JP4140016B2 - 面発光装置、光学素子及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は面発光装置、光学素子及び液晶表示装置についての技術分野に関する。詳しくは、光源の分割像を光源間において重ねて輝度ムラを抑制する技術分野に関する。

従来より、ワードプロセッサーやラップトップ型のパーソナルコンピューター等の表示装置として、バックライト（面発光装置）を備えた液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示装置用の面発光装置としては、軽量化及び薄型化の要請から、透明板体（導光板）の側方に蛍光管のような線状光源を配置し、導光板上に液晶表示パネルを配置したエッジライト型のバックライトが主流となっていた。

しかしながら、テレビジョン用途などの近時の液晶表示装置の大型化に伴い、エッジライト型のバックライトでは輝度が不十分となることが多く、液晶表示パネルの直下に線状光源を配置した直下型のバックライトが多用されるようになってきた。

図３２は、従来の直下型のバックライト装置１の概略構成を示す斜視図である。バックライト装置１は、蛍光管等の光源（線状光源）２、２、・・・と反射板３と拡散板４を有している。

光源（線状光源）２、２、・・・としては、例えば、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）等が用いられ、所定の方向へ延びる円柱状に形成されている。

反射板３は、拡散板４等で反射された光や光源２、２、・・・から拡散板４に達しなかった光を再利用するために配置される。

拡散板４は、透明基材中に該透明基材とは屈折率の異なる樹脂体をランダムに含有させることにより、拡散性及び散乱性を高めた少なくとも１ｍｍ以上の厚みを有する光学素子であり、正面輝度分布のばらつきを抑制する光学素子として用いられる。

バックライト装置１にあっては、光源２、２、・・・を挟んでそれぞれ反対側に反射板３と拡散板４がそれぞれ配置されている。

このようなバックライト装置１においては、光源２、２、・・・から出射された光が拡散板４から出光されるが、光源２、２、・・・と拡散板４の距離が短くなったり、光源２、２、・・・間の距離が長くなったりすると、バックライト装置１の照射光束の輝度が、図３３に示すように光源２、２、・・・の直上位置で高く、光源２、２、・・・間の位置では低くなり正面輝度分布の均一性が低下して輝度のばらつきが生じてしまう。

このような輝度のばらつきを抑制するために、図３４に示すように、光源２、２、・・・と拡散板４との間にプリズムシートやレンチキュラーレンズシート等の光学シート（光学素子）５を配置したり、拡散板４に代えてプリズムシートやレンチキュラーレンズシート等の光学シート５を配置することが知られている（例えば、特許文献１乃至特許文献４参照）。尚、図３４には、図３３の拡散板４に代えて光学素子（プリズムシート）５を配置した例を示している。

光学素子（プリズムシート）５は、表面又は裏面に等ピッチで連続的に設けられた、例えば、三角形状の複数の線状突起（プリズム）を有し、輝度向上シートとして一般的に用いられている光学素子である。これらの線状突起は、光源２、２、・・・から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層５ａとして機能する。

光学素子５は輝度分布形成層５ａとして機能する線状突起の稜線方向が光源２、２、・・・の長手方向と一致するように配置される。光学素子５を用いることにより、図３４に示すように、出光される照射光束が光源の分割像２Ａ、２Ａ、・・・として複数個に分割され、正面輝度分布のばらつきが抑制される。尚、図３４には、光学素子５によって光源の分割像２Ａ、２Ａ、・・・を光源２、２、・・・の２倍に増やした例を示している。

特開平５−３３３３３３号公報 特開平６−２５０１７８号公報 特開平１０−２８３８１８号公報 特開２００４−６２５６号公報

ところが、上記した従来の面発光装置１にあっては、光源２、２、・・・と光学素子５との距離が変化すると、大きな輝度ムラが発生し易いという問題がある。距離の変化は、例えば、各部の加工精度や組付精度によって生じたり、温度変化等の環境変化によって光学素子が変形することにより生じ得る。

例えば、図３５に示すように、光源２、２、・・・の中心と光学素子５の距離がＨのときに、各光源２、２、・・・の分割像２Ａ、２Ａ、・・・についてそれぞれ均一な正面輝度分布が得られる面発光装置において、光学素子５の設計距離ＨがΔＨ変化した場合には、図３６に示すような輝度ムラが発生し易い状態となってしまう。

面発光装置１にあっては、設計上の距離Ｈが保持されている状態においては、光源２の分割像２Ａが隣り合う光源２の分割像２Ａとは重ならないようにされており、この輝度ムラは、距離Ｈが変化したときに正面輝度分布が急激に変化することに起因して生じる。即ち、距離ＨがΔＨ変化すると、各光源２、２、・・・の分割像２Ａ、２Ａ、・・・が重なってしまい、正面輝度分布に急激な変化が生じて輝度ムラが発生し易い状態となる。

従って、図３５に示したような均一な正面輝度分布が得られるように光源２、２、・・・と光学素子５の距離が設計されるが、その設計自由度は狭いものである。

また、近年における液晶表示装置の大画面化に伴い、面発光装置（バックライト装置）も大型化されている。従って、正面輝度分布の均一化を目的として配置されるプリズムシートやレンチキュラーレンズシート等の光学素子も大型化されることになる。

ところが、これらの光学素子が大型化されると、自重による撓みや反り等が生じ易くなり、光学素子の全面において光学素子と光源との距離を安定かつ一定に保持することが困難になる。従って、光学素子と光源との距離にばらつきが生じ、図３６に示すように、正面輝度分布の均一化が阻害され、輝度ムラが発生し易くなってしまう。

そこで、本発明面発光装置、光学素子及び液晶表示装置は、上記した問題点を克服し、正面輝度分布の均一化を確保して光源と光学素子の距離が変化しても輝度ムラの発生を抑制することを課題とする。

面発光装置、光学素子及び液晶表示装置は、上記した課題を解決するために、隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、光学素子の屈折率をｎとし、光学素子の厚みをｄとし、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離をＷとし、空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、光源から出射され光学素子に入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、光学素子に入射された光の光学素子における屈折角をθ_２とし、光源の直径をＤとし、輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、（１）ｎ_０ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ_２）、（２）ｎ_０ｓｉｎθ_１＝ｎｓｉｎθ_２、（３）ｘ＝Ｗｔａｎθ_１＋ｄｔａｎθ_２ により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含む光学素子を有するものである。

従って、面発光装置、光学素子及び液晶表示装置にあっては、隣り合って位置された各光源の少なくとも一部の分割像が重ねられる。

本発明面発光装置は、所定の方向へ延びる円柱状に形成され同一平面上に同一方向へ延びる状態で配置された複数の光源と、透光性を有すると共に複数の光源から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層が形成された光学素子と、複数の光源を挟んで光学素子の反対側に該光学素子との間に空気層を介して位置されると共に光源から出射された光を反射する反射面とを備え、光学素子の輝度分布形成層が光源の長手方向へ延び上記光軸方向へ突出する複数の構造部によって構成された面発光装置であって、隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、光学素子の屈折率をｎとし、光学素子の厚みをｄとし、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離をＷとし、空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、光源から出射され光学素子に入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、光学素子に入射された光の光学素子における屈折角をθ_２とし、光源の直径をＤとし、輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、（１）ｎ _０ ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ _２ ）、（２）ｎ _０ ｓｉｎθ _１ ＝ｎｓｉｎθ _２ 、（３）ｘ＝Ｗｔａｎθ _１ ＋ｄｔａｎθ _２ により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含む光学素子を有することを特徴とする。

本発明光学素子は、所定の方向へ延びる円柱状に形成され同一平面上に同一方向へ延びる状態で配置された複数の光源から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層が形成され、該輝度分布形成層が光源の長手方向へ延び上記光軸方向へ突出する複数の構造部によって構成された光学素子であって、隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、屈折率をｎとし、厚みをｄとし、光源の中心からの光軸方向における距離をＷとし、空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、光源から出射されて入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、入射された光の屈折角をθ_２とし、光源の直径をＤとし、輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、（１）ｎ _０ ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ _２ ）、（２）ｎ _０ ｓｉｎθ _１ ＝ｎｓｉｎθ _２ 、（３）ｘ＝Ｗｔａｎθ _１ ＋ｄｔａｎθ _２ により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含むようにしたことを特徴とする。

本発明液晶表示装置は、所定の方向へ延びる円柱状に形成され同一平面上に同一方向へ延びる状態で配置された複数の光源と、透光性を有すると共に複数の光源から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層が形成され該輝度分布形成層が光源の長手方向へ延び上記光軸方向へ突出する複数の構造部によって構成された光学素子と、複数の光源を挟んで光学素子の反対側に該光学素子との間に空気層を介して位置されると共に光源から出射された光を反射する反射面と、画像を表示すると共に複数の光源から出射された光が照射される液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、光学素子の屈折率をｎとし、光学素子の厚みをｄとし、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離をＷとし、空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、光源から出射され光学素子に入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、光学素子に入射された光の光学素子における屈折角をθ_２とし、光源の直径をＤとし、輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、（１）ｎ _０ ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ _２ ）、（２）ｎ _０ ｓｉｎθ _１ ＝ｎｓｉｎθ _２ 、（３）ｘ＝Ｗｔａｎθ _１ ＋ｄｔａｎθ _２ により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含む光学素子を有することを特徴とする。

従って、本発明面発光装置、光学素子及び液晶表示装置にあっては、隣り合って位置された各光源の少なくとも一部の分割像が重ねられるため、正面輝度分布の均一性が確保され、輝度ムラを抑制することができる。

以下に、本発明面発光装置、光学素子及び液晶表示装置を実施するための最良の形態を添付図面に従って説明する。

面発光装置１０は、液晶表示装置５０用の直下型のバックライト装置として用いられている（図１参照）。

面発光装置１０は、筐体１１に所要の各部が配置されて成り、複数の光源（線状光源）１２、１２、・・・と反射板１３と拡散板１４と光学素子（光学プレート）１５と光学素子体１６とを有している。

光源１２、１２、・・・としては、例えば、冷陰極蛍光管や熱陰極蛍光管等の蛍光管が用いられている。光源１２、１２、・・・は円柱状に形成され、図１に示すＹ方向へ延びる状態で反射板１３上に配置されている。光源１２、１２、・・・は反射板１３と光学素子１５との間に平行な状態で図１に示すＸ方向に離隔して等間隔に配置されている。

このように面光源装置１０にあっては、複数の光源１２、１２、・・・が反射面１３ａ上に等間隔に配置され配置状態に均一性が確保されているため、光源１２、１２、・・・から出射された光が後述する液晶表示パネルに達したときに、光源１２、１２、・・・の配置状態に依存する部分的な輝度ムラを生じ難い。

反射板１３の光源１２、１２、・・・に対向する側の面は反射面１３ａとして形成されている。光源１２、１２、・・・から出射された光の一部は反射面１３ａで光学素子１５へ向けて反射される。反射板１３としては、光を反射する性質を有するものであればよく、例えば、アルミニウム製、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製、ポリカーボネート製等の各種のものを用いることができる。

拡散板１４は、光学素子１５を挟んで光源１２、１２、・・・の反対側に配置されている。拡散板１４は光学素子１５を透過されて入射された光を拡散して正面方向に出射される照射光束の輝度分布、即ち、正面輝度分布を均一化する機能を有する。尚、面発光装置１０にあっては、拡散板１４に代えて厚みの薄い拡散シートを用いることも可能である。

拡散板１４としては、例えば、ポリスチレン、シクロオレフィンポリマー、アクリル、ポリカーボネート製のものが用いられ、拡散シートとしては、光の拡散を補助するもの、例えば、ＰＥＴ基材上にフィラー粒子が塗布されたものが用いられる。尚、拡散板１４及び拡散シートは、少なくとも一方だけあればよいが、これらを積層して用いることも可能である。

拡散板１４の出光面側には図示しない液晶表示パネルが配置されている。

光学素子１５は、光源１２、１２、・・・と拡散板１４との間に配置されている。光学素子１５は、例えば、透光性を有するプリズムシートやレンチキュラーレンズシート等であり、基材１７の光出射面側に輝度分布形成層１８が、例えば、一体に形成されて成る。

基材１７は、アクリル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重合体樹脂等の透明な合成樹脂製の板材によって形成されている。尚、基材１７をシート状又はフィルム状に構成することも可能であるが、剛性が高い板材によって形成した方が、筐体１１内に配置されたときの撓み、反り、熱変形等が発生し難く、光源１２との間のＺ方向における距離が変化し難い点で好適である。また、基材１７の厚みは特に制限されず、シートあるいはフィルム程度の厚みであっても所定の剛性を確保することができればよい。

輝度分布形成層１８は、光源１２から出射された光の正面方向（Ｚ方向）における輝度のばらつきを抑制する機能を有している。輝度分布形成層１８は、図１に示すＹ方向が稜線方向とされた複数の構造部１８ａ、１８ａ、・・・によって構成され、該構造部１８ａ、１８ａ、・・・はＸ方向に所定のピッチで連続して配列されている。構造部１８ａは、図１に示すＺ方向、即ち、光源１２から出射される光の光軸方向へ突出され、外面が、例えば、曲面形状又は多角形形状に形成されている。構造部１８ａが曲面形状に形成されている場合には、例えば、非球面形状とされている。

構造部１８ａ、１８ａ、・・・の配列ピッチは光源１２、１２、・・・の配列ピッチとは無関係であり、構造部１８ａ、１８ａ、・・・は微少なピッチで配列されている。

尚、輝度分布形成層１８は、基材１７に一体成形により形成することも可能であるが、基材１７に紫外線硬化樹脂で形成した輝度分布形成層１８を転写して形成したり、基材１７にプレス成形により輝度分布形成層１８を接合することによっても構成することが可能である。

光学素子体１６は、例えば、拡散シート、プリズムシート、反射偏光子等の各種の光学素子の一つ又は複数のものによって構成されている。複数の光学素子によって光学素子体１６が構成されている場合には、これらの複数の光学素子が積層状に配置されている。光学素子体１６は拡散板１４を挟んで光学素子１５の反対側に配置されている。

以上のように構成された面発光装置１０において、反射板１３と光学素子１５の間の空間は空気層１９として形成される。

面発光装置１０において、光源１２、１２、・・・から光が出射されると、出射された光は順に光学素子１５、拡散板１４及び光学素子体１６を透過されて液晶表示パネルに照射される。このとき出射された光の一部は反射板１３の反射面１３ａで反射されて光学素子１５へ向かう。

光学素子１５に入射された光は該光学素子１５の入射面で屈折され、さらに光学素子１５から出射されるときにおいても屈折されて拡散板１４へ向かう。拡散板１４に入射された光は拡散されて出光され、光学素子体１６を介して液晶表示パネルに達する。

図２に、光源１２、１２、・・・から出射された光の経路と各部の位置関係等を示す。

図２には、隣り合って位置する光源１２、１２の各中心間の距離をＬ、光学素子１５の屈折率をｎ、光学素子１５の厚みをｄ、光源１２の中心から光学素子１５までの光軸Ｐ方向における距離をＷ、空気層１９の空気の屈折率をｎ_０、光源１２から出射され光学素子１５に入射される光の光軸Ｐ方向に対する入射角をθ_１、光学素子１５に入射された光の光学素子１５における屈折角をθ_２、光源１２の直径をＤとして示している。

尚、図２には、光学素子１５の基材１７に対する輝度分布形成層１８の構造部１８ａ、１８ａ、・・・の大きさを誇張して示しているが、実際には、構造部１８ａ、１８ａ、・・・は基材１７に対して極めて小さいものである。

また、図３に示すように、輝度分布形成層１８の構造部１８ａ、１８ａ、・・・の長手方向に直交する断面形状において、構造部１８ａの外面に接する接線Ｓと光軸Ｐに直交する面Ｑとが為す角度を接線角度ψとする。このとき、図２に示すように、接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、光源１２の分割像１２Ａの光源１２からの光軸Ｐに直交する方向における移動距離をｘとする。移動距離ｘは光源１２の端面からの距離である。

以上の各要素（パラメーター）を用いると、面発光装置１０において、以下の数式（１）乃至数式（３）が成立する。

ｎ_０ｓｉｎ（ψ）＝ ｎｓｉｎ（ψ−θ_２） ……（１）
ｎ_０ｓｉｎθ_１＝ｎｓｉｎθ_２ ……（２）
ｘ＝Ｗｔａｎθ_１＋ｄｔａｎθ_２ ……（３）。

数式（１）乃至数式（３）を用いることにより、数式（１）に任意の接線角度ψを代入することにより屈折角θ_２が算出され、算出したθ_２を数式（２）に代入することにより入射角θ_１が算出され、算出したθ_１とθ_２を数式（３）に代入することにより移動距離ｘが算出される。従って、接線角度ψに対応する移動距離ｘが一義的に定まり、接線角度ψを有する輝度分布形成層１８の接点に到達した光の分割像１２Ａが隣り合う光源１２へ向けてｘ移動される。

このように分割像１２Ａの移動距離ｘは接線角度ψによって定まり、接線角度ψのうち、光源１２の分割像１２ＡがＬ／２に達する接線角度をｂ、接線角度ψのうち、光源１２の分割像１２ＡがＬ、即ち、隣り合う光源１２の中心に達する接線角度をｃとすると、
ｘ＝Ｌ／２−Ｄ／２……（４）
を満足する接線角度ψ＝接線角度ｂとなる。（Ｌ／２−Ｄ／２）は隣り合う光源１２、１２の各中心間の中央の位置である。従って、以下の数式（５）を満足する接線角度ψが存在すれば、隣り合う光源１２、１２の各分割像１２Ａ、１２Ａが重なり合うことになる。

ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２……（５）。

このように数式（５）を満足する接線角度ψが存在することにより、隣り合う光源１２、１２の各分割像１２Ａ、１２Ａが重なり合うことになり、このことは数式（５）が成立するような最大接線角度ａが輝度分布形成層１８に存在すれば、隣り合う光源１２、１２の各分割像１２Ａ、１２Ａが重なり合うことを意味する。

面発光装置１０にあっては、数式（５）が成立するような最大接線角度ａが輝度分布形成層１８に存在するように光学素子１５が形成されており、隣り合う光源１２、１２の各分割像１２Ａ、１２Ａが重なり合うようにされている。

図４は、単一の光源１２から出射された光が光学素子１５を透過したときに、拡散板１４を透過する前の状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。

図４に示すように、正面輝度分布は光源１２の直上位置で最大であり、隣り合う光源１２の直上位置に向かって輝度レベルが低下する略三角形状の山型の形状を有する。尚、図４に示した正面輝度分布は、三角形状の正面輝度分布に対して稍形状が崩れているが、この形状の崩れは反射板１３で反射された光の作用によるものである。

尚、光源１２から出射されたときの正面輝度分布は、三角形状に限られることはなく、例えば、頂点が丸みを帯びた概略三角形状（図５参照）、傾斜する部分に段部を有する形状（図６参照）、傾斜する部分の傾きが段階的に変化する形状（図７参照）等であってもよい。

図８は、複数の光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が重なる場合において、距離Ｗが変化したときの拡散板１４を光が透過する前の正面輝度分布の状態を示すグラフ図であり、設計上の距離Ｗのときの正面輝度分布と、これに対して±８％距離Ｗが変化したときの正面輝度分布を示している。

図８に示す正面輝度分布は、光源１２、１２、・・・から出射された光が反射板１３、光学素子１５によって光学特性に従った確率で反射、屈折、散乱をしたときの状態をモンテカルロ法によってシミュレーションして得た結果である。

図８においては１つの光源１２について、該光源１２の直上位置で輝度レベルが最大であり、隣り合う他の光源１２の直上位置に向かって輝度レベルが低下する正面輝度分布を有し、隣り合う二つの光源１２、１２間の位置では、該二つの光源１２、１２の分割像１２Ａ、１２Ａが重なり、各々の正面輝度分布の一部が重なり合う。

分割像１２Ａ、１２Ａが重ならない場合には、光源１２と光学素子１５の距離Ｗが変化したときに、各光源１２、１２、・・・の正面輝度分布の裾野幅（光源１２、１２、・・・の配列方向における幅）が変動するため、正面輝度分布が大きく変化してしまう。例えば、距離Ｗが設計上の距離Ｗに対して大きくなると、各光源１２、１２、・・・の正面輝度分布の裾野幅が重なり合い、逆に、距離Ｗが設計上の距離Ｗに対して小さくなると、隣り合う光源１２、１２、・・・間の位置（中間位置）での輝度レベルが減少し、正面輝度分布の大きな変化が生じてしまう。

しかしながら、面発光装置１０においては、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が設計上の距離Ｗのときに予め重なり、各々の正面輝度分布の一部が相互に重なり合うため、光源１２、１２、・・・と光学素子１５の距離Ｗの変化に対する輝度レベルの変動が抑制され、図８に示すように、距離Ｗが変化しても正面輝度分布の変化が小さく、輝度ムラの発生を抑制することができる。

また、光源１２、１２、・・・と光学素子１５の距離Ｗの変化による輝度ムラの発生を抑制することができるため、筐体１１に対する光学素子１５の配置の自由度が向上し、各部の組付時における作業性の向上を図ることができる。

さらに、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が重なることは正面輝度分布の裾野幅が広がることと同義であり、距離Ｗが変化しても正面輝度分布自体が変化し難いと言う特性も有する。

図９は、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が光源１２、１２の中央部で僅かに重なる場合において、距離Ｗが変化したときの拡散板１４を光が透過する前の正面輝度分布の状態を示すグラフ図であり、設計上の距離Ｗのときの正面輝度分布と、これに対して±８％距離Ｗが変化したときの正面輝度分布を示している。

図９に示す正面輝度分布は、図８と同様に光学特性に従った確率で反射、屈折、散乱をしたときの状態をモンテカルロ法によってシミュレーションして得た結果である。

図９に示すように、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が僅かに重なる場合においても、光源１２、１２、・・・と光学素子１５の距離Ｗの変化に対する輝度レベルの変動が抑制され、距離Ｗが変化しても正面輝度分布の変化が小さく、輝度ムラの発生を抑制することができることが確認された。従って、上記したように、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・の重なり及び分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・の広がりに伴う正面輝度分布の裾野幅の広がりにより、距離Ｗの設計自由度の向上を図ることができる。

以下に、面発光装置１０において、輝度ムラを抑制するための構成の具体例について示す（図１０乃至図２１参照）。

一般に、薄型の液晶表示装置においては、光源（冷陰極蛍光管）の半径Ｄ＝３．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、隣り合って位置する光源の各中心間の距離Ｌ＝２０ｍｍ〜４０ｍｍ、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離Ｗ＝６．０ｍｍ〜１６．０ｍｍである。光学素子としては安価で大量生産可能なエンジニアリングプラスチックが使用され、光学素子の厚みｄ＝０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５０〜１．６３である。空気の屈折率ｎ_０は約１．０であるとする。

例えば、Ｌ＝２３．７ｍｍとしたときに、Ｗ＝１１．７ｍｍ、Ｄ＝３．０ｍｍであるとすると、図１０に示すように、光源の分割像の光源からの光軸に直交する方向における移動距離ｘ＝Ｌ／２−Ｄ／２＝１０．３５ｍｍより大きければ光源の分割像が重なることになる。

このとき、ｄ＝０．４ｍｍ、ｎ＝１．５８５とすると、光学素子の接線角度ψと移動距離ｘは数式（１）乃至数式（３）より図１１に示す関係となる。図１１より、ｘ＝１０．３５ｍｍとなる接線角度ｂ≒５６°となる。従って、一般的な薄型の液晶表示装置に用いられるパラメーターとして、Ｌ＝２３．７ｍｍ、Ｗ＝１１．７ｍｍ、Ｄ＝３．０ｍｍ、ｄ＝０．４ｍｍ、ｎ＝１．５８５、ｎ_０＝１．０の場合には、光学素子の輝度分布形成層が接線角度ψ＝５６°以上の最大接線角度ａを有する形状であることが必要である。

上記したように、全てのパラメーター、即ち、隣り合って位置する光源の各中心間の距離Ｌ、光学素子の屈折率ｎ、光学素子の厚みｄ、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離Ｗ、空気層の空気の屈折率ｎ_０、光源の直径Ｄが決定されることにより、光学素子の輝度分布形成層に必要とされる形状が数式（１）乃至数式（３）によって算出される接線角度に基づいて定められる。

液晶表示装置において一般に用いられるパラメーターであるＬ＝２０ｍｍ〜４０ｍｍ、Ｗ＝６．０ｍｍ〜１６．０ｍｍ、Ｄ＝３．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、ｄ＝０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、ｎ＝１．５０〜１．６３の範囲において算出した接線角度ｂの最大値（ｂ_ｍａｘ）と最小値（ｂ_ｍｉｎ）を表１に示す。

例えば、Ｌ／Ｗ＝３．０の場合には、Ｌ＝４０ｍｍ、Ｗ＝１３．３ｍｍ、Ｄ＝３．０ｍｍのときに（Ｌ／２−Ｄ／２）が最大値を示し、かつ、ｎ＝１．５０、ｄ＝０．３ｍｍのときに最大値（ｂ_ｍａｘ）を示す。

表１に示す接線角度ｂより大きな最大接線角度ａが輝度分布形成層１８に存在すれば、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が重なることになり、面発光装置１０においては、このような表１に示す接線角度ｂより大きな最大接線角度ａが輝度分布形成層１８に存在するように光学素子１５が形成されている。

従って、面発光装置１０にあっては、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が重なるため、光源１２の中心から光学素子１５までの光軸Ｐ方向における距離Ｗに変化が生じても正面輝度分布の変化が小さく、輝度ムラの発生を抑制することができる。

さらに好ましい正面輝度分布として、図１２に示すように、光源１２の分割像１２Ａが両隣りの光源１２、１２の直上位置に達する例がある。このような正面輝度分布を得るためには、ｘ＝Ｌ−Ｄ／２を満足する接線角度ψが最大接線角度ａであればよく、従って、光源１２の分割像１２Ａが隣り合う光源１２の中心に達する接線角度ｃが最大接線角度ａと同じであればよい。尚、図１２に示す直線Ｔは、各光源１２、１２、・・・の正面輝度分布を足し合わせた正面輝度分布を示している。

表２は表１の数値を算出したときと同じパラメーターＬ＝２０ｍｍ〜４０ｍｍ、Ｗ＝６．０ｍｍ〜１６．０ｍｍ、Ｄ＝３．０ｍｍ〜４．０ｍｍ、ｄ＝０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ、ｎ＝１．５０〜１．６３を用いて接線角度ｃの最大値（ｃ_ｍａｘ）と最小値（ｃ_ｍｉｎ）を示したものである。

従って、表２に示す接線角度ｃと同じ最大接線角度ａが輝度分布形成層１８に存在すれば、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が各光源１２、１２、・・・間の全領域において重なることになる。

また、図１２に示す正面輝度分布を得るためには、光源１２の直上位置における輝度レベルを１としたときに、その光源１２の分割像１２Ａの隣り合う光源１２との間の中央における輝度レベルが略半分の０．４〜０．６程度になり、かつ、隣り合う光源１２の直上位置における輝度レベルが略０になることが必要とされる。従って、光学素子１５の最大接線角度ａが表２に示す接線角度ｃと略同じであり、かつ、輝度分布形成層１８に接線角度がｂ以上ｃ未満の部分を４０％〜６０％含む必要がある。接線角度ｂは、上記したように、光源１２の分割像１２ＡがＬ／２に達する角度であり、接線角度ｃは光源１２の分割像１２ＡがＬに達する角度である。

面発光装置１０においては、このような表２に示す接線角度ｃと略同じ最大接線角度ａが輝度分布形成層１８に存在し、輝度分布形成層１８に接線角度がｂ以上ｃ未満の部分を４０％〜６０％含むように光学素子１５が形成されている。

従って、面発光装置１０にあっては、光源１２、１２、・・・の分割像１２Ａ、１２Ａ、・・・が各光源１２、１２、・・・間の全領域において重なるため、光源１２の中心から光学素子１５までの光軸Ｐ方向における距離Ｗに変化が生じても正面輝度分布の変化が小さく、輝度ムラの発生を抑制することができる。

図１３は、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離Ｗ＝１に対して光源の直径Ｄ＝０．２５としてＷ／Ｄ＝４とし光学素子の屈折率ｎ＝１．５８５、光学素子の厚みｄ＝０．４ｍｍとしたときに、最大接線角度ａと分割像の移動距離ｘとの関係を示したグラフ図である。

図１３に示すように、移動距離ｘが大きくなると最大接線角度ａの変化率が大きくなる。光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離Ｗに対する隣り合って位置する光源の各中心間の距離Ｌの比であるＬ／Ｗが大きくなると移動距離ｘも大きくなるため、Ｌ／Ｗが大きくなると最大接線角度ａの変化に対する移動距離ｘの変化量が大きくなる。

このように最大接線角度ａの変化率が大きくなると、輝度分布形成層の形成が困難となる。従って、Ｌ／Ｗが大きくなると輝度分布形成層の形成が困難となり、最大接線角度ａの制御が困難となる。

最大接線角度ａの制御が可能な範囲は、Ｌ／Ｗが２．５以下の範囲であり、表２におけるＬ／Ｗが２．５以下の範囲において適正に輝度ムラの発生を抑制することが可能である。

図１４及び図１５は、光源１２から出射された光が光学素子１５と拡散板１４を透過した状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。図１４は、図８における設計上の距離Ｗのときの正面輝度分布に対応するグラフ図であり、図１５は、図９における設計上の距離Ｗのときの正面輝度分布に対応するグラフ図である。

図１４及び図１５に示すように、拡散板１４の拡散作用により拡散板１４を透過した状態において正面輝度分布が略均一とされている。

このように拡散板１４を用いることにより、正面輝度分布の均一化が図られ、輝度ムラの発生を防止することができる。

上記したように、拡散板１４を用いることにより正面輝度分布の均一化が図られるため、光源１２、１２、・・・から出射された光が拡散板１４を透過される前の状態においては、正面輝度分布の輝度レベルの最大値と最小値に大きな差が生じなければ正面輝度分布の均一化を図ることが可能である。

拡散板１４の作用により正面輝度分布の均一化を図ることが可能である輝度レベルの最大値と最小値の比は、拡散板１４の作用を考慮すると、例えば、０．７以上が許容範囲とされる。

図１６及び図１７は、合計２３個のサンプルについて輝度ムラの発生状態を検討し、横軸に接線角度ψを示し、縦軸にその接線角度ψの輝度分布形成層に含まれる比率を示したグラフ図である。

図１６及び図１７は、図１３のデーターと同様に、光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離Ｗ＝１に対して光源の直径Ｄ＝０．２５としてＷ／Ｄ＝４とし、光学素子の屈折率ｎ＝１．５８５、光学素子の厚みｄ＝０．４ｍｍとしたときに、接線角度ψとその接線角度ψの比率との関係を示したグラフ図である。尚、距離Ｗに対する光源の各中心間の距離Ｌの比Ｌ／Ｗ＝２．０であり、拡散板の光の透過率は６０％である。

図１６は、光が拡散板を透過される前の正面輝度分布における輝度レベルの最大値と最小値の比が０．７以上であり、輝度ムラの発生率が小さく正面輝度分布の均一性が確保された１１のサンプル（Ａ〜Ｋ）に関するデーターである。

一方、図１７は、光が拡散板を透過される前の輝度レベルの最大値と最小値の比が０．７未満であり、輝度ムラの発生率が高く正面輝度分布の均一性が確保されなかった１２のサンプル（Ｌ〜Ｗ）に関するデーターである。

図１６に示すように、輝度ムラの発生率が低いデーターは、全てのサンプルの輝度分布形成層に接線角度ｂ＝５６°以上の接線角度ψを有する部分が含まれており、接線角度ψのうち接線角度ｂ（＝５６°）以上の部分が約１０％〜３０％（図１６に示すＲ）含まれている。

一方、図１７に示す輝度ムラの発生率が高いデーターにおいては、二つのサンプルを除き、最大接線角度ａが接線角度ｂ（＝５６°）より小さいサンプル（Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ）、接線角度ｂ以上の部分が３０％を越えているサンプル（Ｔ、Ｖ、Ｗ）、又は、接線角度ｂ以上の部分が１０％未満のサンプル（Ｒ）によって構成されている。

図１６及び図１７に示すように、接線角度ψのうち接線角度ｂ（＝５６°）以上の部分が１０％〜３０％含まれる場合には、光が拡散板を透過される前の正面輝度分布における輝度レベルの最大値と最小値の比が０．７以上となり、輝度ムラを抑制することが確認された。従って、接線角度ψのうち接線角度ｂ以上の部分が１０％〜３０％含むように光学素子１５の輝度分布形成層１８を形成することにより、輝度ムラを抑制することができる。

図１８は、光源から出射された光が光学素子１５及び輝度分布形成層１８を透過された状態における正面輝度分布を示す図である。図１８に示すように、光源１２の分割像１２Ａを隣り合う光源１２の真上に位置させる場合（図１２参照）には、拡散板１４を設けない状態においても正面輝度分布の均一性を確保することができる。但し、特に、Ｌ／Ｗが大きい値である場合には、大きな接線角度ψ、例えば、接線角度ｂ＝５６°以上の接線角度ψを有する輝度分布形成層１８を高精度で形成する必要がある。

しかしながら、上記したように、光学素子１５を透過された光を拡散する拡散板１４を設けることにより、光が拡散板１４を透過される前の状態において光源１２の分割像１２Ａが隣り合う光源１２の直上位置に達しない場合であっても、拡散板１４を透過された状態においては、拡散板１４の作用により分割像１２Ａを隣り合う光源１２の直上に位置させることが可能である。従って、拡散板１４を設けた場合には、Ｌ／Ｗの大きさに拘わらず、大きな接線角度ψを有する輝度分布形成層１８を高精度で形成する必要性が低下し、光学素子１５の製造の容易化を図ることができる。

また、拡散板１４を設けない場合には、光源１２の分割像１２Ａを相互に連続的に重なり合わせるために、光学素子１５の輝度分布形成層１８における構造部１８ａ、１８ａ、・・・の外面を曲面形状に形成することが望ましいが、拡散板１４を設ける場合には、分割像１２Ａの移動距離ｘを小さくすることが可能であり、かつ、分割像１２Ａが不連続であっても拡散板１４の効果によって滑らかな輝度分布を形成することができるため、構造部１８ａ、１８ａ、・・・の外面を、例えば、多角形形状や外面の一部が平面状を為す形状に形成することが可能となり、光学素子１５の製造の容易化を図ることができる。

例えば、拡散板１４を設けた場合に、構造部１８ａ、１８ａ、・・・の少なくとも一部が平面状に形成された光学素子１５の例を図１９に示す。

図１９に示す例は、三つの構造部１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを一組とした構造体が構成され、この構造体が連続して多数形成された例である。

図１９に示す例においては、Ｌ／Ｗ＝２．０であり、輝度分布形成層１８に接線角度ｂ＝５６°以上の部分が１０％〜１５％含まれ、輝度分布形成層１８に接線角度０°の部分、即ち、光軸に対して直交する平面状に形成された部分が１０％〜２０％含まれ、構造部１８ｃ及び構造部１８ｄは多角形形状に形成されている。

図２０は、図１９に示す光学素子１５について、横軸に接線角度ψを示し、縦軸にその接線角度ψの輝度分布形成層１８に含まれる比率を示したグラフ図である。図２０に示すように、図１９に示す光学素子１５は接線角度が約５６°の部分が輝度分布形成層１８に１０％〜１５％含まれている。

図２１は、図１９及び図２０の例について、光源１２、１２、・・・から出射された光が拡散板１４を透過された状態における正面輝度分布を示す図である。このとき拡散板１４の光の透過率は６０％である。図２１に示すように、拡散板１４の拡散作用により光が拡散され、正面輝度分布の均一性が確保され、輝度ムラが抑制されることが確認された。

従って、光学素子１５の輝度分布形成層１８における構造部１８ａ、１８ａ、・・・の外面を多角形形状や一部を平面状に形成した場合においても、拡散板１４を用いることにより、輝度ムラを抑制することができる。

また、面発光装置１０にあっては、例えば、拡散シート、プリズムシート、反射偏光子等の光学素子体１６が拡散板１４を挟んで光学素子１５の反対側に配置されているため、拡散板１４によって拡散された光に関して光学素子体１６によってさらに拡散、散乱等が行われ、輝度ムラの抑制効果の向上が図られる。

次に、光学素子１５や拡散板１４を一体化する構造である光学素子包装体について説明する（図２２及び図２３参照）。

上記したように、面発光装置１０においては、光源１２、１２、・・・側から順に光学素子１５、拡散板１４及び光学素子体１６が配置されるが、これらの各部の厚みによっては剛性が低く反りやうねり等を発生し、輝度ムラの発生の一因となるおそれがある。

このような反りやうねりの発生を防止するために、光学素子１５と拡散板１４、又は、光学素子１５と拡散板１４と光学素子体１６を透明シートや透明フィルム等の包装部材２０によって包装されて成る光学素子包装体２１を構成することが可能である（図２２参照）。

また、例えば、光学素子１５と拡散板１４を紫外線硬化型樹脂や感圧性の接着剤等によって接合して光学素子包装体２２を構成することも可能である（図２３参照）。この場合には、光学素子１５と拡散板１４に加えて光学素子体１６も拡散板１４に接合して、光学素子包装体２２を構成することも可能である。

光学素子包装体２１又は光学素子包装体２２を構成することにより、厚みを厚くして剛性を高めることができ、反りやうねり等の発生を防止することができる。

以下に、光学素子１５の輝度分布形成層１８の断面形状の例を示す（図２４乃至図２９参照）。

光学素子１５の輝度分布形成層１８の断面形状（外面の形状）を所望の曲面形状に形成することにより、輝度ムラを抑制することができるが、上記したように、輝度分布形成層１８を曲面形状に形成することは加工上困難である場合も多い。そこで、以下に示すような多角形形状を近似的に曲面形状として輝度分布形成層１８を形成することにより、良好な加工性を確保した上で輝度ムラを抑制することが可能となる。

図２４に、このような多角形形状を有する輝度分布形成層１８の一例１００を示す。

輝度分布形成層１００は、光源の配列方向と平行な外面１０１と、この外面１０１を基準として光源に近付くに従って光源の配列方向に対する傾斜角度が漸次大きくなる外面１０２、１０２、１０３、１０３、・・・、１０７、１０７とによって構成されている。輝度分布形成層１００は、外面１０１を２等分する点を横切る中央線Ｍを基準として光源の配列方向において線対称の形状とされている。従って、輝度分布形成層１００は、光源の配列方向に対する各外面１０１、１０２、１０３、・・・における傾斜角度を順にｓ１、ｓ２、ｓ３、・・・、ｓ７とすると、ｓ１＜ｓ２＜ｓ３＜・・・＜ｓ７となるように形成されている。

輝度分布形成層１００は、異なる角度を有する１３の外面（線分）によって形成されているが、外面の数は１３に限られることはなく、外面の数は、光源間の距離Ｌや光源の直径Ｄ等を考慮して任意に決定することができる。

図２４に示すような、断面形状が曲面形状に近似した多角形形状とされた輝度分布形成層１８を用いることにより、作製が困難となる場合のある曲面形状を形成する必要がないため、光学素子の良好な加工性を確保することができる。

図２５及び図２６に、図２４に示した多角形形状を分割して複数の構造部とした輝度分布形成層の例２００、３００を示す。

図２５に示す輝度分布形成層２００は、二つの構造部２００ａ、２００ｂが交互に複数配列されて成る。

構造部２００ａは、例えば、七つの外面を有し、外面２０１、２０２、２０２、２０３、２０３、２０４、２０４によって構成され、構造部２００ｂも、例えば、７つの外面を有し、外面２０５、２０６、２０６、２０７、２０７、２０８、２０８によって構成されている。

外面２０１、２０５は光源の配列方向と平行にされ、それぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ１と同じ傾斜角度とされている。外面２０２、２０３、２０４における光源の配列方向に対する傾斜角度は、それぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ３、ｓ５、ｓ７と同じにされ、外面２０６、２０７、２０８における光源の配列方向に対する傾斜角度は、それぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ２、ｓ４、ｓ６と同じにされている。

このように輝度分布形成層１００の形状を分割した構造部２００ａ、２００ｂ、２００ａ、２００ｂ、・・・から成る輝度分布形成層２００を用いることにより、構造部２００ａ、２００ｂの外面の数が少ないため、光学素子の加工を容易に行うことができる。

図２６に示す輝度分布形成層３００は、交互に複数配列された二つの構造部３００ａ、３００ｂを有する。

構造部３００ａは、例えば、六つの外面を有し、外面３０１、３０１、３０２、３０２、３０３、３０３によって構成され、構造部３００ｂも、例えば、６つの外面を有し、外面３０４、３０４、３０５、３０５、３０６、３０６によって構成されている。

外面３０１、３０２、３０３における光源の配列方向に対する傾斜角度は、それぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ３、ｓ５、ｓ７と同じにされ、外面３０４、３０５、３０６における光源の配列方向に対する傾斜角度は、それぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ２、ｓ４、ｓ６と同じにされている。

構造部３００ａと３００ｂの間には、光源の配列方向と平行な平行面３０７が形成されている。平行面３０７は、輝度分布形成層１００の外面１０１に相当する面である。

このように輝度分布形成層１００の形状を分割した構造部３００ａ、３００ｂ、３００ａ、３００ｂ、・・・を有する輝度分布形成層３００を用いることにより、構造部３００ａ、３００ｂの外面の数が少ないため、光学素子の加工を容易に行うことができる。

また、輝度分布形成層３００を用いた場合には、図２７に示すように、例えば、金型１０００を用いた射出成形によって光学素子を形成する際に、金型１０００に構造部３００ａと構造部３００ｂを成形する部分の間に突部１００１が存在するが、この突部１００１が光源の配列方向に一定の幅を有するために剛性が高い。従って、突部１００１に変形が生じ難く、金型１０００の離型を円滑に行うことができ、成形された輝度分布形成層３００の加工精度の向上を図ることができる。

図２８及び図２９に多角形形状を三つに分割した輝度分布形成層の例４００、５００を示す。

図２８に示す輝度分布形成層４００は、三つの構造部４００ａ、４００ｂ、４００ｃが順に複数配列されて成る。

構造部４００ａ、４００ｂ、４００ｃはそれぞれ、例えば、五つの外面を有し、構造部４００ａの外面４０１、４０２、４０３における光源の配列方向に対する傾斜角度がそれぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ１、ｓ３、ｓ６と同じにされ、構造部４００ｂの外面４０４、４０５、４０６における光源の配列方向に対する傾斜角度がそれぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ１、ｓ４、ｓ７と同じにされ、構造部４００ｃの外面４０７、４０８、４０９における光源の配列方向に対する傾斜角度がそれぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ１、ｓ２、ｓ５と同じにされている。

このように輝度分布形成層１００の形状を分割した構造部４００ａ、４００ｂ、４００ｃから成る輝度分布形成層４００を用いることにより、構造部４００ａ、４００ｂ、４００ｃの外面の数が少ないため、光学素子の加工を容易に行うことができる。

図２９に示す輝度分布形成層５００は、三つの構造部５００ａ、５００ｂ、５００ｃが順に複数配列されて成る。

構造部５００ａ、５００ｂ、５００ｃはそれぞれ、例えば、四つの外面を有し、構造部５００ａの外面５０１、５０２における光源の配列方向に対する傾斜角度がそれぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ３、ｓ６と同じにされ、構造部５００ｂの外面５０３、５０４における光源の配列方向に対する傾斜角度がそれぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ４、ｓ７と同じにされ、構造部５００ｃの外面５０５、５０６における光源の配列方向に対する傾斜角度がそれぞれ輝度分布形成層１００における傾斜角度ｓ２、ｓ５と同じにされている。

構造部５００ａ、５００ｂ、５００ｃ間には、それぞれ光源の配列方向と平行な平行面５０７、５０７が形成されている。平行面５０７、５０７は、輝度分布形成層１００の外面１０１に相当する面である。

このように輝度分布形成層１００の形状を分割した構造部５００ａ、５００ｂ、５００ｃを有する輝度分布形成層５００を用いることにより、構造部５００ａ、５００ｂ、５００ｃの外面の数が少ないため、光学素子の加工を容易に行うことができる。

また、輝度分布形成層５００を用いた場合においても、輝度分布形成層３００を用いた場合と同様に、金型の突部の剛性が高いため、成形された輝度分布形成層５００の加工精度の向上を図ることができる。

尚、上記には、順に複数配列された二つ又は三つの構造部を有する輝度分布形成層を例として示したが、多角形形状の分割数は二つ又は三つに限られることはなく、四つ以上であってもよい。これらの構造は、多角形形状を複数の構造部に分割したものであり、分割を行わない輝度分布形成層１００と光学特性に大差はなく、加工性を考慮した構造を任意に選択することができる。

図３０は、一例として、輝度分布形成層３００を有する光学素子の正面輝度分布を示すシミュレーション結果であり、図４に対応するグラフ図である。

正面輝度分布は、光源１２の直上位置で最大であり、隣り合う他の光源１２、１２、・・・の直上位置に向かって輝度レベルが低下する略山型の形状を有している。

図３１は、図３０において全ての光源を点灯させたときの正面輝度分布を示し、図１８に対応するグラフ図である。

図３０及び図３１に示す結果を図４及び図１８に示す結果と比較すると、全体に僅かな輝度ムラを生じているが、この輝度ムラは光源間の距離Ｌに依存する光源ムラとは異なり拡散板や拡散シート等を配置すること等により、実用上問題ない程度まで輝度ムラを抑制することができる。

上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。

図２乃至図３１と共に本発明面発光装置、光学素子及び液晶表示装置を実施するための最良の形態を示すものであり、本図は液晶表示装置を示す概略斜視図である。 光源から出射された光の経路と各部の位置関係等を示す概念図である。 輝度分布形成層の構造部における接線角度を示す概念図である。 一つの光源から光が出射された状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。 図６及び図７と共に正面輝度分布の例を示すものであり、本図は、頂点が丸みを帯びた概略三角形状の例を示す概念図である。 傾斜部に段部を有する例を示す概念図である。 傾斜部の傾きが段階的に変化する例を示す概念図である。 光源と光学素子の距離が変化したときに、光が拡散板を透過する前の正面輝度分布を示すグラフ図である。 光源の分割像が僅かに重なる場合において、光源と光学素子の距離が変化したときに、光が拡散板を透過する前の正面輝度分布を示すグラフ図である。 光源の分割像の光源からの光軸に直交する方向における移動距離の具体例を示す概念図である。 輝度分布形成層の接線角度と光源の分割像の移動距離との関係を示すグラフ図である。 光源の分割像が隣り合う光源まで移動した場合の正面輝度分布を示すグラフ図である。 輝度分布形成層の最大接線角度と光源の分割像の移動距離との関係を示すグラフ図である。 光源と光学素子の距離が設計上の距離のときに、光源から出射された光が拡散板を透過した状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。 光源の分割像が僅かに重なる場合において、光源と光学素子の距離が設計上の距離のときに、光源から出射された光が拡散板を透過した状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。 輝度ムラの発生率が低いサンプルについて、接線角度とその比率を示したグラフ図である。 輝度ムラの発生率が高いサンプルについて、接線角度とその比率を示したグラフ図である。 複数の光源から出射された光が光学素子を透過された状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。 輝度分布形成層の構造部の一例を示す概念図である。 図１９に示す輝度分布形成層について、接線角度とその比率を示すグラフ図である。 図１９及び図２０の例について、光源から出射された光が拡散板を透過された状態における正面輝度分布を示すグラフ図である。 光学素子と拡散板と光学素子体が包装部材によって包装されて成る光学素子包装体を示す概念図である。 光学素子と拡散板が接合されて成る光学素子包装体を示す概念図である。 多角形形状を有する輝度分布形成層の例を示す図である。 二つの多角形形状の構造部を有する輝度分布形成層の例を示す図である。 二つの多角形形状の構造部を有する別の輝度分布形成層の例を示す図である。 二つの多角形形状の構造部を有する光学素子とこれを成形する金型を示す図である。 三つの多角形形状の構造部を有する輝度分布形成層の例を示す図である。 三つの多角形形状の構造部を有する別の輝度分布形成層の例を示す図である。 図２６に示す輝度分布形成層を有する光学素子における一つの光源を点灯させたときの正面輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 図２６に示す輝度分布形成層を有する光学素子における全ての光源を点灯させたときの正面輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 従来の面発光装置を示す概略斜視図である。 従来の面発光装置において、光源と拡散板の距離が短くなったときの正面輝度分布の一例を示す概念図である。 従来の面発光装置における正面輝度分布の一例を示す概念図である。 従来の面発光装置において、光源と光学素子が設計上の距離に配置されたときの正面輝度分布の一例を示す概念図である。 従来の面発光装置における問題点を説明する概念図である。

符号の説明

５０…液晶表示装置、１０…面発光装置、１２…光源、１２Ａ…分割像、１３ａ…反射面、１４…拡散板、１５…光学素子、１６…光学素子体、１８…輝度分布形成層、１８ａ…構造部、１８ｂ…構造部、１８ｃ…構造部、１８ｄ…構造部、１９…空気層、２０…包装部材、２１…光学素子包装体、１００…輝度分布形成層、１０１〜１０７…外面、２００…輝度分布形成層、２００ａ…構造部、２００ｂ…構造部、２０１〜２０８…外面、３００…輝度分布形成層、３００ａ…構造部、３００ｂ…構造部、３０１〜３０７…外面、４００…輝度分布形成層、４００ａ…構造部、４００ｂ…構造部、４００ｃ…構造部、４０１〜４０９…外面、５００…輝度分布形成層、５００ａ…構造部、５００ｂ…構造部、５００ｃ…構造部、５０１〜５０７…外面

Claims (20)

1. 所定の方向へ延びる円柱状に形成され同一平面上に同一方向へ延びる状態で配置された複数の光源と、透光性を有すると共に複数の光源から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層が形成された光学素子と、複数の光源を挟んで光学素子の反対側に該光学素子との間に空気層を介して位置されると共に光源から出射された光を反射する反射面とを備え、光学素子の輝度分布形成層が光源の長手方向へ延び上記光軸方向へ突出する複数の構造部によって構成された面発光装置であって、
   隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、
   光学素子の屈折率をｎとし、
   光学素子の厚みをｄとし、
   光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離をＷとし、
   空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、
   光源から出射され光学素子に入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、
   光学素子に入射された光の光学素子における屈折角をθ_２とし、
   光源の直径をＤとし、
   輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、
   接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、
   接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、
   Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、
   以下の条件式（１）乃至条件式（３）により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、
   ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含む光学素子を有する
   ことを特徴とする面発光装置。
   ｎ_０ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ_２） ……（１）
   ｎ_０ｓｉｎθ_１＝ｎｓｉｎθ_２ ……（２）
   ｘ＝Ｗｔａｎθ_１＋ｄｔａｎθ_２ ……（３）
2. 輝度分布形成層を構成する複数の構造部の大きさと形状を同一にした
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置
3. ｘ＝Ｌ−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含む光学素子を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
4. 光学素子を挟んで光源の反対側に拡散板を配置した
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
5. 光学素子を挟んで光源の反対側に拡散板を配置し、
   該拡散板と上記光学素子とを包装部材によって包装して成る光学素子包装体を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
6. 上記光学素子とは別の少なくとも１つの光学素子を、上記包装部材内に設けた
   ことを特徴とする請求項５に記載の面発光装置。
7. 光学素子を挟んで光源の反対側に拡散板を配置し、
   該拡散板と光学素子を接合して成る光学素子包装体を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
8. 輝度分布形成層の各構造部の外面を曲面形状に形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
9. 輝度分布形成層の各構造部の外面を多角形形状に形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
10. 各構造部を光源の配列方向において線対称となる形状に形成すると共に光源の配列方向に対する各外面の傾斜角度が光源に近付くに従って漸次大きくなるように形成した
    ことを特徴とする請求項９に記載の面発光装置。
11. 各構造部間に光軸に直交する平面を形成した
    ことを特徴とする請求項１０に記載の面発光装置。
12. 基材と輝度分布形成層を一体に形成した
    ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
13. 基材と輝度分布形成層を異なる材料によってそれぞれ形成し、
    基材に輝度分布形成層を接合するようにした
    ことを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
14. 基材をポリエチレンテレフタレートによって形成し、
    輝度分布形成層を紫外線硬化樹脂によって形成した
    ことを特徴とする請求項１３に記載の面発光装置。
15. 所定の方向へ延びる円柱状に形成され同一平面上に同一方向へ延びる状態で配置された複数の光源から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層が形成され、該輝度分布形成層が光源の長手方向へ延び上記光軸方向へ突出する複数の構造部によって構成された光学素子であって、
    隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、
    屈折率をｎとし、
    厚みをｄとし、
    光源の中心からの光軸方向における距離をＷとし、
    空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、
    光源から出射されて入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、
    入射された光の屈折角をθ_２とし、
    光源の直径をＤとし、
    輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、
    接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、
    接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、
    Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、
    以下の条件式（１）乃至条件式（３）により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、
    ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含むようにした
    ことを特徴とする光学素子。
    ｎ_０ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ_２） ……（１）
    ｎ_０ｓｉｎθ_１＝ｎｓｉｎθ_２ ……（２）
    ｘ＝Ｗｔａｎθ_１＋ｄｔａｎθ_２ ……（３）
16. 輝度分布形成層を構成する複数の構造部の大きさと形状を同一にした
    ことを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
17. 基材と輝度分布形成層を一体に形成した
    ことを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
18. 基材と輝度分布形成層を異なる材料によってそれぞれ形成し、
    基材に輝度分布形成層を接合するようにした
    ことを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
19. 基材をポリエチレンテレフタレートによって形成し、
    輝度分布形成層を紫外線硬化樹脂によって形成した
    ことを特徴とする請求項１８に記載の光学素子。
20. 所定の方向へ延びる円柱状に形成され同一平面上に同一方向へ延びる状態で配置された複数の光源と、透光性を有すると共に複数の光源から出射された光の光軸方向における輝度のばらつきを抑制する輝度分布形成層が形成され該輝度分布形成層が光源の長手方向へ延び上記光軸方向へ突出する複数の構造部によって構成された光学素子と、複数の光源を挟んで光学素子の反対側に該光学素子との間に空気層を介して位置されると共に光源から出射された光を反射する反射面と、画像を表示すると共に複数の光源から出射された光が照射される液晶パネルを備えた液晶表示装置であって、
    隣り合って位置する光源の各中心間の距離をＬとし、
    光学素子の屈折率をｎとし、
    光学素子の厚みをｄとし、
    光源の中心から光学素子までの光軸方向における距離をＷとし、
    空気層の空気の屈折率をｎ_０とし、
    光源から出射され光学素子に入射される光の光軸方向に対する入射角をθ_１とし、
    光学素子に入射された光の光学素子における屈折角をθ_２とし、
    光源の直径をＤとし、
    輝度分布形成層の構造部の長手方向に直交する断面形状において、輝度分布形成層の外面に接する接線と光軸に直交する面とが為す角度を接線角度ψとし、
    接線角度ψのうち最大の接線角度を最大接線角度ａとし、
    接線角度ψのうち光源の分割像がＬ／２に達する接線角度をｂとし、
    Ｌ／Ｗが１．９〜３．５のときに、
    以下の条件式（１）乃至条件式（３）により光源の分割像の光軸に直交する方向における光源からの移動距離ｘを算出したときに、
    ｘ＞Ｌ／２−Ｄ／２を満足する最大接線角度ａを含み、かつ、前記接線角度ｂ（但し、ｂは５６°以上）以上の接線角度ψを有する構造部断面形状の外面部分の構造部断面形状の配列方向成分の割合が、前記輝度分布形成層の構造部断面形状の外面の構造部断面形状の配列方向成分に対して１０％〜３０％含む光学素子を有する
    ことを特徴とする液晶表示装置。
    ｎ_０ｓｉｎ（ａ）＝ ｎｓｉｎ（ａ−θ_２） ……（１）
    ｎ_０ｓｉｎθ_１＝ｎｓｉｎθ_２ ……（２）
    ｘ＝Ｗｔａｎθ_１＋ｄｔａｎθ_２ ……（３）

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