JP2010249850A - 光源素子、光制御部材及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正面輝度と、光の利用効率とを高めた直下方式の面光源素子において、正面方向と斜め方向に輝度の均一性を高めて画面品位を向上させる。
【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、光が出射する側に、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第１畝状凸部からなる第１の光制御手段２１と、第１の光制御手段２１の光源側に配置され、第２畝状凸部を含む第２の光制御手段２２とを有した光制御部材２に置き換える。第１畝状凸部に入射する光を、第２畝状凸部によって予め分離することによって光源像を低減し、更に第１畝状凸部によって輝度を均一化することによって、正面方向と斜め方向の高い輝度の均一性を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源を有する面光源素子と、面光源素子が備える光制御部材及びこの面光源素子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、面光源素子が備える光制御部材及びこの面光源素子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。

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、特許文献５参照）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ないことから高い生産効率が得られる。しかし、この拡散板は、正面方向には高い輝度均一性を得ることができるものの、斜め方向からは光源像が視認され、画像表示装置に使用した場合には、画面品位の低下を招く。

また、光源像を消去する手段として、入射面に斜面角度の高いプリズムを付与した拡散板を用いる（例えば、特許文献６参照）ことが提案されている。この拡散板は、入射面に付与したプリズムの全反射によって、斜め方向の光を正面方向付近に偏向させることが可能である為、正面方向の高い輝度均一性が得られる。しかし、この場合、斜め光方向に拡散板に入射した光の経路が限定されてしまう為に、斜め方向には高い輝度均一性が得られず、画面品位の低下を招く。

特許２８５２４２４号公報 特開２０００−３３８８９５号公報 特開２００２−３５２６１１号公報 特開２００６−３４３６７２号公報 特開２００７−１２５１７号公報 特開２００６−１４０１２４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、高輝度で且つ正面方向と斜め方向との輝度の均一性が高く、かつ、光の利用効率、及び、生産性が高い面光源素子、当該面光源素子が備える光制御部材及び当該面光源素子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、且つ光源から畝状凸部に入射する光を分離する機能を有した光制御部材に置き換えることによって上記の課題を解決する。

即ち、本発明の面光源素子の一態様は、
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、少なくとも複数の光源と、前記複数の光源からの光を反射する反射板と、少なくとも１枚のシート状、またはフィルム状の光制御部材とを備え、
前記反射板と、前記光制御部材とは、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置され、
前記複数の光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内に離散的に配置され、
前記反射板と、前記複数の光源と、前記光制御部材とがこの順に正面方向に向かって配置されている面光源素子であり、
前記光制御部材は、主に光が出射する側に、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第１畝状凸部からなる第１の光制御手段と、前記第１の光制御手段の光源側に配置された第２の光制御手段とを備え、
前記光制御部材の光源側から垂直に入射した光が、前記第２の光制御手段を通過することによって、正面方向からＸ軸方向に沿った角度α_１、α_２の光線方向に分離され、
Δα＝｜α_１−α_２｜
として、Δαが２度から２０度であることを特徴とする面光源素子である。

また、本発明の面光源素子の一態様において、
前記第２の光制御手段が、前記光制御部材の主に光が入射する面に設けられた、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第２畝状凸部からなり、
前記第２畝状凸部が、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きが３度以上２０度以下であるプリズムからなることを特徴とする。

さらに、本発明の面光源素子の一態様において、
前記第２の光制御手段が、屈折率ｎ_１である層１と、層１に接合された屈折率ｎ_２である層２とからなり、
層１と層２はこの順に正面方向に向かって配置され、ｎ_１＜ｎ_２であり、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線が、Ｘ軸に対する傾きが１７度以上４５度以下であるプリズムからなることを特徴とする。

本発明の面光源素子の一態様において、
前記第２の光制御手段が、屈折率ｎ_１である層１と、層１に接合された屈折率ｎ_２である層２とからなり、
層１と層２はこの順に正面方向に向かって配置され、ｎ_１＞ｎ_２であり、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線が、Ｘ軸に対する傾きが１７度〜３０度であるプリズムからなることを特徴とする。

本発明の面光源素子一態様において、
前記第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度以上８０度以下の範囲であることが好ましく、
前記第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線が、楕円又は放物線又は多項式の一部からなる曲線からなることが好ましい。
さらに、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、前記第１畝状凸部の断面幅ａ_１と、前記第１畝状凸部の高さｂ_１の比ｂ_１／ａ_１が、０．２８以上０．６５以下であることが好ましい。

また、本発明の光制御部材の一態様は、上述した面発光素子が備えている部材である。さらに、本発明の画像表示装置の一態様は、上述した面光源素子の正面方向に透過型表示装置を配置したものである。

本発明に用いる光制御部材は、出射面に第１畝状凸部からなる第１の光制御手段を備え、更に第１の光制御手段に入射する光を第２の光制御手段により分離させることによって光制御部材から出射する光を分散させ、光源像を低減する機能を有し、正面方向、斜め方向共に高い輝度均一性を実現する機能を有している。

第１の光制御手段と、第２の光制御手段とを有した光制御部材の使用により、微粒子拡散材の使用を回避または大幅に削減することが可能であり、光の吸収や不要な方向への出光が低減される為、光の利用効率を高め、省エネルギー化を実現できる。

また、本発明に用いる光制御部材は、主面において均一な光学性能を有する為に、光源や反射板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。

本発明の実施形態１の面光源素子の一例を示す図である。 光源として点状光源を用いた形態の一例を示す図である。 本発明の面光源素子の一形態における、光源像を低減する原理を示す図である。 本発明の面光源素子の一形態における、光源像を低減する原理を示す図である。 本発明の面光源素子の一形態における、光源像を低減する原理を示す図である。 層１と層２の接合面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きが大きい場合での、光線の向きを示す図である。

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。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

本発明に係る面発光素子は、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、複数の光源と、反射板と、光制御部材とを備える。また、光制御部材は、主に光を出射する面に第１畝状凸部からなる第１の光制御手段と、第１の光制御手段の光源側に、第１の光制御手段に入射する光線を分離する第２の光制御手段と、を備える。以下、図面を用いて具体的に説明する。

（実施形態１）
本発明の実施形態１の面光源素子の一例を図１に示す。図１に示す面発光素子では、複数の光源として線状光源１、光制御部材２、及び、反射板として反射シート３を備える例を示している。光制御部材２は、第１の光制御手段２１と第２の光制御手段２２とを備える。また、光制御部材２は、出射面を含む。以降の説明では、光制御部材２の主面に平行な面のうち光源側と反対となる、主に光を出射する側を出射面とする。

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（Polyethylene Terephthalate）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。

光源としては特に制限は無いが、蛍光管等の線状光源や、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点状光源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た線状光源も用いることができる。

ＬＥＤ等の点状光源を用いることによって、高い色再現性が実現でき、画面品位の高い面光源素子が得られる。点状光源を用いる場合には、図２に示すように、光制御部材２を、畝状凸部が直交になるように２枚配置し、２次元的に光源像を消去することができる。また、光源間隔や、光源との距離によってより輝度の均一化が困難な方向に沿って輝度を均一化する光制御部材２にのみ、第２の光制御手段２２を設けることができる。特定の方向にのみ第２の光制御手段を設けることによって効率的に光線を制御可能であり、輝度が高く、生産性の高い面光源素子が得られる。

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。

隣接する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。光源の間隔は１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が望ましい。より望ましくは、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

光源と光制御部材２との距離は長いほうが、輝度の均一性が高い為に、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。光源と光制御部材２の距離は、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。より望ましくは、７ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。

光制御部材２は、出射面に第１畝状凸部からなる第１の光制御手段２１を備える。更に第１の光制御手段２１に入射する光を第２の光制御手段２２により分離させる。これにより、光制御部材２から出射する光を分散させ、光源像を低減する機能を有し、正面方向、斜め方向共に高い輝度均一性を実現する機能を有している。

第１の光制御手段２１と、第２の光制御手段２２とは、高い輝度均一性を得る機能を有している。光制御部材２の主に光を入射する面において、光源が配置されている位置では光源からの光は正面方向に進行し、光源と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、光制御部材２の主に光を出射する面にＸ軸に直交し且つＹ軸に平行な第１畝状凸部を設けることによって、斜め方向に入射した光を正面方向付近に向けることが可能である。

しかし、第１畝状凸部のみであると、斜めに入射した光のうち正面方向に向けられることなく斜め方向に透過してしまう成分が存在する為に、斜め方向から見ると光源像が視認される。そこで、第１の光制御手段２１に入射する光を分離させる第２の光制御手段２２を用いることによって、光制御部材２からの出射光における斜め方向の光源像を分散させ、光源像による明暗差を低減し、斜め方向においても高い輝度均一性を実現できる。

第２の光制御手段２２が大きく光を分離し、光の向きを大きく変えてしまうと、第１の光制御手段２１によって正面方向に向けることが不可能となり、正面方向の輝度均一性が低下する。光制御部材２に垂直方向に入射した光が、第２の光制御手段２２によって分離され、第１の光制御手段２１に入射する光線が正面方向からＸ軸方向に沿ってなす角度をα_１、α_２とすると、
Δα＝｜α_１−α_２｜
として、Δαが２度以上２０度以下である場合に正面方向の輝度均一性と、斜め方向への輝度均一性とを実現することが可能である。なお、Δαの具体例としては、以降の実施形態において説明する図３から図５に具体的に示している。

光制御部材２の光源側から垂直に入射した光が、第２の光制御手段２２を通過することによって分離される角度Δαは、２度以上２０度以下であるときに、効率的に斜め方向での輝度の均一性を実現できる。これより小さいと斜め方向への光の分離が小さい為に、斜め方向での光源像の低減が十分ではない。また、これより大きいと、第１の光制御手段２１により光を正面方向に向けることができなくなる為に、正面方向の輝度の均一性が低下する。角度Δαは、４度以上１１度以下であるときにより正面方向の高い輝度均一性と、斜め方向の高い輝度均一性とが実現でき、高い画面品位の面光源素子を得ることができる。更に望ましくは、５度以上９度以下である。

第１の光制御手段２１と、第２の光制御手段２２とを有した光制御部材２の使用により、微粒子拡散材の使用を回避または大幅に削減することが可能であり、光の吸収や不要な方向への出光が低減される為、光の利用効率を高め、省エネルギー化を実現できる。

また、本発明に用いる光制御部材２は、主面において均一な光学性能を有する為に、光源や反射板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。このため低コスト化を実現することができる。

（実施形態２）
実施形態２では、第２の光制御手段の形状について説明する。図３に実施形態２の光制御手段の構成例を示す。
第２の光制御手段２２ａは、光制御部材２ａの主に光が入射する面に設けられたＸ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第２畝状凸部からなる面光源素子であり、第２畝状凸部によって第１の光制御手段２１に入射する光を分離することが可能である。第２畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線を、Ｘ軸に対する傾きが３度以上２０度以下であるプリズムとすることによって、効率的に光を分離することが可能であり、斜め方向に光源像を低減することができる。また第１畝状凸部によって光を正面方向に向けることが可能な角度の範囲で光を分離させる為に、正面方向の輝度均一性と斜め方向の輝度均一性を実現できる。

また、図３では、第２畝状凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きと、光制御部材２ａに入射した光が分離される様子を示している。光制御部材２ａに入射する光として、光制御部材２ａへ垂直に入射した光４１と、光制御部材２ａへ斜めに入射した光５１と、を示している。光制御部材２ａへ垂直に入射した光４１は、第２の光制御手段２２ａの第２畝状凸部によって、第２の光制御手段２２ａに垂直に入射した光で、分離され、第１の光制御手段２１に入射する光４３となっている。また、光制御部材２ａに斜めに入射した光５１は、第２の光制御手段２２ａの第２畝状凸部によって、第２の光制御手段２２ａに斜めに入射した光で、分離され、第１の光制御手段２１に入射する光５３となっている。

具体的には、第２の光制御手段２２ａの第２畝状凸部に入射した光は、斜面角度ξに入射した場合と、斜面角度−ξに入射した場合とで異なる方向に屈折し、光源像が分離される。光源像を分離させることによって、第１の光制御手段での高い輝度の均一化が可能となる。ここで、ξ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。

本実施形態の面光源素子における、第２の光制御手段２２ａにおいて、第２畝状凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きが、３度以上２０度以下であるプリズムであるときに、光源像を効率的に分離することが可能であり、斜め方向の輝度の均一性を実現できる。Ｘ軸に対する傾きがこれより小さいと、斜め方向への光の分離が小さい為に、斜め方向での光源像の分離が小さく、輝度の均一性が低下する。また、これより大きいと、第１の光制御手段２１により光を正面方向に向けることができない為に、正面方向の輝度の均一性が低下する。Ｘ軸に対する傾きが５度以上１５度以下の場合に、斜め方向の輝度均一性と、正面方向の輝度の均一性をより高めることが可能であり、更に望ましくは、７度以上１２度以下である。

（実施形態３）
実施形態３では、第２の光制御手段が二つの層から形成される１態様を説明する。図４に実施形態３の光制御手段の構成例を示す。
第２の光制御手段２２ｂは、屈折率ｎ_１である層１と、層１に接合された屈折率ｎ_２である層２とからなり、層１と層２とがこの順に正面方向に向かって配置される。また屈折率は、ｎ_１＜ｎ_２の関係を有するように構成される。このとき、第２の光制御手段２２ｂにおいて、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線は、Ｘ軸に対する傾きが１７度以上４５度以下であるプリズムとすることによって、高い輝度の均一性を実現できる。

また、図４では、本実施形態の面光源素子の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における、第２の光制御手段２２ｂに入射した光が分離される様子を示している。光制御部材２ｂに入射する光として、光制御部材２ｂへ垂直に入射した光４１と、光制御部材２ｂへ斜めに入射した光５１と、を示している。光制御部材２ｂへ垂直に入射した光４１は、第２の光制御手段２２ｂの層１に垂直に入射し、第２の光制御手段２２ｂの第２畝状凸部によって分離され、第１の光制御手段２１に入射する光４３となっている。また、光制御部材２ｂに斜めに入射した光５１は、第２の光制御手段２２ｂの層１に斜めに入射し、第２の光制御手段２２ｂの第２畝状凸部によって分離され、第１の光制御手段２１に入射する光５３となっている。

具体的には、第２の光制御手段２２ｂの層１に入射した光は、層１の主に光が入射する面において屈折し、層１と層２の接合面に到達する。層１と層２の接合面において、層１の屈折率ｎ_１よりも層２の屈折率ｎ_２が大きいと、接合面に到達すると再び屈折する。このとき、光がＸ軸に沿ってξ傾いた部分と、−ξ傾いた部分とでは屈折される方向が異なり、光が分離される。

光源像を分離する手段を、層１と層２とからなる第２の光制御手段２２ｂとすることによって、光制御部材２ｂの光源側の主面を平滑にすることが可能となり、傷が付き難く、生産性に優れ、且つ耐久性や品位の良い面光源素子が実現できる。

本実施形態の面光源素子における、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きが１７度以上４５度以下であるときに、斜め方向への光を分離させ、斜め方向の輝度の均一性を高めることができ、且つ第１の光制御手段２１によって正面方向の高い輝度の均一性を得ることが可能である。輪郭線の傾きがこれよりも小さいと、斜め方向への光源像の分離が十分ではない為に、斜め方向の輝度の均一性が低下する。またこれよりも大きいと、第１の光制御手段２１において光を正面方向に向けることができない為に、正面方向の輝度の均一性が低下する。輪郭線の傾きは、２０度以上２７度以下がより好適であり、この場合により正面方向の高い輝度の均一性と、斜め方向の高い輝度の均一性とを実現される。

（実施形態４）
実施形態４では、実施形態３とは異なる屈折率を有する層１と層２とからなる場合を説明する。図５に実施形態４の光制御手段の構成例を示す。
第２の光制御手段２２ｃは、屈折率ｎ_１である層１と、層１に接合された屈折率ｎ_２である層２とからなり、層１と層２とがこの順に正面方向に向かって配置される。また、屈折率は、ｎ_１＞ｎ_２の関係を有するように構成される。このとき、第２の光制御手段２２ｃにおいて、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線は、Ｘ軸に対する傾きが１７度〜３０度であるプリズムとすることによって、高い輝度の均一性を実現できる。

また、図５では、本実施形態の面光源素子の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における、第２の光制御手段２２ｃに入射した光が分離される様子を図５に示している。光制御部材２ｃに入射する光として、光制御部材２ｃへ垂直に入射した光４１と、光制御部材２ｃへ斜めに入射した光５１と、を示している。光制御部材２ｃへ垂直に入射した光４１は、第２の光制御手段２２ｃの層１に垂直に入射し、第２の光制御手段２２ｃの第２畝状凸部によって分離され、第１の光制御手段２１に入射する光４３となっている。また、光制御部材２ｃに斜めに入射した光５１は、第２の光制御手段２２ｃの層１に斜めに入射し、第２の光制御手段２２ｃの第２畝状凸部によって分離され、第１の光制御手段２１に入射する光５３となっている。

第２の光制御手段の層１に入射した光は、層１の主に光が入射する面において屈折し、層１と層２の接合面に到達する。層１と層２の接合面において、層１の屈折率ｎ_１よりも層２の屈折率ｎ_２が小さいと、接合面に到達すると再び屈折する。このとき、光がＸ軸に沿ってξ傾いた部分と、−ξ傾いた部分とでは屈折される方向が異なり、光が分離される。

光源像を分離する手段を、層１と層２とからなる第２の光制御手段２２ｃとすることによって、光制御部材２ｃの光源側の主面を平滑にすることが可能となり、傷が付き難く、生産性に優れ、且つ耐久性や品位の良い面光源素子が実現できる。

層１の屈折率ｎ_１よりも層２の屈折率ｎ_２が小さいと、層１と層２との接合面にて光線はより正面方向に近い方向に屈折される為、第１の光制御手段において光をより正面方向に向けることが容易である為に、輝度と輝度の均一性とが高く、画面品位の良い面光源素子が得られる。

本実施形態の面光源素子における、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きが１７度以上３０度以下であるときに、斜め方向への光を分離させ、斜め方向の輝度の均一性を高めることができ、且つ第１の光制御手段２１によって正面方向の高い輝度の均一性を得ることが可能である。輪郭線の傾きがこれよりも小さいと、斜め方向への光源像の分離が十分ではない為に、斜め方向の輝度の均一性が低下する。またこれよりも大きいと、斜め方向への光を分離することができず、斜め方向への輝度の均一性が低下する。

具体的には図６に示すように、第２の光制御手段２２ｄにおいて、斜め方向に入射した光が層１（符号２４で示す層）と層２（符号２３で示す層）の接合面において全反射する成分（光５４）が生じ、斜め方向への光を分離することができず、斜め方向への輝度の均一性が低下する。従って、輪郭線の傾きは、２０度以上２７度以下がより好適であり、この場合により正面方向の高い輝度の均一性と、斜め方向の高い輝度の均一性とを実現することができる。

（実施形態５）
実施形態５では、第１の光制御手段２１の第１畝状凸部の形状について説明する。ここでは、図１を用いて説明するが、本実施形態を上記各実施形態に適用することは可能である。本実施形態では第１の光制御手段２１における第１畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値を５２度以上８５度以下の範囲とする。これにより、光源からＸ軸方向に沿って離れた位置において、光制御部材２に入射し、第２の光制御手段２２にて分離された光を多く正面方向にむけることが可能であり、光源像を低減し、高い輝度の均一性を実現することが可能である。更に、第１畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値を５２度以上８５度以下の範囲とすることにより、成形性が良好となり、高い生産性が実現できる。

第１の光制御手段２１における第１畝状凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が過度に小さいと、光源から離れた位置から光制御部材２に斜めに入射した光を正面に向けることができず、正面方向に対して小さい角度で入射した光のみを正面方向に出射させることになる為、輝度の均一性の実現が困難になる場合がある。一方で、第１畝状凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きの最大値が過度に大きいと、斜め方向に入射した光も正面方向に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。輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度から８２度である場合に、輝度の均一性が高く、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。この角度は、より好適には６０度以上７９度以下であり、更に望ましくは６２度以上７６度以下である。

（実施形態６）
実施形態６では、第１の光制御手段２１の第１畝状凸部の形状について説明する。ここでは、図３を用いて説明するが、本実施形態を上記各実施形態に適用することは可能である。第１の光制御手段２１における第１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難い等の高い生産性と耐久性が実現される。

また、第１の光制御手段２１における、第１畝状凸部の断面幅ａ_１と、第１畝状凸部の高さｂ_１の比ｂ_１／ａ_１を０．２８以上０．６５以下とすることによって、効果的に光源像を低減し、輝度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。

第１の光制御手段２１における第１畝状凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、断面幅ａ_１と高さｂ_１の比ｂ_１／ａ_１が０．２８より小さい場合には、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、輝度の均一性を得ることが困難である。またｂ_１／ａ_１が０．６５より大きい場合には、第１畝状凸部の成形が困難であり、生産性が低下する。第１畝状凸部の断面幅と高さの比ｂ_１／ａ_１が、０．２８から０．６５である場合に効率的に光源からの光を正面方向に向けることが可能であり、輝度の均一性が高く、且つ生産性の高い面光源素子が得られる。ｂ_１／ａ_１は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。

（その他の実施形態）
光制御部材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との間に空間が設けられている為に、撓みや変形のない強度を有する厚さであることが望ましい。光制御部材の厚さは、面光源素子の大きさによって異なるが、厚さは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が望ましい。これより薄いと光制御部材の撓みや変形を生じ、光源と光制御部材が接触し、外観品位の低下が生じる。またこれよりも厚いと、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以上２．５ｍｍ以下である。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１の光制御手段における第１畝状凸部のＸ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、断面幅ａ_１は１０μｍ以上５００μｍ以下が望ましい。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以上４００μｍ以下であり、更に望ましくは４０μｍ以上３００μｍ以下である。この範囲では、パターンそのものが視認され難く、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は透過型表示装置の画素ピッチの１／１００以上１／１．５以下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２の光制御手段における第２畝状凸部、または層１と層２の接合面のプリズムの幅は、１μｍ以上５００μｍ以下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１０μｍ以上３００μｍ以下であり、更に望ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下である。この範囲ではパターンそのものが視認され難く、作製が容易となり生産性が向上する。

また、第１の光制御手段における第１畝状凸部の幅ａ_１が１００μｍより大きい場合には、第２の光制御手段における第２畝状凸部、または層１と層２の接合面のプリズムの幅は、ａ_１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。ａ_１の１／１．５より大きい、または１．５倍よりも小さいと、第１の光制御手段と、第２の光制御手段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、第２の光制御手段における第２畝状凸部、または層１と層２の接合面のプリズムの幅は、透過型表示装置の画素ピッチの１／１００以上１／１．５以下が望ましい。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。

光制御部材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）成型があげられるが、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。また、第１の光制御手段を押出成型で作製した後、２Ｐ成型にて第２の光制御手段を成型する等、複数の成型方法を組み合わせても良い。

第１の光制御手段における第１畝状凸部、また第２の光制御手段における第２畝状凸部または層１と層２の接合面のプリズムは、通常それぞれ連続して配列するが、第１畝状凸部、及び／または第２畝状凸部またはプリズム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、金型の凹部が変形し難くなり、凸部の成形上有利である。また、光源の直上での光が正面方向に出射される為、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、光制御部材の主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となる。

光制御部材の材料としては、通常の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。

また、より輝度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、光制御手段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較し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、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。当該支持基板を配置することによって、光制御部材例えば、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が容易になる。当該支持基板の厚さに特に制限は無いが、通常１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、軽量化と強度の兼ね合いから通常２ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲であることが更に望ましい。当該支持基板は、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せていても良く、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。

また、本発明の画像表示装置として、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挙げられる。これにより、表示面の輝度が高く、輝度の均一性が高い画面品位のよい画像表示装置を得ることができる。

上記各実施形態で説明した面光源素子は、Ｘ軸に沿って光線方向を制御する第１の光制御手段及び第２の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を使用する。上述した光制御部材を用いることによって、光源から正面方向に出射する光と斜め方向に出射する光の分布を制御し、高い輝度と、正面方向と斜め方向との高い輝度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。

さらに、上記各実施形態で説明した面光源素子は、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を構成することができる。面光源素子は、正面方向と斜め方向との輝度の均一性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、輝度が高いことから明るく、且つ輝度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。

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。
本発明の複数の光源を得る為に、本実施例では線状光源である直径３ｍｍの蛍光管を２５ｍｍの間隔で配置する。蛍光管の背面側の、蛍光管の中心から３ｍｍの位置に反射板、また蛍光管の正面側の、蛍光管の中心から１５ｍｍの位置に光制御部材を配置する。本実施例の面光源素子の構成を図１に示す。

本実施例では、本発明の光制御部材を得る為に、切削加工によって第１畝状凸部を反転させた形の、幅１００μｍの溝状凹部を平行に連続して作製した金型から、紫外線効果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する。また、切削加工によって第２畝状凸部を反転させた形の、幅１７μｍの溝状凹部を平行に連続して作製した金型から、紫外線効果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する。前記スタンパを用いて、ポリスチレン樹脂（屈折率１．６０）を射出成形することによって、第１畝状凸部と第２畝状凸部とを有する厚さ２ｍｍの光制御部材を作製する。第２畝状凸部の、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きは１０度である。

実施した構成について、正面輝度は、輝度計（（株）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、光源の配列しているＸ軸方向に１ｍｍずつ移動しながら光源の１周期分測定する。Ｌ_１ｍａｘは、面光源素子の、正面方向の光源１周期分の輝度の最大値であり、Ｌ_１ｍｉｎは、面光源素子の、正面方向の光源１周期分の輝度の最小値である。
斜め方向の輝度は、輝度計を正面方向から４０度傾けて、正面輝度と同様にＸ軸方向に１ｍｍずつ移動しながら光源の１周期分測定する。Ｌ_２ｍａｘは、面光源素子の、正面方向から４０度傾けた角度における光源１周期分の輝度の最大値であり、Ｌ_２ｍｉｎは、面光源素子の、正面方向から４０度傾けた角度における光源１周期分の輝度の最小値である。

正面方向の輝度の均一性を評価する為、正面方向の１周期分の輝度の最小値であるＬ_１ｍｉｎと最大値であるＬ_１ｍａｘの比Ｒ_１＝Ｌ_１ｍｉｎ／Ｌ_１ｍａｘを算出する。
また同様に、斜め方向の輝度の均一性を評価する為、斜め方向の１周期分の輝度の最小値であるＬ_２ｍｉｎと最大値であるＬ_２ｍａｘの比Ｒ_２＝Ｌ_２ｍｉｎ／Ｌ_２ｍａｘ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。

表１に実施例と比較例の評価結果とを示す。
［表１ 実施例と各比較例の構成と評価結果］

本実施例において、第２の光制御手段によって光源像を消去して第１の光制御手段によって正面方向の輝度の均一化するように光線方向を制御することによって、正面方向、斜め方向共に高い輝度の均一性が実現される。

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設置して観察すると、輝度が均一で、且つ輝度が高い為に画面品位の良い画像が得られる。

比較例として、線状光源を実施例１と同様に配置し、第１畝状凸部をＸ軸方向に配列した光制御部を有する光制御部材を用いた場合の評価を実施した。この場合、斜め方向に輝度均一性が得られず、斜め方向からみると、光源像による明暗差が観察される。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、斜め方向から観察すると輝度の均一性が低い、画面品位の悪い画像となる。

なお、本発明は上記各実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、上記各実施形態はそれぞれ組み合わせることが可能である。

１ 線状光源
２ 光制御部材
１１ 点状光源
２１ 第１の光制御手段
２２ 第２の光制御手段
２３ 第２の光制御手段のうち、層１
２４ 第２の光制御手段のうち、層２
３：反射シート
４１ 光制御部材に垂直に入射した光
４２ 第２の光制御手段の層１に垂直に入射した光
４３ 第２の光制御手段に垂直に入射した光で、分離され、第１の光制御手段に入射する光
５１ 光制御部材に斜めに入射した光
５２ 第２の光制御手段の層１に斜めに入射した光
５３ 第２の光制御手段に斜めに入射した光で、分離され、第１の光制御手段に入射する光
α_１ 第２の光制御手段に垂直に入射した光で、分離される１方向のＸ軸方向に沿った角度
α_２ 第２の光制御手段に垂直に入射した光で、分離されるα_１と異なる１方向のＸ軸方向に沿った角度
Δα α_１とα_２の差の絶対値
ａ_１ Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、第１畝状凸部の断面幅
ｂ_１ 前記第１畝状凸部の高さ
ξ 第２畝状凸部の斜面の傾き

Claims (9)

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、複数の光源と、前記複数の光源からの光を反射する反射板と、少なくとも１枚の、シート状とフィルム状とのいずれかで形成される光制御部材とを備え、前記反射板と、前記光制御部材とは、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置され、前記複数の光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想平面内に離散的に配置され、前記反射板と、前記複数の光源と、前記光制御部材とがこの順に前記正面方向に向かって配置されている面光源素子であって、
   前記光制御部材は、
   光が出射する側に、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第１畝状凸部からなる第１の光制御手段と、
   前記第１の光制御手段の光源側に配置された第２の光制御手段と、を備え、
   前記光制御部材の光源側から垂直に入射した光が、前記第２の光制御手段を通過することによって、前記正面方向からＸ軸方向に沿った角度α_１、α_２の光線方向に分離され、
   Δα＝｜α_１−α_２｜
   としたとき、Δαが２度から２０度であることを特徴とする面光源素子。
2. 前記第２の光制御手段は、前記光制御部材の光が入射する面に設けられ、Ｘ軸に直交し且つＹ軸に平行な複数の第２畝状凸部からなり、
   前記第２畝状凸部は、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線の、Ｘ軸に対する傾きが３度以上２０度以下であるプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の面光源素子。
3. 前記第２の光制御手段は、屈折率ｎ_１である層１と、層１に接合された屈折率ｎ_２である層２とからなり、前記層１、前記層２の順に前記正面方向に向かって配置され、
   屈折率は、ｎ_１＜ｎ_２であり、
   Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における前記層１と前記層２の接合面の輪郭線は、Ｘ軸に対する傾きが１７度以上４５度以下であるプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の面光源素子。
4. 前記第２の光制御手段は、屈折率ｎ_１である層１と、層１に接合された屈折率ｎ_２である層２とからなり、前記層１、前記層２の順に前記正面方向に向かって配置され、
   前記屈折率は、
   ｎ_１＞ｎ_２
   であり、
   Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面における層１と層２の接合面の輪郭線は、Ｘ軸に対する傾きが１７度以上３０度以下であるプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の面光源素子。
5. 前記第一畝状凸部では、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線のＸ軸に対する傾きの最大値が５２度以上８０度以下の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の面光源素子。
6. 前記第１畝状凸部では、Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する断面の輪郭線が、楕円、放物線、及び、多項式の一部のうちの一つの曲線からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の面光源素子。
7. Ｘ軸に平行且つＹ軸に直交する平面における、前記第１畝状凸部の断面幅ａ_１と、前記第１畝状凸部の高さｂ_１の比ｂ_１／ａ_１が、０．２８以上０．６５以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の面光源素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の面光源素子が備える光制御部材。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の面光源素子と、
   前記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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