JP5209634B2 - 面光源素子アレイおよび画像表示装置 - Google Patents

Description

関連出願

本願は、日本国で２００７年１０月１１日に出願した特願２００７−２６５３９７の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本出願の一部をなすものとして引用する。

本発明は、面光源及び面光源素子アレイに関し、特に点状光源の光を利用した薄型の均一な面光源に関するものである。さらに本発明は、前記面光源素子アレイを用いた液晶表示装置等に関する。

近年薄型テレビとして液晶テレビが普及してきている。液晶テレビは自発光型ではないため、背面から光を照射する必要があり、バックライト（面光源装置）が必要となる。液晶テレビのバックライトは大面積の発光面を有し、且つ前面にわたって輝度が均一であることが求められている。

画像表示装置用のバックライトは、導光板の側面に配した光源の光を導光板で正面方向に誘導し、拡散シートで均一化するエッジライト方式と、照明面の裏側に光源を配し、光を拡散シートで均一化する直下方式が挙げられる。
直下方式は光源を装置の背面に備えることから厚さが厚くなる傾向にあり、このため、携帯電話やモバイルパソコン、カーナビゲーションなど薄さを要求される分野では、光源を側面に備えることで薄型化が実現できるエッジライト方式が主流であった。

一方で、近年、テレビやパソコンモニターを中心にディスプレイの大型化および高輝度化の要求が高まってきた。特にディスプレイの大型化に伴い、上記エッジライト方式では、光源を配置できる周辺部の長さの表示面積に対する割合が減少して、光量が不足するため、十分な輝度を得ることができない。またエッジライト方式ではディスプレイの大型化に伴い導光板の重量が増加するといった問題もある。このようにエッジライト方式では、近年のディスプレイの大型化、高輝度化といった市場の要求に応えることが困難となってきた。

そのため大型のディスプレイ用途では複数光源による直下方式が採用されている。この方式は、光源から放射される光束の割合が高く、且つ光源の数を自由に増加させることができる。すなわち、光量を自由に増加させることができるため、要求される高輝度が容易に得られる。

しかしながら、直下方式では、ランプイメージの解消、薄型化、省エネルギーといった独特の課題を解決する必要がある。特に前記ランプイメージは、エッジライト方式よりもはるかに顕著な輝度ムラとして現れる。このため従来、エッジライト方式で用いられてきた手段、即ち、フィルム表面に拡散材を塗布した拡散フィルムなどの手段ではランプイメージの解消が困難である。

そこで、拡散材を含有した拡散シートが広く用いられている。この方式では、良好な拡散性と光利用効率を得るために、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂等の基材樹脂に、無機粒子や架橋有機微粒子を光拡散材と配合して、光拡散シートを作製する方法がある。

これまでは、光源として光利用効率が高く、また低コストである冷陰極管を光源として用いたバックライトが主流であった。冷陰極管のランプイメージは、拡散シートによって拡散され均一な面光源とすることが可能である。従来の照明装置は均一な面光源とするために光源と拡散シートの間で３０ｍｍ程度の間隔を空けることで面光源を実現することが可能となっていた。

一方、近年、更なる低消費電力化やディスプレイの色再現性の向上が必要であることから、バックライトの光源を冷陰極管ではなく赤、緑、青のＬＥＤを用いたものが開発されている。

しかしながら、このバックライトでは、三色の光を混合させると共にその光強度と色の混ざり具合を均一化させるためには、ＬＥＤの配置面とプリズムシートとの間の空間が一定以上必要となり、そのためバックライトの厚みが大きくなる欠点があった。

またターゲット面をＬＥＤに近接させて且つターゲット面における光強度を均一にしようとすれば、ＬＥＤの数を増やして配置密度を大きくする必要がある。従ってこの場合には多数のＬＥＤが必要となると共に消費電力が大きくなる問題があった。

特許文献１には、基体の上に配設された複数の発光ダイオードと、この発光ダイオードの光出射側に設けられた導光板と、この発光ダイオードと導光板の間で、各発光ダイオードに対向して設けられた光学素子とを備えるバックライト装置が開示されている。このバックライト装置では、発光ダイオードの各色のＬＥＤチップから出射された光を、光学素子により光線の配向パターンにあわせて拡散させ、光学素子を出射した光が導光板全体に広げている。

しかし、このバックライト装置では、各発光素子と光学素子とが１対になって配置され、各対になった光学素子が発光素子からの光を拡散させているため、それぞれの発光素子から出射された各色の光を、光学素子に入射する前に均一に混合させることは不可能である。このため光学素子と導光板の間の空間で均一に各色の光を混合させなければならず、そのためには均一化のために空間内での光路長を十分に取る必要がある。その結果、光学素子と導光板の空間の厚みがかなり大きくなってしまい、薄型化ができないばかりか、導光板の重量が増加してしまう。

上記のように、従来のバックライトでは赤、緑、青の３色のＬＥＤを用いたものが色再現性の点で優れているが、３色のＬＥＤを用いたバックライトでは均一化の為の空間が大きくなるので、厚みと均一性と消費電力のいずれかを犠牲にする必要があり、厚みが薄くて、光強度の分布と色の混ざり具合が均一で、且つ、低消費電力のバックライトを作製することができなかった。

この問題を解決するために、特許文献２には、透明なモールド部の背面に反射部材を設けて、モールド部の中心部には赤、緑、青の発光色の発光素子が封止され、反射部材の中心部付近には外周へ向かうに従って、背面側へ向けて斜めに傾斜した反射領域が形成され、またモールド部の光出射面には、傾斜した傾斜全反射領域が設けられた発光光源が開示されている。前記赤、緑、青の発光色の発光素子から発した光は、傾斜全反射領域で全反射され、更に直接出射領域で全反射され、反射部材での外周端部へ導かれて反射部材の外周端部で反射することによって前方へ出射される。特許文献２では、これによって照射面の光強度と色の混ざり具合が均一で、厚みが薄く、且つ消費電力が小さな発光素子を用いた発光光源ができることが記載されている。しかしながら、この発光光源では、全色の発光素子が中心部に固まって存在しているため、面内で均一な明るさにすることは難しいだけでなく、中心部に設けられた発光素子からの光を十分拡散するためには、モールド部を厚くしなければならない。そのため、薄型化といっても現在主流の冷陰極管タイプのものと同等もしくは厚くなるという欠点がある。

特許２００３−２９７１２７号公報 特開２００６−１４８０３６号公報

そこで本発明の目的は、ターゲット面と発光素子の配置面との間の厚みが薄くても、ランプイメージを生ずることなく、面内で均一な明るさの光を放射できる面光源素子アレイを提供することにある。

本発明の他の目的は、厚みと均一性と消費電力のいずれかを犠牲にする必要がなく、光強度の分布と色の混ざり具合が均一で、且つ、低消費電力の小さな面光源素子アレイを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、面発光する面積を拡大することができるだけでなく、面光源素子それぞれを独自に制御することでエリアごとに明るさや色をコントロールすることができる面光源素子アレイを提供することにある。

本発明の別の目的は、均一に面発光する照明装置や、高品位の画像表示装置を提供することにある。

本発明者らは上記の課題を解決するため以下の点を見出し、本発明を完成した。
第１に、面光源素子アレイにおいて、前記アレイを構成する各面光源素子では、導光体内部に向けて光を出射する発光素子を導光体の側面ではなく内部に配置することにより、発光素子からでる光の大部分が導光体内部を全反射する角度で入射することができ、且つ導光体部分の側面側または底面側の少なくとも一方に反射部材を配設することにより、導光体内部に光を閉じ込めることができる。そして、このようにして導光体内部に閉じ込められた光は、導光体内部の中で均一に混じりあう一方で、導光体の下側または上側もしくはその両方に存在する光制御部材によって、その進行方向を変化させ、導光体の上面から均一な光として出射される。その結果、面光源素子アレイの各構成単位である面光源素子の各々から均一な光が出射され、面光源素子アレイ全面から、極めて均一な光を出射することができることを見出した。

第２に、上記の面光源素子において、発光素子を必ずしも導光体の中心に配置する必要はなく、例えば、複数の発光素子を適切な位置に配置することで、発光素子を複数配設しても、発光素子毎に、それぞれ均一な面発光をすることを見出した。さらに赤、緑、青の発光素子を用いた場合、前記面光源素子内部で各色を均一に混色させることが可能であり、赤、緑、青の発光素子を用いれば、高精彩性を有する面光源となることも見出した。

上記の検討結果に基づいてなされた本発明は、面光源素子が複数配列された面光源素子アレイであって、前記面光源素子は、導光体と、前記導光体の内部に配設された少なくとも１つの発光素子と、前記導光体の上面または底面の少なくとも一方に配設された光制御部材と、前記導光体の側面側または底面側の少なくとも一方に配設された反射部材と、を備え、前記発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射する角度で入射し、前記反射部材は反射により光を導光体内部に戻すように設定され、且つ、前記光制御部材は、反射光の進行方向を変更させ、導光体の外部へ出射させるように設定されている。

前記面光源素子では、面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散部材を設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の１つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が１割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の６割以上であってもよい。

また前記面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有していてもよく、赤、青および緑の３色の発光ダイオードを発光素子として有していてもよい。また、面光源素子内の各発光素子間の距離は、発光素子の直径の２〜５倍程度であってもよい。

本発明は、前記面光源素子アレイの光出射側に透過型表示素子を設けた画像表示装置を包含する。前記画像表示装置では、面光源素子アレイと透過型表示素子との間に、少なくとも１つの光学部材を設けてもよい。

本発明では、発光素子を導光体の内部に存在させるとともに、反射部材で導光体を囲むことにより、光利用効率をあげるだけでなく、導光体の内部で光が反射されて、均等に光を分散でき、均一な面光源を得ることができる。さらに、光が混合するための光路長として、導光体内部の反射を利用できるため、従来困難であった面光源素子の薄型化が実現できる。

さらに導光体部分の形状を変化させることによって任意の形状の面光源発光素子を得ることができるだけでなく、面光源素子を組み合わせることにより、均一な面発光を行う面光源素子アレイを任意の大きさや形状で得ることができる。

そして、面光源素子が単独で均一な面発光を行うため、このような面光源素子を複数配列した面光源素子アレイでは、面発光する面積を拡大することが可能になると共に、面光源素子それぞれを独自に制御することでエリアごとに明るさや色をコントロールすることが可能となる。

前記記載の発光素子が、発色光の異なる点状光源である場合、光源を組み合わせることによって単一の色や白色だけでなく任意の色を出射することが可能となる。このことによってディスプレイ等で重要な色純度の向上、特定の色の発色が可能となる。

さらに、本発明の面光源素子アレイに透過型表示素子を設けることによって、大画面化および薄型化を両立できるだけでなく、高精彩、高コントラスト、低消費電力の画像表示装置を得ることができる。

また、面光源素子と透過型表示素子との間に、光学部材を設けることによって、さらなる光利用効率の向上、視野角特性の調整、面内輝度分布の調整が可能となる。

この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解される。しかしながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。図面は必ずしも一定の縮尺で示されておらず、本発明の原理を示す上で誇張したものになっている。また、添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。
本発明の第１の実施の形態の面光源素子アレイの一部を拡大した概念図である。 本発明の第１の実施の形態で用いられる面光源素子を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態で用いられる面光源素子の断面構成を示す概念図である。 本発明の第２の実施の形態で用いられる面光源素子の断面構成を示す概念図である。 （ａ）は、本発明の実施例１で用いられる面光源素子の上面図であり、（ｂ）はその断面図である。 本発明の実施例１で用いられる光制御部材の上面図である。 （ａ）は、本発明の実施例２で用いられる面光源素子の上面図であり、（ｂ）はその断面図である。 （ａ）は、本発明の参考例１で用いられる面光源素子の上面図であり、（ｂ）はその断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１に従って詳細に説明する。図１は、本発明の面光源素子アレイの一形態を説明するための図であり、面光源素子アレイの上面図を示し、図２は面光源素子の上面図を示す。また、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って、１つの面光源素子の主面と直交した断面図を示す。図１に示すように、面光源素子アレイは、複数の面光源素子５を２次元配列して形成され、正方形の各面光源素子５は、互いに接して配列されている。なお、面光源素子５は透明な導光体１の内部に発光素子２を配設しているため、発光素子２は導光体１を通して視認でき、具体的には、図２に示すように、発光素子２は、赤色発光素子２ａ、青色発光素子２ｂ、および２つの緑色発光素子２ｃで構成されている。

また、図３に示すように、各面光源素子５は、前記導光体１と、導光体１の側面全周および底面に配設された反射部材３と、導光体１の底面の一部を切り欠いた空洞に配設された発光素子２と、を備えている。また図３の面光源素子の上方、すなわち光出射面側には、図示されない液晶パネル６が筐体により支持されて、画像表示装置を形成している。各ＬＥＤの発光角度特性は導光体１の主面と平行な方向を０度として反射部材が形成されている側を−、形成されていない方向を＋とすると−３０°〜４５°の間で光が進行する。図３に示すように、発光素子２から出射した光は導光体１内を全反射しながら進行し、光制御部材４の微小な突起部に光が入射すると、全反射する条件から外れる光が発生し、導光体１の上面から光が出射する。

（導光体）
導光体１は可視光の波長に対して透明であることが好ましく、いわゆる透明であれば、材質は有機材料（例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂など）、無機材料（例えば、ガラスなど）のいずれでもよい。有機材料の一例としては、（メタ）アクリル系樹脂、（メタ）アクリル−スチレン系共重合樹脂、スチレン系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル系共重合樹脂、塩化ビニル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などが挙げられる。これらのうち、（メタ）アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂、ガラス等が好ましい。

可視光波長の光が伝播するときの損失を少なくする観点から、このような導光体の屈折率は、例えば、１．４８〜１．６２程度が好ましく、より好ましくは１．５０〜１．６０程度である。

面光源素子アレイとして２次元配置するために、導光体は、タイル状に組み合わせることができる形態を有するのが好ましい。例えば、タイル状に組み合わせることができる形態としては、３角形、４角形、５角形、６角形などの多角形状が挙げられる。異なる形状を組み合わせて使用することもできるが、製造上の観点から、同じ形状の導光体を用いることが多い。

また、導光体には、発光素子をその内部に封入するため、一部の底面を切り欠いて空洞部分が形成される。このような空洞部分は、射出成形や、圧縮成形、トランスファ成形などの公知または慣用の方法を用いて直接成形してもよいし、所定の形状の成形体を旋盤等を使用して切削してもよい。

（反射部材）
導光体１の主面に対して側面側または底面側の少なくとも一方に、反射部材３が配設される。反射部材３により、導光体の主面に対して上面だけから、すなわち一定の区間でのみ、光が一定方向に出射することが可能となる。反射部材３は、側面側と底面側と同じ材質で形成してもよいし、異なる材質で形成してもよい。

例えば、側面側の反射部材３ａは、導光体１と反射部材３の接近する部分から光が出射されないように正反射する材質が好ましい。たとえば、このような材質としては、単に金属シートを用いてもよいし、オレフィン系樹脂などから形成された樹脂成形品に金属などを被覆または蒸着して用いてもよい。なお、両面で反射する反射部材を側面側に用いた場合、その反射部材に対向する面光源素子の側面側では、反射部材の配設を省略してもよい。

一方、導光体１の底面側の反射部材３ｂは正反射、拡散反射のいずれの性質を有する材質でもよい。正反射する材質としては、前記側面側の反射部材３ａと同様の部材が上げられ、拡散反射する材質としては、拡散性の高い白色樹脂成形品などを反射部材として用いてもよい。

このような反射部材３は、材質に応じて適宜導光体１に対して配設すればよく、例えば、導光体１に対して粘着材を用いて張り合わせてもよいし、蒸着により導光体１に対して直接形成してもよい。また、空気層を介して配設させてもよい。

（発光素子）
発光素子２としては、発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射する角度で入射するかぎり特に限定されず、例えば、このような光出射性を有する発光素子としては、側面出射型発光ダイオード（ＬＥＤ）などが挙げられる。
また、側面出射型発光ダイオードでなくとも、発光素子の上部に光の反射部材、拡散部材、吸収部材などを形成することにより、発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射するような構成とすることができる。

均一な面発光を得る観点から、発光素子２としては、導光体１の主面に対して垂直な方向に光が出射しない光源がよく、発光素子から出射された光のうち、導光体の内部で全反射する角度に入射する光が７割以上であることが必要であるが、７．５割以上であることが望ましく、８割以上であることが更に望ましい。

発光素子は、一つの導光体に対して１個のみ設けられてもよいし、複数個（例えば、２〜４個、好ましくは３〜４個）設けられてもよいが、液晶表示装置の色再現性を高める観点からは、面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有するのが好ましい。さらに、低消費電力である観点から、発光素子としてＬＥＤを用いるのが好ましく、一つの導光体に、赤、青、緑の３色のＬＥＤを、少なくとも１個ずつ設けるのが好ましい。

導光体１における発光素子２の位置は、面内での均一な発光を得る観点から、導光体の端部に近すぎないのが好ましい。たとえば、発光素子は、最も近い導光体の側面から、発光素子の直径の１／４以上離れているのが好ましく、より好ましくは直径の１／３以上、さらに好ましくは直径の１／２以上、特に好ましくは直径の１／１〜３／２程度離れていてもよい。

一方、導光体の内部に発光素子を複数設ける場合、発光素子から出射した光を、反射により均一に混合させる観点から、各発光素子の配設位置は近すぎないのが好ましい。例えば、各発光素子間の距離（各発光素子の中心点を結ぶ距離）は、発光素子の直径の２〜５倍程度が好ましく、より好ましくは２．５〜４．５倍程度、さらに好ましくは３〜４倍程度である。

（光制御部材）
導光体１の上部または下部もしくはその両方に設けられた光制御部材により、導光体１内部で全反射を繰り返していた光の進行方向が変化する。そして導光体１の内部を全反射できない角度の光が発生して導光体１の上面から光が出射される。

光制御部材としては、導光体内で全反射する光の進行方向を変更させ、導光体から光を出射させる性質を有する限り特に限定されず、公知または公用の光制御部材を用いることができる。例えば、光制御部材としては、導光体の底面に配設された微小突起部材であってもよく、また、複数の凸部が、その頂部を導光体の出射面（すなわち上面）側に連なって配設された連接凸部材であってもよい。また、導光体の底面に散乱反射性インクを印刷することにより形成された散乱反射部材などであってもよい。これらの光制御部材は、単独でまたは組み合わせて使用することができる。

例えば、光制御部材として微小突起部材を用いる場合、図３に示すように、光制御部材４として、一定の間隔で突起する複数の微小突起部が、導光体１の底面に配設されている。前記突起部の形状、大きさ、密度などは、全反射光の進行方向を反射角度から変更できる限り特に限定されず、例えば、突起部の形状としては、球状の一部、楕円球状の一部、多角錐状（例えば、三角錐状、四角錐状など）、不定形状などの形状が挙げられる。また、突起部の基底部の大きさとしては、５０〜３０００μｍ程度が好ましく、１００〜２０００μｍ程度がより好ましい。また、基底部の幅に対する突起部の高さは、突起部／基底部＝１／２０〜１／１程度が好ましく、１／１５〜２／３程度がより好ましい。

前記記載の微小突起部は、導光部分の主面に対して上面または下面もしくはその両方に配設され、前記導光体部分を進行する光の進行方向を変化させ、全反射条件を崩して導光体部分の上面から光を取り出す働きをする。突起部について、配設する場所、個数、大きさ、形状を制御することによって、面内の各部分から発する光の明るさ均等にすることでムラがない面光源を得ることができると共に光の広がりをコントロールすることが可能となる。

突起部の密度としては、例えば、光制御部材の主面１０ｍｍ^２に対して、各突起部の基底部の総面積が、０．５〜５ｍｍ^２程度であるのが好ましく、１〜４ｍｍ^２程度であるのがより好ましい。微小突起部の密度が高すぎると、発光素子の周りが明るくなってしまいやすく、低すぎると面内の明るさが不均一となりやすい。

また、光制御部材として連接凸部材を用いる場合、図４に示すように、光制御部材４として、少なくとも一部に曲面を有する複数の凸部を均一に有する連接凸部材が、凸部分を導光体１の上面に密着した状態で配設されている。前記凸部の形状、大きさ、密度などは、全反射光の進行方向を反射角度から変更できる限り特に限定されず、例えば、凸部の形状としては、１次元的配置のレンチキュラーレンズであってもよいし、２次元的配置のレンズアレイタイプや、マイクロレンズアレイであってもよい。

前記記載の連接凸部は、通常、導光体の主面に対して上面に配設され、前記導光体部分を進行する光の進行方向を変化させ、全反射条件を崩して導光体部分の上面から光を取り出す働きをする。

微小突起部材や連接凸部材の作製方法としては、公知の方法を使用でき、例えば、金型を使って、導光体と一体で射出成型をすることにより形成してもよいし、光硬化性樹脂に凹凸形状を転写し、シート状の突起面を形成した後、適当な接着層を介して導光体１と貼り合わせてもよい。

なお、図３に示すように、導光体１の底面に光制御部材４が配設される場合、導光体１の底面側の反射部材３は導光体１と接することなく、通常導光体１の下方に形成される。一方、図４に示すように、導光体１の上面に光制御部材４が配設される場合、導光体１の底面側の反射部材３は導光体１と接して形成される場合が多い。

（面光源素子および面光源素子アレイ）
面光源素子の大きさは、面発光できる限り特に限定されないが、例えば、主面の面積が１ｃｍ^２〜１００ｃｍ^２程度であるのが好ましく、５ｃｍ^２〜８０ｃｍ^２程度であるのがより好ましい。

また、前記面光源素子は、面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散部材を設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の１つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が１割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の６割以上であるのが好ましく、より好ましくは６．５割以上であり、さらに好ましくは７割以上である。

面光源素子アレイは、必要に応じて、同一の発光特性を示す面光源素子のみで構成してもよく、異なる発光特性を示す面光源素子を組み合わせて用いてもよい。同一の発光特定を示す面光源素子で構成した場合、大型化しても面内で均一発光する面光源素子アレイを得ることができる。また、異なる発光特性を示す面光源素子を組み合わせた場合、面光源素子それぞれを独自に制御することで、面光源素子アレイのエリアごとに明るさや色をコントロールすることができる。

本発明で用いられる面光源素子では、発光素子から出射した光が、単一の面光源素子内部で細かく分散して面光源素子の出射面から出射するため、複数の面光源素子を組み合わせた面光源素子アレイでは、発光面積を大きくしたとしても、面光源素子内部で細かく均一に分散した光を面光源素子アレイ全面から出射することができ、その結果、薄型であっても、光強度の分布が均一な面光源素子アレイを形成することができる。

このようにして得られた面光源素子アレイでは、直下方式であっても薄型化が可能であり、例えば、発光素子の底部からターゲット面（すなわち、透過型表示素子）の光出射側までの距離は、５〜１５ｍｍ程度が好ましく、より好ましくは１３ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。

（画像表示装置）
本発明の画像表示装置は、前記面光源アレイの光出射側に、透過型表示素子を設けることにより得ることができる。例えば、図２の導光体１の上方には、液晶パネルなどの透過型表示素子５が載置されている。本発明の画像表示装置（特に、液晶表示装置）は、薄型であっても均一な輝度を有することができ、かつ高いコントラストを有することができる。特に発光素子として赤色、青色および緑色のＬＥＤを用いた場合、低消費電力であっても色再現性に優れ、高品位の画像表示装置を提供することが可能となる。

また、必要に応じて、面光源素子または面光源素子アレイと透過型表示素子との間に光学部材を配設してもよく、これによって面光源素子の明るさや面内の輝度均一性をさらに調節してもよい。代表的な光学部材としては、公知または公用の光学シートを利用することができ、例えば、光を集光させるプリズムシート、光を広げる拡散シート、偏光をコントロールする偏光分離シートなどが挙げられる。

以下に本発明を実施例にてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（面光源素子の面内の輝度分布）
導光体の５ｍｍ上に、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散シートを配設した。発光素子を個別に点灯したときの拡散部材に到達する光量の輝度分布を２５６階調の輝度データとして画像化し、その画像を目視により評価した。導光体の端の部分と中央部分との間の明るさにほとんど差がなく、均一な面発光を示す場合を良好とし、導光体の端の部分と中央部分との明るさに差が生じ、均一な面発光を示さない場合を不良とした。

＜実施例１＞
図５に示すように、大きさ４０ｍｍ角、厚さ５ｍｍで発光素子を配設するために直径６ｍｍの穴を３つ空けた導光体１をポリメタアクリレート樹脂で作製した。導光体１の上面は平坦であり、底面には図６の示す位置に直径１ｍｍの半球形状が３６１個存在する光制御部材４が配設された。そして導光体１の側面側と底面側には、正反射部材３が配設されている。次に、導光体の内部に、発光素子２としてLumileds社のside-emittingタイプの赤色ＬＥＤ１つ、緑色ＬＥＤ２つ、青色ＬＥＤ１つを、図５のように、緑色ＬＥＤ２つを正方形の導光体の対角線上に配置し、赤色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤをそれぞれ正方形の導光体の対角線上に配置した。発光素子であるＬＥＤを赤、緑、青それぞれを個別に点灯したとき、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。

＜実施例２＞
図７に示すように、大きさ４０ｍｍ角、厚さ５ｍｍで発光素子を配設するために直径６ｍｍの穴を３つ空けた導光体１をポリメタアクリレート樹脂で作製した。直径２００μｍ、深さ２０μｍの微小な凹凸を２万個付与した光学シートを導光体の底面に粘着材を介して貼り付けた。導光体１の側面に正反射するフィルムを粘着材で張り合わせ、下面には、同様の正反射フィルムを空気層を介して配置した。発光素子はLumileds社のside-emittingタイプの赤、緑、青のＬＥＤをそれぞれ１つずつ、導光体に形成された穴に配置した。ＬＥＤには全反射条件から外れる角度の光をなくすために、ＬＥＤの上部に拡散性の反射部材を置いた。

面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散シートを設置するとともに、緑のＬＥＤ１つを点灯させた場合、最も明るい部分の輝度は２２５０ｃｄ／ｍ^２であり、導光体の面積のうち７割以上が、２０００ｃｄ／ｍ^２より大きな輝度を示し、均一に面発光していた。
発光素子であるＬＥＤを赤、緑、青それぞれを個別に点灯したとき、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、面光源素子の端の部分と中央部分の明るさは同じであるため、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。
また同時に３色のＬＥＤを点灯することで白色となった。すなわち、全体的にほぼ同じ輝度分布を示しており、なだらかな輝度変化のため輝点などは観測されず、面内における最大輝度に対する最小輝度の比は０．６６であった。また、拡散板上の色度座標は、全体的に白色でばらつきがすくなく、色度座標（Ｘ，Ｙ）において、最大値と最小値との差（△Ｘ，△Ｙ）＝（０．０１７９，０．０２２０）であった。

＜参考例１＞
図８に示すように、大きさ４０ｍｍ角、厚さ５ｍｍで発光素子を配設するために直径６ｍｍの穴を３つ空けた導光体１をポリメタアクリレート樹脂で作製するとともに、発光素子としてLumileds社のside-emittingタイプの白色のＬＥＤをそれぞれ１つずつ、導光体に形成された穴に配置する以外は、実施例２と同様にして、白色のＬＥＤを3箇所で同時に点灯した。面光源素子の主面の上方５ｍｍに設けられた拡散シートでは、面光源素子の面内での輝度分布は良好であった。したがって、面光源素子の端の部分と中央部分の明るさは同じであるため、このような面光源素子を用いた面光源素子アレイでは、均一な面内発光を行うことができる。

なお、白色のＬＥＤに代えて、３箇所の穴に赤、緑、青３色のＬＥＤを配置し、これらのＬＥＤを同時に点灯した場合、中心部の輝度分布が周辺部より高く、面内における最大輝度に対する最小輝度の比は０．５９であった。また、拡散板上の色度座標は、LEDを配置した付近で色変化が大きくなり、色度座標（Ｘ，Ｙ）において、最大値と最小値との差（△Ｘ，△Ｙ）＝（０．０２６２，０．０３６４）であった。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

Claims (10)

1. 面光源素子が複数配列された面光源素子アレイであって、
   前記面光源素子は、導光体と、前記導光体の内部の円柱状の空洞部分に配設された少なくとも１つの発光素子と、前記導光体の上面または底面の少なくとも一方に配設された光制御部材と、前記導光体の側面全周に配設された反射部材と、を備え、
   前記発光素子から出射した光の７割以上が導光体内部で全反射する角度で入射し、前記反射部材は反射により光を導光体内部に戻すように設定され、且つ、前記光制御部材は、反射光の進行方向を変更させ、導光体の外部へ出射させるように設定された面光源素子アレイであって、
   前記面光源素子の主面の上方５ｍｍに、ヘイズ値９０％の拡散性能をもった拡散シートを設置するとともに、面光源素子内部の発光素子の１つを点灯させた場合に、面光源素子の輝度のうち、最も明るい輝度と比較して、輝度の低下が１割以内に収まる面積が、面光源素子の主面の６割以上である面光源素子アレイ。
2. 請求項１において、前記面光源素子は、発色光の異なる点状光源を、発光素子として複数有する面光源素子アレイ。
3. 請求項１または２において、前記面光源素子は、赤、青および緑の３色の発光ダイオードを発光素子として有する面光源素子アレイ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項において、前記面光源素子内の各発光素子間の距離は、発光素子の直径の２〜５倍である面光源素子アレイ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、反射部材が、正反射するフィルムである面光源素子アレイ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、発光素子は、最も近い導光体の側面から、発光素子の直径の１／４〜３／２離れている面光源素子アレイ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項において、１つの面光源素子の中に配設された発光素子の数が１〜４個のいずれかである面光源素子アレイ。
8. 請求項１〜６のいずれか一項において、面光源素子の主面の面積が１〜１００ｃｍ ^２ である面光源素子アレイ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の面光源素子アレイの光出射側に透過型表示素子を設けた画像表示装置。
10. 請求項９において、面光源素子アレイと透過型表示素子との間に、少なくとも１つの光学部材を設けた画像表示装置。

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