WO2008013203A1 - Dispositif d'émission de lumière planaire, élément optique et dispositif d'affichage à cristaux liquides - Google Patents

Description

明 細 書

面発光装置、光学素子及び液晶表示装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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一等の表 示装置として、ノ 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!/、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。

[0003] 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、エツ 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ぐ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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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に達しなかつ た光を再利用するために配置される。

[0007] 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 lmm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。

[0008] ノ^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レ、る。 [0009] 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の距離が短くなつたり、光源 2、 2、 · · · 間の距離が長くなつたりすると、ノ^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、 · · ·の直上位置で高ぐ光源 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。 発明の開示

[0013] ところ力 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。

[0014] 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 Δ Η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。

[0015] 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 Δ Η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。

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] ところ力 これらの光学素子が大型化されると、自重による橈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つてしまう。

[0019] 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。

[0020] 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とし、光源から出射され光学素子に入射される光の光

0

軸方向に対する入射角を Θ 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 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

2

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 Φとし、接線角度 Φのうち最大の接線角度を最大接線角度 aとし、 (l) n siiua) = nsiiua— θ ) . (2) n sin Θ =nsin Θ ^ (3) x=Wtan Θ

0 2 0 1 2 1

+ dtan Θ 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

2

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を含むようにした ものである。

[0021] 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。

[0022] 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力 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

0

角を Θ 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 とし、光源の

1 2

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 Φとし、接線角度 Φのうち最大の接線角度を最大接線角度 aとし、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を含む光学素 子を有することを特徴とする。

[0023] n sin (a) = nsin (a - θ ) …… (1)

0 2

n sin Θ =nsin θ (2)

0 1 2

x=Wtan Θ + dtan 0 …… (3)

1 2

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、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とし、光源から出射され光学素子に入

0

射される光の光軸方向に対する入射角を Θ 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 とし、光源の直径を Dとし、輝度分布形成層の構造部の長

2

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 Φとし、接線角度 Φのうち最大の接線角度を 最大接線角度 aとし、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を含むようにしたことを特徴とする。

n sin = nsin (a— θ ) (1ノ

0 2

η sin θ =nsin θ (2)

0 1 2

x=Wtan θ + dtan 0 …… (3)

1 2

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と

0 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 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 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 Φとし、接 線角度 Φのうち最大の接線角度を最大接線角度 aとし、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を含む光学素子を有 することを特徴とする。

[0025] n sin (a) = nsin (a - θ ) …… (1)

0 2

n sin Θ =nsin θ (2)

0 1 2

x=Wtan Θ + dtan 0 …… (3)

1 2

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。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]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。

[図 2]光源力 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。

[図 3]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。

[図 4]一つの光源力 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 5]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。

[図 6]傾斜部に段部を有する例を示す概念図である。

[図 7]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。

[図 8]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。

[図 9]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。 園 10]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。

園 11]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ダラ フ図である。

園 12]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。

園 13]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。

[図 14]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。

園 15]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。

園 16]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。

園 17]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。

[図 18]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。

園 19]輝度分布形成層の構造部の一例を示す概念図である。

園 20]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 21]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。

園 22]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。

[図 23]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。

[図 24]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。 [図 25]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。

[図 26]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

[図 27]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。

[図 28]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。

[図 29]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

[図 30]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 31]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。

[図 32]従来の面発光装置を示す概略斜視図である。

[図 33]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つたときの正面輝 度分布の一例を示す概念図である。

[図 34]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。

[図 35]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。

[図 36]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。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 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。

[0028] 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)。

[0029] 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。

[0030] 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。

[0031] このように面発光装置 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。

[0032] 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 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ぐ例え 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。

[0033] 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。

[0034] 拡散板 14としては、例えば、ポリスチレン、シクロォレフインポリマー、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。

[0035] 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。

[0036] 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。

[0037] 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 メチルメタタ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力 S、剛性が高い板材によって形成した方力 S、筐体

11内に配置されたときの橈み、反り、熱変形等が発生し難ぐ光源 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。

[0038] 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 18 a、 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。

[0039] 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。

[0040] 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つても構成するこ とが可能である。

[0041] 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。

[0042] 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。

[0043] 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へ向力、う。

[0044] 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。

[0045] 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。

[0046] 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、光源 12から出射され光学素

0

子 15に入射される光の光軸 P方向に対する入射角を Θ 、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 、光源 12の直径を Dとして示している。

2

[0047] 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、 1 8a、 · · ·の大きさを誇張して示している力 実際には、構造部 18a、 18a, · · ·は基材 1

7に対して極めて小さいものである。

[0048] 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 φとする。このとき、図 2に示すように、接線角度 φ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。

[0049] 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。

[0050] n sin ( (i ) = nsin ( (i - θ ) …… (1)

0 2

n sin Θ =nsin θ (2)

0 1 2

x=Wtan Θ + dtan 0 ……（3)。

1 2

[0051] 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 φを代入す ることにより屈折角 Θ が算出され、算出した Θ を数式（2)に代入することにより入射

2 2

角 Θ が算出され、算出した Θ と Θ 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 Φに対応する移動距離 Xが一義的に定まり、接線角度 φ 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。

[0052] このように分割像 12Aの移動距離 Xは接線角度 φによって定まり、接線角度 φのう ち、光源 12の分割像 12A力 に達する接線角度を b、接線角度 φのうち、光源 1 2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 φ =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 φ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。

[0053] x>L/2-D/2……（5)。

[0054] このように数式（5)を満足する接線角度 φ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。

[0055] 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。

[0056] 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 1 4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。

[0057] 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。

[0058] 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。 [0059] 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!/、る。

[0060] 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。

[0061] 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。

[0062] 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。

[0063] 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 小さぐ輝度ムラの発生を抑制することができる。

[0064] 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。

[0065] 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。

[0066] 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!/、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。

[0067] 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

[0068] 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ぐ輝度ムラの 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。

[0069] 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）。

[0070] 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）の直径 D = 3. 0 mm〜4. Omm、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. Omm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. Omm、屈折率 η= 1 · 50—1. 63である。空 気の屈折率 ηは約 1. 0であるとする。

0

[0071] 例えば、 L = 23. 7mmとしたときに、 W= 11. 7mm、 D = 3. Omm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

[0072] このとき、 d = 0. 4mm、 n= l . 585とすると、光学素子の接線角度 φ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 ラメ一ターとして、 L = 23. 7mm、 W= l l . 7mm、 D = 3. Omm、 d = 0. 4mm、 n = 1. 585、 n = 1. 0の場合には、光学素子の輝度分布形成層が接線角度 φ = 56°

0

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。

[0073] 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 n0、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。

[0074] 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=り. 0mm〜l 6. Omm、 Ό = . 0mm〜4. Omm、 d = 0. dmm〜2. Omm、 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 (bmax)と最小値 (b min)を表 1に示す。

[0075] 例えば、 L/W = 3. 0の場合には、 L = 40mm、 W= 13. 3mm、 D = 3. Ommのと きに（L/2— D/2)が最大値を示し、かつ、 n= l . 50、 d = 0. 3mmのときに最大値 (bmax)を示す。

[0076] [表 1]

[0077] 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が形成されてレ、る。

[0078] 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

〇

[0079] 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— DZ2を満足する接線角度 φが最大接線角度 aであればよぐ従 つて、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!/、る。

[0080] 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. 0 mm~ 16. Omm、 D = 3. 0mm〜4. Omm、 d = 0. 3mm~2. Omm, n= 1. 50〜1 . 63を用いて接線角度 cの最大値 (cmax)と最小値 (cmin)を示したものである。

[0081] [表 2]

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。

[0083] 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 に接線角度力 ¾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力 に達する角度であり、接線角度 cは光源 12の分割像 12A力 に達する角度である。

[0084] 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に接線角度力 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。

[0085] 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 1 5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ぐ 輝度ムラの発生を抑制することができる。

[0086] 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= l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= l . 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。

[0087] 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。

[0088] 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。 [0089] 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。

[0090] 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。

[0091] 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 態にぉレ、て正面輝度分布が略均一とされて!/、る。

[0092] 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。

[0093] 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。

[0094] 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。

[0095] 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 Φを示し、縦軸にその接線角度 Φ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。

[0096] 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= l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= l . 585、光学素子の厚み d = 0. 4mmとしたときに、接線角度 Φとその接線角度 φ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

〇

[0097] 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。

[0098] 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つ た 12のサンプル（L〜W)に関するデーターである。

[0099] 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 φを有する部分が含まれており、 接線角度 Φ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。

[0100] 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、〇、 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。

[0101] 図 16及び図 17に示すように、接線角度 φ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 φ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。

[0102] 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 φ、例えば、接線角度 b = 56° 以上の接線角度 Φ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。

[0103] 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 1 2A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 φ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。

[0104] 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

〇

[0105] 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。

[0106] 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。

[0107] 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。

[0108] 図 20は、図 19に示す光学素子 15について、横軸に接線角度 φを示し、縦軸にそ の接線角度 Φ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。

[0109] 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 1 4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。

[0110] 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。

[0111] 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。

[0112] 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）。

[0113] 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が配置される力 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。

[0114] 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 昭）

[0115] また、例えば、光学素子 15と拡散板 14を紫外線硬化型樹脂ゃ感圧性の接着剤等 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。

[0116] 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。

[0117] 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)。

[0118] 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力 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。

[0119] 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。

[0120] 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 s l、 s2、 s3、 · · ·、 s7とすると、 s l < s2 < s3 < ' " < s7となるように形成されている。

[0121] 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 いる力 外面の数は 13に限られることはなぐ外面の数は、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。

[0122] 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。

[0123] 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。

[0124] 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 歹 IJされて成る。

[0125] 構造部 200aは、例えば、七つの外面を有し、外面 201、 202、 202、 203、 203、 2 04、 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 ίこよって構成されてレヽる。

[0126] 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 si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における光原の酉己歹 IJ方向に対する頃 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。

[0127] 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, 20 0b、 · · ·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。

[0128] 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。

[0129] 構造部 300aは、例えば、六つの外面を有し、外面 301、 301、 302、 302、 303、 3 03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 ίこよって構成されてレヽる。

[0130] 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における頃斜角度 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。

[0131] 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。

[0132] 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, 30 0b、 · · ·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。

[0133] 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 1 000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 300 aと構造部 300bを成形する部分の間に突部 1001が存在する力 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 が生じ難ぐ金型 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 3 00の加工精度の向上を図ることができる。

[0134] 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。

[0135] 図 28に示す輝度分布形成層 400は、三つの構造部 400a、 400b, 400c力 S順に複 数配列されて成る。 [0136] 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 s l、 s3、 s6と同じにされ、構造部 400bの外面 4 04、 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における頃斜角度 s l、 s4、 s7と同じにされ、構造咅 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 s l、 s2、 s5と同じにされている。

[0137] 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、構造き 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。

[0138] 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。

[0139] 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。

[0140] 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 50 7、 507カ形成されている。平 fi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。

[0141] 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、構造き 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。

[0142] 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。 [0143] 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力 S、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ぐ加工性 を考慮した構造を任意に選択することができる。

[0144] 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。

[0145] 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!/、る。

[0146] 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。

[0147] 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!/、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 ί卬制することができる。

[0148] 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。

Claims

請求の範囲

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力 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つ 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とし、

0

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 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 とし、

2

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 φとし、 接線角度 Φのうち最大の接線角度を最大接線角度 aとし、

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を含む光学素子を有する

ことを特徴とする面発光装置。

n sin = nsin (a— θ ) (1ノ

0 2

η sin θ =nsin θ (2)

0 1 2

x=Wtan θ + dtan 0 …… (3)

1 2

距離 Lが 20mm〜40mm、

屈折率 nが 1. 50—1. 63、 厚み d力 0· 3mm〜2. Omm、

距離 W力 . 0mm~ 16. Omm、

直径 Dが 3. 0mm〜4. Ommの範囲において

L/W = 1. 5〜 1. 7力、つ b = 40。 〜58'

L/W = 1. 7〜 1. 9力、つ b = :45。 〜62'

L/W = 1. 9〜 2. 1かつ b = 48。 〜64'

L/W = 2. i〜 2. 3力、つ b = 52。 〜67'

L/W = 2. 3〜 2. 5力、つ b = 55。 〜69'

L/W = 2. 5〜 2. 7力、つ b = : 57。 〜71'

L/W = 2. 7〜 2. 9力、つ b = 59。 〜72'

L/W = 2. 9〜 3. 1かつ b = 61。 〜73'

L/W = 3. i〜 3. 3力、つ b = 62。 〜74' 又は

L/W = 3. 3〜 3. 5力、つ b = 63。 〜75' であるときに、

接線角度 Φのうち、光源の分割像が L/2に達する接線角度を bとすると、 最大接線角度 aが接線角度 bより大きい

ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光装置

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。

距離 Lが 20mm〜40mm、

屈折率 nが 1. 50—1. 63、

厚み d力、 0· 3mm〜2. Omm、

距離 W力 . Omm〜 6· Omm、

直径 Dが 3. 0mm〜4. Ommの範囲において、

L/W= l . 5〜； ! · 7力、つ c = 61。 〜75'

L/W= l . 7〜； ! · 9力、つ c = 64。 〜76'

L/W= l . 9〜2· 1力、つ c = 66。 〜78'

L/W = 2. ；!〜 2· 3力、つ c = 67。 〜78'

接線角度 Φのうち、光源の分割像が Lに達する接線角度を cとすると、 最大接線角度 aが接線角度 cと略同じであり、

輝度分布形成層に b以上 c未満の部分を 40%〜60%含む光学素子を有する ことを特徴とする請求項 3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、

接線角度 Φのうち、光源の分割像が L/2に達する接線角度を bとし、

D/W力 SO. 19—0. 35であり、

L/Wが 1 · 9〜3· 5のときに、

輝度分布形成層に接線角度 Φのうち bより大きい部分を 10%〜30%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。

[6] 光学素子を挟んで光源の反対側に拡散板を配置し、

該拡散板の光透過率を 55 %〜 65 %とし厚みを 1mm以上とした

ことを特徴とする請求項 5に記載の面発光装置。

[7] L/Wが 2· 0のときに、

光学素子の輝度分布形成層に接線角度 Φ力 ¾6° 以上の部分を 10%〜； 15%含 むと共に接線角度 Φが 0° の部分を 10%〜20%含むように形成し、

光学素子の厚みを 0· 2mm〜0. 4mmとし、

拡散板の光透過率を 55 %〜 65 %とした

ことを特徴とする請求項 5に記載の面発光装置。

[8] 光学素子を挟んで光源の反対側に拡散板を配置し、

該拡散板を挟んで上記光学素子の反対側に該光学素子とは別の少なくとも一つの 光学素子を配置し、

拡散板と該拡散板のそれぞれ両側に配置された各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。

[9] 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。 [10] 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。

[11] 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。

[12] 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 11に記載の面発光装置。

[13] 上記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 12に記載の面発光装置。

[14] 複数の光源を反射面上に等間隔に配置した

ことを特徴とする請求項 1に記載の面発光装置。

[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、

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とし、

0

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 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 とし、

2

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 φとし、 接線角度 Φのうち最大の接線角度を最大接線角度 aとし、

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を含むようにした

ことを特徴とする光学素子。

n sin (a) = nsin (a— θ ) (1)

0 2

n sin Θ =nsin Θ (2)

0 1 2

x=Wtan Θ + dtan 0 …… (3)

1 2

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力 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力 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とし、

0

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 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 とし、

2

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 φとし、 接線角度 Φのうち最大の接線角度を最大接線角度 aとし、

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を含む光学素子を有する ことを特徴とする液晶表示装置 n sin (a) = nsin (a— Θ ) ··

0 2 n sin Θ =nsin Θ (2)

0 1 2 x=Wtan Θ +dtan0 ·····