JP4873683B2

JP4873683B2 - 面光源装置

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Publication number: JP4873683B2
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Authority: JP
Inventors: 敦佐藤
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Description

本発明は，液晶表示装置などに用いられる面光源装置に関する。

液晶表示装置に用いられる面光源装置１０は，図２６に示すように，内面に反射層１１が形成されたバックライト筐体１２に，直径数ミリの冷陰極管（ＣＣＦＬ：ＣｏｌｄＣａｔｈｏｄｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＬａｍｐ）１４を一列に数本から数十本並べて光源としている。冷陰極管１４の輝度ムラを防止するために，冷陰極管１４列の上に光拡散板１６を配し，その上に表面が粗く形成された拡散シート１８，表面に多数のプリズムが形成されたプリズムシート２０を順次配し，さらに拡散光の輝度を上昇するために反射型偏光板から成る輝度上昇フィルム２２を配し，輝度上昇フィルム２２を介して出力される輝度ムラがなく高輝度のバックライト光を液晶パネル２４の裏面に導くことにより，液晶パネル２４を発光させている。

また，最近では，ＬＥＤ光源を用いた面光源装置も知られている。ＬＥＤ光源を用いる場合には，ＲＧＢ各色を少なくとも一つずつ含むＲＧＢ単位を成すように，ＲＧＢのＬＥＤ光源が列状に配列されてライン状ＬＥＤ光源を構成し，さらに，複数の前記ライン状ＬＥＤ光源が相互に平行に配列されてライン状ＬＥＤ光源アレイを構成して面光源装置を構成している。
米国特許公報ＵＳ５８２８４８８

しかし，冷陰極管のような棒状光源を用いるにしろ，ＬＥＤ光源を用いるにしろ，従来の面光源装置のバックライト構造では，四層にもわたるフィルムを積層することにより，輝度ムラの防止と高輝度化を実現しているため，フィルム層の厚みが厚くなり，フィルム層を通過する際に光量を損失していた。また光散乱により照明光の均一化と輝度ムラを防止していたため，反射によっても光量を損失していた。その結果，表面から出射される照明光の輝度が低下するという問題があった。

本発明は，上記問題点に鑑みてなされたものであり，単層のフィルムにより十分な透過光の均一化を図ることが可能であり，輝度の低下も抑えることができる，新規かつ改良された面光源装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために，本発明に基づいて構成される面光源装置は，略平行に配列された複数の棒状光源アレイが収容され，内面に反射面が形成され，表面側が開口する筐体と，棒状光源から所定距離を置いて前記筐体の開口を塞ぐように配置され，棒状光源に相対する裏面側に略平行に配列された複数のシリンドリカルレンズアレイが形成され，棒状光源側とは反対面の表面側にマイクロレンズアレイが形成された光透過基板とを備えている。そして，光透過基板の各シリンドリカルレンズと各棒状光源とは，長手方向が一致するように，少なくとも一の棒状光源に一のシリンドリカルレンズが対応するように配されることを特徴としている。

なお，光透過基板の各シリンドリカルレンズは，同様の光学的効果を有するリニアフレネルレンズアレイとして構成しても良い。なお，マイクロレンズの配列ピッチは，シリンドリカルレンズまたはリニアフレネルレンズとの間で発生するモアレが肉眼の分解能以下となるように調整する必要がある。

かかる構成によれば，従来の面光源装置のように，拡散板等による光散乱ではなく，レンズ構造による屈折作用により面内の輝度を均等にするので，光透過基板における光の反射を最小限に抑えて，表面から照明光を出射することが可能となり，光の損失を最小限に抑えた高輝度の面光源装置が提供される。

各シリンドリカルレンズまたはリニアフレネルレンズの焦点は，各棒状光源の中心部表面から前記筐体の裏面の間において，輝度分布が均一になるように設定される。

また，光透過基板に拡散剤を配合したり，光透過基板の表面側に表面側が粗面に形成された拡散シートを配置したりして，光拡散の効果を高めても良い。さらに光透過基板の表面側に，偏光板を配置して，液晶表示装置に用いられる偏光のみを透過させることで光利用効率を向上させる構造を採用しても良い。

上記課題を解決するために，本発明の別の観点に基づいて構成される面光源装置は，ＲＧＢ各色を少なくとも一つずつ含むＲＧＢ単位を成すように，ＲＧＢのＬＥＤ光源が列状に配列されてライン状ＬＥＤ光源を構成し，複数のライン状ＬＥＤ光源が相互に平行に配列されてライン状ＬＥＤ光源アレイを構成し，ライン状ＬＥＤ光源アレイが収容され，表面側が開口する筐体と，ライン状ＬＥＤ光源アレイから所定距離を置いて筐体の開口を塞ぐように配置され，棒状光源に相対する裏面側に，ＲＧＢ単位ごとに一のトーリックレンズが対応するように配列されたトーリックレンズアレイが形成され，ライン状ＬＥＤ光源アレイ側とは反対面の表面側に，多数のマイクロレンズから成るマイクロレンズアレイが形成された光透過基板とを備えることを特徴としている。

なお，光透過基板の各トーリックレンズは，同様の光学的効果を有するトーリックフレネルレンズとして構成しても良い。なお，マイクロレンズの配列ピッチは，トーリックレンズまたはトーリックフレネルレンズとの間で発生するモアレが肉眼の分解能以下となるように調整する必要がある。

各トーリックレンズまたはトーリックフレネルレンズの焦点は，各ＬＥＤ光源の表面から前記筐体の裏面の間において，輝度分布が均一になるように設定される。

また，光透過基板に拡散剤を配合したり，光透過基板の表面側に表面側が粗面に形成された拡散シートを配置したりして，光拡散の効果を高めても良い。さらに光透過基板の表面側に，液晶表示装置に用いられる偏光のみを透過させることで光利用効率を向上させる構造を採用しても良い。

本発明によれば，従来の面光源装置のように，拡散板等による光散乱ではなく，レンズ構造による屈折作用により面内の輝度を均等にするので，光透過基板における光の反射を最小限に抑えて，表面から照明光を出射することが可能となり，光の損失を最小限に抑えた高輝度の面光源装置を提供できる。

以下添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施形態について説明する。なお，以下の説明および図面において，実質的に同一の機能構成を有する要素については同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

図１は，本発明の好適な実施形態にかかる棒状光源による面光源装置１００を用いた，液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図２は，同様の液晶表示装置の概略的な説明図である。面光源装置１００により，輝度ムラが軽減された面内均一性の高い照明光は，液晶パネルＬＣＰ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｉｓｔａｌＰａｎｅｌ）の裏面から導光され，液晶パネルＬＣＰに不図示の液晶パネル駆動装置により表示される映像を照明し，明るい映像画面として液晶パネルＬＣＰの表面から出射される。液晶パネルＬＣＰおよび液晶パネル駆動装置は，本発明の本旨とは直接関係がないので，その詳細構造については言及せず，以下の説明においては，本発明に基づいて構成される面光源装置に関するいくつかの実施形態について説明する。

図１および図２に示すように，面光源装置１００は，内面に鏡面反射面または散乱反射面１１０が形成され，表面側が開口する筐体１１２を備えている。筐体１１２の下方には，複数の冷陰極管などの棒状光源１１４が相互に略平行に配列され，棒状光源アレイを構成している。なお図示の例では４本の棒状光源アレイを配した構成となっているが，これは説明の便宜のために選択されたものであり，棒状光源１１４の寸法，配置本数，配置間隔は，要求される面光源の大きさや輝度に応じて適宜選択することが可能な設計変更事項である。

筐体１１２の開口部は，光透過基板１２０により塞がれている。光透過基板１２０は，ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ），環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などの光学用透明樹脂材料を所定の形状に成型して構成される。さらに，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），アクリル，ＰＣ，ＣＯＰ，ＣＯＣなどから成る透明基板上の表裏面に透明樹脂（ＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＭＭＡ，ＰＣ，ＣＯＰ，ＣＯＣなどに添加剤を加えたもの）を所定の形状に成型して構成することもできる。

光透過基板１２０の棒状光源に相対する裏面側には，略平行に配列された複数のシリンドリカルレンズ１１６から成るシリンドリカルレンズアレイが形成され，棒状光源側とは反対面の表面側には，多数のマイクロレンズ１２０が表面に分布されたマイクロレンズアレイ１２０が形成される。

シリンドリカルレンズ１１６は，図３に示すようなカマボコ状のレンズであり，各シリンドリカルレンズ１１６と各棒状光源１１４とは，長手方向が一致するように，少なくとも一の棒状光源１１４に一のシリンドリカルレンズ１１６が対応するように配置されている。したがって，シリンドリカルレンズ１１６の幅は，棒状光源１１４の配置間隔によって定まるが，例えば１０ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。

シリンドリカルレンズ１１６の焦点距離は，図３に示すように鏡面反射面１１０上に設定することができる。あるいは，シリンドリカルレンズ１１６の焦点距離を，図４に示すように，棒状光源１１４の中心に設定することができる。シリンドリカルレンズ１１６の焦点距離は，図３および図４に示す例に限定されず，要求される仕様や筐体１１２や棒状光源１１４の寸法などに応じて，棒状光源１１４から直接的に，または鏡面反射面１１０を介して間接的に各シリンドリカルレンズ１１６に入射する光を効果的に屈折させて，マイクロレンズアレイ１２０の背面に導けるように，各棒状光源の中心部表面から前記筐体の裏面の間において，最適な距離に設計される。

マイクロレンズ１２０の個々の大きさは，光拡散を効果的に行わせるために，肉眼の分解能以下に構成され，例えば１０〜３００μｍの径をもつマイクロレンズ１２０を採用することができる。また，マイクロレンズ１２０のピッチについては，シリンドリカルレンズ１１６との間で発生するモアレが肉眼の分解能以下となるように調整する必要がある。なお，人間の肉眼の分解等とは，以下のように定義することができる。観察者が本実施の形態に基づいて構成される液晶表示装置を観察する距離Ｌとすると，観察者の肉眼で分解できる最小距離であり，例えば，東海大学出版会「光学の原理Ｉ」３１９頁（マックスボルンエミルウォルフ著、草川徹、横田英嗣訳）によれば，目の分解可能最小角度θは１分（＝１／６０度）とされているので，Ｌ×ｔａｎθで表される距離が，本明細書に云う肉眼の分解能である。例えば，ＰＣ用モニタの場合，Ｌ＝３０ｃｍとすると７２μｍとなり，大画面液晶ＴＶの場合には，Ｌ＝１ｍとして２９０μｍとなる。

図１３〜図１６は，マイクロレンズ１２０の配列例を示す平面図である。図１３に示すマイクロレンズアレイ１２０ａは，縦横方向とも同じサイズのマイクロレンズを均等に配置したものである。図１４に示すマイクロレンズアレイ１２０ｂは，縦横方向で異なるサイズのマイクロレンズを均等に配置したものである。図１５および図１６は，図１３および図１４の場合と異なり，マイクロレンズをランダムに配列した例である。図１５に示すマイクロレンズアレイ１２０ｃは，縦横方向で同じ範囲，例えば，Ｘ方向，Ｙ方向それぞれに対して０．５〜１．５μｍの範囲でサイズをランダムに割り振った場合を示している。図１６に示すマイクロレンズアレイ１２０ｄは，縦横方向で異なる範囲，例えば，Ｘ方向には０．５〜１．５μｍの範囲で，Ｙ方向には０．５〜５μｍの範囲でサイズをランダムに割り振った場合を示している。

以上のように，マイクロレンズ１２０をさまざまに配列することにより，シリンドリカルレンズとの間のモアレを回避して，効果的に透過光を拡散させ，輝度ムラのない面内均一性の高い照明光を得ることができる。

上記構成によれば，棒状光源１１４から出射された光は，直接的に，あるいは鏡面反射面１１０において反射して間接的に，シリンドリカルレンズアレイ１１８に入射する。シリンドリカルレンズアレイ１１８に入射した光は屈折して，光透過基板１１６を通過し，マイクロレンズアレイ１２０の裏面に光源本数に対応したおおむね平行な光束となり入射する。その結果，肉眼の分解能以下の寸法をもつマイクロレンズアレイ１２０により屈折された光は拡散され，輝度ムラのない面内均一性の高い照明光として，マイクロレンズアレイ１２０の表面側に配置された液晶パネルＬＣＰに入射される。

このように，本実施の形態にかかる面光源装置１００によれば，従来の面光源装置のように，拡散板等による光散乱ではなく，シリンドリカルレンズアレイ１１８とマイクロレンズアレイ１２０のレンズ構造による屈折作用により面内の輝度を均等にするので，光透過基板における光の反射を最小限に抑えて，表面から照明光を出射することが可能となり，光の損失を最小限に抑えた高輝度の照明光を供給できる。また，従来の面光源装置のように，何層にもわたる光拡散層や輝度上昇層を採用せずとも，十分な輝度を有する拡散光を発生させることができる。

図５には，図１〜図４に示す本実施の形態にかかる面光源装置１００により発生された照明光の輝度分布が示されており，図６には，図２６に示す従来の面光源装置１０により発生された照明光の輝度分布が示されている。図５および図６を比較すれば分かるように，測定角度０度において，従来の面光源装置１０では，約２５０ｃｄ／ｍ^２の輝度を得られたに過ぎないが，本実施の形態にかかる面光源装置１００によれば，約４００ｃｄ／ｍ^２の輝度を得られた。このように本実施の形態によれば，単純な構造により，十分な輝度が得られるので，従来装置のように，輝度上昇フィルムなどにより，輝度損失の補償をする構造が不要となる。

図７には，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態が示されている。この実施形態にかかる面光源装置１５０おいては，光透過基板１１６が単なる透明基板として構成されているのではなく，拡散剤が混入された光拡散基板１２２として構成されている。光拡散基板１２２以外の構成については，図１〜図４に関連して上述した実施形態とほぼ同様の構成である。拡散剤としては，光を散乱する微小粒子を採用することができる。

かかる構成によれば，シリンドリカルレンズアレイ１１８により，光路が光拡散基板１２２の裏面に対して垂直方向に修正されて入射した光が，光拡散基板１２２とマイクロレンズアレイ１２０の二段階にわたり拡散されるので，より輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光を発生させることができる。

図８には，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態が示されている。この実施形態にかかる面光源装置１６０おいては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００の表面側上方にさらに拡散シート１２４を配置した構成となっている。

かかる構成によれば，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００により発生された輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光をさらに拡散させて，さらに一層輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光を発生することができる。

なお，図８においては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００に，拡散シート１２４を配置した構成を示したが，図７に示す実施形態にかかる面光源装置１５０に，同様の拡散シート１２４を配置して，さらに一層輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光を発生する構成とすることもできる。

図９には，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態が示されている。この実施形態にかかる面光源装置１７０おいては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００の表面側上方にさらに反射型偏光板などの輝度上昇フィルム１２６を配置した構成となっている。

かかる構成によれば，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００により発生された輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光の輝度を向上させて，さらに液晶表示装置に用いられる偏光のみを透過させることで光利用効率を向上した照明光を発生することができる。

なお，図９においては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００に，輝度上昇フィルム１２６を配置した構成を示したが，図７に示す実施形態にかかる面光源装置１５０に，同様の拡散シート１２４を配置して，さらに一層輝度の高い照明光を発生する構成とすることもできる。

図１０には，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態が示されている。この実施形態にかかる面光源装置１８０おいては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００の表面側上方に，拡散シート１２４および反射型偏光板などの輝度上昇フィルム１２６を順次配置した構成となっている。

かかる構成によれば，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００により発生された輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光をさらに拡散させ，さらに輝度を上昇させて，さらに一層輝度ムラの少ない面内均一性が高くさらに輝度も高い照明光を発生することができる。

なお，図１０においては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００に，輝度上昇フィルム１２６を配置した構成を示したが，図７に示す実施形態にかかる面光源装置１５０に，同様の拡散シート１２４を配置して，さらに一層輝度の高い照明光を発生する構成とすることもできる。

次に図１１を参照しながら，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態にかかる面光源装置２００は，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００において採用されたシリンドリカルレンズ１１８をリニアフレネルレンズアレイ２２８に置き換えた構造である。面光源装置２００は，リニアフレネルレンズアレイ２２８を除いては，図１〜図４に示す実施形態にかかる面光源装置１００とほぼ同一の構成なので，ここでは詳細な説明は省略する。

図１２（ａ）（ｂ）は，リニアフレネルレンズ２２８の構造を示す説明図であり，図１２（ｃ）は，リニアフレネルレンズアレイの構造を示す説明図である。リニアフレネルレンズ２２８は，シリンドリカルレンズ１１８と等価のレンズ構造である。図１２（ａ）に示す，リニアフレネルレンズ２２８は，図１２（ｂ）に示すように，シリンドリカルレンズ１１８から斜線部分を除いた構造となっている。ただし，リニアフレネルレンズを用いた場合にはマイクロレンズとの間においてモアレが生じないようにピッチを調整することが必要である。たとえば，リニアフレネルレンズとマイクロレンズとのピッチの比率を３：２に設定することによりモアレを回避することができる。

かかるリニアフレネルレンズ２２８を用いた面光源装置２００においても，シリンドリカルレンズ１１８を用いた面光源装置１００と等価の光学的効果により，棒状光源１１４から出射された光は，直接的に，あるいは鏡面反射面１１０において反射して間接的に，リニアフレネルレンズアレイ１１８に入射する。リニアフレネルレンズアレイ１１８に入射した光は屈折または反射して，光透過基板１１６を通過し，マイクロレンズアレイ１２０の裏面に光路を垂直方向に修正されて入射する。その結果，肉眼の分解能以下の寸法をもつマイクロレンズアレイ１２０により屈折された光は拡散され，輝度ムラのない面内均一性の高い照明光として，マイクロレンズアレイ１２０の表面側に配置された液晶パネルＬＣＰに入射される。

このように，本実施の形態にかかる面光源装置２００によっても，シリンドリカルレンズ１１８を用いた面光源装置１００と同様に，従来の面光源装置のように，拡散板等による光散乱ではなく，リニアフレネルレンズアレイ１１８とマイクロレンズアレイ１２０のレンズ構造による屈折作用により面内の輝度を均等にするので，光透過基板における光の反射を最小限に抑えて，表面から照明光を出射することが可能となり，光の損失を最小限に抑えた高輝度の照明光を供給できる。また，従来の面光源装置のように，何層にもわたる光拡散層や輝度上昇層を採用せずとも，十分な輝度を有する拡散光を発生させることができる。

リニアフレネルレンズアレイ２２８を用いた面光源装置２００においても，シリンドリカルレンズ１１８を用いた面光源装置１００と同様に，筐体１１２の鏡面反射面１１０に設定することも可能であるし，棒状光源１１４の中心に設定することができる。さらに，要求される仕様や筐体１１２や棒状光源１１４の寸法などに応じて，棒状光源１１４から直接的に，または鏡面反射面１１０を間接的に各リニアフレネルレンズ１１６に入射する光を効果的に屈折させて，マイクロレンズアレイ１２０の背面に導けるように，最適な距離に設計することができる。

さらに，リニアフレネルレンズアレイ２２８を用いた面光源装置２００においても，光透過基板１１６に代えて，拡散剤入り基板１２２を使用したり，拡散シート１２４や輝度上昇フィルム１２６を単独でまたは組み合わせて使用したりして，リニアフレネルレンズアレイ１１８を用いた面光源装置１００と同様の効果を得ることができる。

次に，図１７〜図２０を参照しながら，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態としてＬＥＤ光源により面光源装置３００を構成した実施形態について説明する。なお，図１７は，面光源装置３００のＹＺ面断面図であり，図１８は，面光源装置３００のＸＺ面断面図である。図１９は，面光源装置３００に採用されるＬＥＤ光源３２０の配列状態を示す平面図である。

図１７および図１８に示すように，面光源装置３００は，内面に鏡面反射面または散乱反射面１１０が形成され，表面側が開口する筐体１１２を備えている。筐体１１２の下方には，ＲＧＢの各色から成るＬＥＤ光源３２０が配列される。図１９に示すように，ＬＥＤ光源３２０は，ＲＧＢ各色を少なくとも一つ含むＲＧＢ単位３２２が構成されるように，列状に配列されたライン状ＬＥＤ光源３２０Ｌを構成するように配列される。なお，図示の例では，Ｒ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｇ−ＬＥＤ，Ｂ−ＬＥＤにより一つのＲＧＢ単位３２２が構成されているが，ＲＧＢ単位３２２は，ＲＧＢ各色に対応するＬＥＤ光源を少なくとも一つ含んでいれば良く，要求される寸法や用途に応じてさまざま構成を採用し得ることは言うまでもない。

さらに，複数のライン状ＬＥＤ光源３２０Ｌが相互に平行に配列されて，ライン状ＬＥＤ光源アレイ３２０Ａを構成する。図１９に示す例では，それぞれが３つのＲＧＢ単位３２２から構成されるライン状ＬＥＤ光源３２０Ｌが三列並んでライン状ＬＥＤ光源アレイ３２０Ａを構成する例を示したが，これは説明の便宜のために簡略化した構成であり，ＲＧＢ単位３２２の数やライン状ＬＥＤ光源３２０Ｌの数は，設計事項であり，面光源装置の用途や大きさに応じて適宜調整することが可能であることは言うまでもない。

筐体１１２の開口部は，光透過基板３３０により塞がれている。光透過基板３３０は，ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリカーボネート（ＰＣ），環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ），環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などの光学用透明樹脂材料を所定の形状に成型して構成される。さらに，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ），アクリル，ＰＣ，ＣＯＰ，ＣＯＣなどから成る透明基板上の表裏面に透明樹脂（ＰＥＴ，ＰＥＮ，ＰＭＭＡ，ＰＣ，ＣＯＰ，ＣＯＣなどに添加剤を加えたもの）を所定の形状に成型して構成することもできる。

光透過基板３３０の棒状光源に相対する裏面側には，ＲＧＢ単位３２２に一対一で対応するように複数のトーリックレンズ３１０が配列され，トーリックレンズアレイ３１０Ａが構成される。トーリックレンズ３１０は，図２０および図２３（ａ）に示すように，縦方向と横方向の曲率の異なるレンズである。さらに，トーリックレンズアレイ３１０Ａとは反対面の表面側には，多数のマイクロレンズ１２０が表面に分布されたマイクロレンズアレイ１２０が形成される。

トーリックレンズ３１０の焦点距離は，要求される仕様や筐体１１２やＬＥＤ光源３２０の配列などに応じて，ＬＥＤ光源３２０から直接的に，または鏡面反射面１１０を介して間接的に各トーリックレンズ３１０に入射する光を効果的に屈折させて，マイクロレンズアレイ１２０の背面に導けるように，各ＬＥＤ光源３２０の表面から筐体の裏面１１０の間において，最適な距離に設計される。

マイクロレンズ１２０の個々の大きさは，先の実施形態の場合と同様に，光拡散を効果的に行わせるために，肉眼の分解能以下に構成され，例えば１０〜３００μｍの径をもつマイクロレンズ１２０を採用することができる。また，マイクロレンズ１２０のピッチについては，トーリックレンズ３１０との間で発生するモアレが肉眼の分解能以下となるように調整する必要がある。本実施の形態においても，マイクロレンズ１２０は，図１３〜図１６に示すように，さまざまに配列することが可能であるが，かかる点については，すでに説明をしたので，ここで詳細に説明しない。

上記構成によれば，ＬＥＤ光源３２０から出射された光は，直接的に，あるいは鏡面反射面１１０において反射して間接的に，トーリックレンズ３１０に入射する。トーリックレンズ３１０に入射した光は屈折して，光透過基板３３０を通過し，マイクロレンズアレイ１２０の裏面に光源本数に対応したおおむね平行な光束となり入射する。その結果，肉眼の分解能以下の寸法をもつマイクロレンズアレイ１２０により屈折された光は拡散され，輝度ムラのない面内均一性の高い照明光として，マイクロレンズアレイ１２０の表面側に配置された液晶パネルＬＣＰに入射される。

このように，本実施の形態にかかる面光源装置３００によれば，従来の面光源装置のように，拡散板等による光散乱ではなく，トーリックレンズ３１０とマイクロレンズアレイ１２０のレンズ構造による屈折作用により面内の輝度を均等にするので，光透過基板における光の反射を最小限に抑えて，表面から照明光を出射することが可能となり，光の損失を最小限に抑えた高輝度の照明光を供給できる。また，従来の面光源装置のように，何層にもわたる光拡散層や輝度上昇層を採用せずとも，十分な輝度を有する拡散光を発生させることができる。

なお，本実施の形態にかかる面光源装置３００についても，先の実施形態と同様に，光透過基板３３０を単なる透明基板として構成するのではなく，拡散剤が混入された光拡散基板として構成することも可能である。透明基板３３０に混入される拡散剤としては，光を散乱する微小粒子を採用することができる。かかる構成によれば，トーリックレンズ３１０により，光路が光拡散基板の裏面に対して垂直方向に修正されて入射した光が，光拡散基板とマイクロレンズアレイ１２０の二段階にわたり拡散されるので，より輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光を発生させることができる。

さらに，本実施の形態にかかる面光源装置３００においても，先の実施形態と同様に，面光源装置３００の表面側上方に拡散シートを配置することができる。かかる構成によれば，面光源装置３００により発生された輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光をさらに拡散させて，さらに一層輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光を発生することができる。

さらに，本実施の形態にかかる面光源装置３００においても，先の実施形態と同様に，面光源装置３００の表面側上方にさらに反射型偏光板などの輝度上昇フィルムを配置することが可能である。かかる構成によれば，輝度ムラの少ない面内均一性の高い照明光の輝度を向上させて，さらに液晶表示装置に用いられる偏光のみを透過させることで光利用効率を向上した照明光を発生することができる。

次に図２１および図２２を参照しながら，本発明にかかる面光源装置のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態にかかる面光源装置３５０は，図１７〜図２０に示す実施形態にかかる面光源装置３００において採用されたトーリックレンズ３１０をトーリックフレネルレンズ３１２に置き換えた構造である。面光源装置３５０は，トーリックフレネルレンズ３１２を除いては，図１７〜図２０に示す実施形態にかかる面光源装置３００とほぼ同一の構成なので，ここでは詳細な説明は省略する。

図２３〜２４は，トーリックフレネルレンズ３１２の構造を示す説明図である。図２３（ａ）にはトーリックレンズ３１０のＸ方向断面およびＹ方向断面が示されており，図２３（ｂ）にはトーリックフレネルレンズ３１２のＸ方向断面およびＹ方向断面が示されている。トーリックフレネルレンズ３１２は，トーリックレンズ３１０と光学的に等価のレンズ構造である。図２３（ｂ）に示すトーリックフレネルレンズ３１２は，図２３（ａ）に示すトーリックレンズ３１０から斜線部分を除いた構造となっている。なお，図２４には，トーリックフレネルレンズ３１２の見取り図が示されており，図２５には，ＲＧＢ単位３２２に一対一に対応するようにアレイ状に配列されたトーリックフレネルレンズアレイ３１２Ａの見取り図が示されている。

かかるトーリックフレネルレンズ３１２を用いた面光源装置３５０においても，トーリックレンズ３１０を用いた面光源装置３００と等価の光学的効果により，ＬＥＤ光源３２０から出射された光は，直接的に，あるいは鏡面反射面１１０において反射して間接的に，トーリックフレネルレンズ３１２に入射する。トーリックフレネルレンズ３１２に入射した光は屈折または反射して，光透過基板３３０を通過し，マイクロレンズアレイ１２０の裏面に光路を垂直方向に修正されて入射する。その結果，肉眼の分解能以下の寸法をもつマイクロレンズアレイ１２０により屈折された光は拡散され，輝度ムラのない面内均一性の高い照明光として，マイクロレンズアレイ１２０の表面側に配置された液晶パネルＬＣＰに入射される。

このように，本実施の形態にかかる面光源装置３５０によっても，トーリックレンズ３１０を用いた面光源装置３００と同様に，従来の面光源装置のように，拡散板等による光散乱ではなく，トーリックフレネルレンズアレイ３１２とマイクロレンズアレイ１２０のレンズ構造による屈折作用により面内の輝度を均等にするので，光透過基板における光の反射を最小限に抑えて，表面から照明光を出射することが可能となり，光の損失を最小限に抑えた高輝度の照明光を供給できる。また，従来の面光源装置のように，何層にもわたる光拡散層や輝度上昇層を採用せずとも，十分な輝度を有する拡散光を発生させることができる。

さらに，トーリックフレネルレンズ３１０を用いた面光源装置３５０においても，トーリックレンズ３１０を用いた面光源装置１００と同様に，トーリックフレネルレンズ３１０の焦点を，筐体１１２の鏡面反射面１１０に設定することも可能であるし，棒状光源１１４の中心に設定することができる。さらに，要求される仕様や筐体１１２や棒状光源１１４の寸法などに応じて，ＬＥＤ光源３１０から直接的に，または鏡面反射面１１０を介して間接的に各トーリックフレネルレンズ３１２に入射する光を効果的に屈折させて，マイクロレンズアレイ１２０の背面に導けるように，最適な距離に設計することができる。

さらに，トーリックフレネルレンズアレイ３１０を用いた面光源装置２００においても，光透過基板１１６に代えて，拡散剤入り基板１２２を使用したり，拡散シート１２４や輝度上昇フィルム１２６を単独でまたは組み合わせて使用したりして，トーリックレンズ３１０を用いた面光源装置３００と同様の効果を得ることができる。

以上添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態においては，本発明に基づいて構成される面光源装置を，液晶表示装置に適用した場合を例に挙げて説明したが，本発明はかかる例に限定されず，輝度ムラのない高輝度な面光源を必要とするさまざまな用途に適用可能である。

例えば，上記実施の形態においては，本発明に基づいて構成される面光源装置を直下型面光源装置に適用した実施形態に即して説明したが，本発明は，エッジ照明型面光源装置に適用できる。

液晶表示装置などの輝度ムラのない高輝度な面光源を必要とする用途に適用可能である。

本発明の一実施形態にかかる面光源装置１００を用いた液晶表装置の概略構成を示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる面光源装置１００の概略構成を示す断面図である。本発明の一実施形態にかかる面光源装置１００に採用可能なシリンドリカルレンズ１１８の概略を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかる面光源装置１００に採用可能なシリンドリカルレンズ１１８の焦点距離の状態を示す説明図である。本発明の一実施形態にかかる面光源装置１００の輝度分布を示す図表である。従来の面光源装置１０の輝度分布を示す図表である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置１５０の概略構成を示す断面図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置１６０の概略構成を示す断面図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置１７０の概略構成を示す断面図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置１８０の概略構成を示す断面図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置２００の概略構成を示す断面図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置２００に採用可能なリニアフレネルレンズ２２８とシリンドリカルレンズ１１８との関係を示す説明図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置２００に採用可能なリニアフレネルレンズ２２８の説明図である。本発明の別の実施形態にかかる面光源装置２００に採用可能なリニアフレネルレンズアレイ２２８の説明図である。マイクロレンズ１２０の配列例を示す説明図である。マイクロレンズ１２０の配列例を示す説明図である。マイクロレンズ１２０の配列例を示す説明図である。マイクロレンズ１２０の配列例を示す説明図である。バックライトとしてＬＥＤ光源を用いた面光源装置３００のＹＺ面断面図である。バックライトとしてＬＥＤ光源を用いた面光源装置３００のＸＺ面断面図である。ＲＧＢ単位に対応するトーリックレンズを等高線で示す説明図である。バックライトとしてＬＥＤ光源を用いた他の実施形態にかかる面光源装置３５０のＸＺ面断面図である。バックライトとしてＬＥＤ光源を用いた他の実施形態にかかる面光源装置３５０のＸＺ面断面図である。バックライトとしてＬＥＤ光源を用いた面光源装置３００のＸＺ面断面図である。それぞれ，（ａ）はトーリックレンズの構成を示し，（ｂ）トーリックフレネルレンズの構成を示す説明図である。トーリックフレネルレンズ単体の見取り図である。トーリックフレネルレンズアレイの見取り図である。従来の面光源装置１０の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１００，１５０，１６０，１７０面光源装置
１１０反射面
１１２筐体
１１４棒状光源
１１６光透過基板
１１８シリンドリカルレンズ（アレイ）
１２０マイクロレンズ（アレイ）
１２２拡散剤入り光透過基板
１２４拡散シート
１２６輝度上昇フィルム
２００面光源装置
２２８リニアフレネルレンズ（アレイ）
３００面光源装置
３１０トーリックレンズ
３１２トーリックフレネルレンズ

Claims

ＲＧＢ各色を少なくとも一つずつ含むＲＧＢ単位を成すように，ＲＧＢのＬＥＤ光源が列状に配列されてライン状ＬＥＤ光源を構成し，複数の前記ライン状ＬＥＤ光源が相互に平行に配列されてライン状ＬＥＤ光源アレイを構成し，前記ライン状ＬＥＤ光源アレイが収容され，表面側が開口する筐体と；
前記ライン状ＬＥＤ光源アレイから所定距離を置いて前記筐体の開口を塞ぐように配置され，前記ライン状ＬＥＤ光源に相対する裏面側に，前記ＲＧＢ単位ごとに一のトーリックレンズが対応するように配列されたトーリックレンズアレイが形成され，前記ライン状ＬＥＤ光源アレイ側とは反対面の表面側に，多数のマイクロレンズから成るマイクロレンズアレイが形成された光透過基板とを備えることを特徴とする，面光源装置。
前記各トーリックレンズの焦点は，輝度分布が均一となるように，前記各ＬＥＤ光源の表面から前記筐体の裏面の間に設定されることを特徴とする，請求項１に記載の面光源装置。
前記光透過基板には，光拡散粒子が分散されていることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の面光源装置。
前記光透過基板の表面側に，表面側が粗面に形成された拡散シートを配置したことを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。
前記光透過基板の表面側に，偏光板を配置したことを特徴とする，請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置。
前記マイクロレンズの配列ピッチは，前記トーリックレンズとの間で生じるモアレが肉眼の分解能以下となるように調整されることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の面光源装置。
前記トーリックレンズは，光学的に等価のトーリックフレネルレンズとして構成されることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の面光源装置。