｍａｘの比
α_１：点状光源から出射した光が、Ｘ軸方向に沿って正面方向となす角度
α_２：点状光源から出射した光が、Ｙ軸方向に沿って正面方向となす角度
ε：第一の畝状凸部に入射した光が、Ｘ軸に平行かつＹ軸に直交する面において、領域ｉの斜面の法線に対してなす角度
η：第一の畝状凸部に入射した光が、第一の畝状凸部の領域ｉにおける斜面の法線となす角度

Claims (6)

1. Ｘ軸と、Ｘ軸とに直交する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、シート状またはフィルム状の第一の光制御部材と、シート状またはフィルム状の第二の光制御部材とを備え、
   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軸方向及びＹ軸方向に周期的に配置され、
   前記第一の光制御部材と、前記第二の光制御部材とが、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置され、
   前記複数の点状光源と、前記第一の光制御部材と、前記第二の光制御部材２、前記出射面とが、この順に正面方向に配置されている面光源素子であって、
   前記第一の光制御部材の主に光を出射する面に、Ｘ軸方向に直交し且つＹ軸方向に平行な複数の第一の畝状凸部からなる第一の光制御部を備え、
   且つ、
   前記第二の光制御部材の主に光を出射する面に、Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する複数の第二の畝状凸部からなる第二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Ｄ_１、Ｙ軸に平行に沿った１周期の長さをＤ_２として、
   前記複数の点状光源の発光面から前記第一の光制御部材の光源側の主面までの距離をＨ_１とし、
   前記複数の点状光源の発光面から前記第二の光制御部材の光源側の主面までの距離をＨ_２とし、
   Ｈ_１＝α×Ｄ_１
   Ｈ_２＝β×Ｄ_２
   として、α、βのうち少なくとも一方が１．２以下であり、
   且つ、
   Ｄ_１≧Ｄ_２
   であることを特徴とする面光源素子。
2. 請求項１に記載の面光源素子であって、
   Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、前記第一の畝状凸部の断面の幅ａ_１と、前記第一の畝状凸部の高さｂ_１との比ｂ_１／ａ_１が０．２８〜０．６５であり、
   且つ、
   Ｘ軸方向に直交且つＹ軸方向に平行な平面における、前記第二の畝状凸部の断面の幅ａ_２と、前記第二の畝状凸部の高さｂ_２との比ｂ_２／ａ_２が０．２８〜０．６５であることを特徴とする面光源素子。
3. 請求項１又は２に記載の面光源素子であって、
   Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、前記第一の畝状凸部の断面の輪郭の形状が、楕円又は放物線又は多項式からなる曲線の一部からなり、
   且つ、
   Ｘ軸方向に直交し且つＹ軸方向に平行な平面における、前記第二の畝状凸部の断面の輪郭の形状が、楕円又は放物線又は多項式からなる曲線の一部からなることを特徴とする面光源素子。
4. 請求項１〜３に記載の面光源素子であって、
   Ｘ軸方向に平行且つＹ軸方向に直交する平面における、前記第一の畝状凸部の最大傾斜角度θ_１が５８度〜８２度であり、
   且つ、
   Ｘ軸方向に直交且つＹ軸方向に平行な平面における、前記第二の畝状凸部の最大傾斜角度θ_２が５８度〜８２度であることを特徴とする面光源素子。
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、シート状、又はフィルム状の光制御部材。
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、透過型画像表示装置を配置することを特徴とする画像表示装置。