(57)【要約】【課題】エッジライト方式の照明装置における輝度ムラ低減に有効で、且つ、照明装置を眺めたときに光偏向要素が視認されず、且つ、高輝度な導光体、及び該導光体を備える照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置を提供する。【解決手段】透光性の導光体と、前記導光体の一方の面に光偏向要素が設けられ、前記導光体の他方の面に光路制御要素が設けられた導光体において、導光体の光入射面に平行な断面形状における単位レンズの平均傾斜角θが、導光体の入射面に平行な方向における中心部から端部にかけて単調減少するように配置することで、観察方向から視認したときの画面中心輝度の向上、輝度の均一性を改善する。【選択図】図２
2014082087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の導光体と、
前記導光体の入射面に臨むよう配置された光源とを備えた照明装置であって、
前記導光体は、第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、
前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面を有し、
前記４つの側端面の少なくとも１つが前記入射面であり、
該入射面の延在方向には複数の前記光源が配置され、
前記第１主面には、
前記入射面から入射し前記導光体内を導光する光を前記第２主面側へと偏向する光偏向要素が形成され、
該光偏向要素は各々が独立して配置される凹状、または凸状のドット形状であり、
前記第２主面には、
前記入射面の延在方向と略直交する方向に延在し、
前記導光体内部を導光する光の光路を規制する光路制御要素が形成されており、
前記光路制御要素は、
前記導光体を前記第１主面に垂直且つ前記入射面の延在方向に平行な面で切断したときの断面形状が丸みを帯びた頂部とその両側の湾曲側面とが滑らかに接続された曲面形状により形成される、少なくとも１つ以上の単位レンズからなり、
前記単位レンズのレンズピッチをＰ、前記単位レンズの端部を０、前記Ｘ方向に測った変位をｔ、
前記第１主面に垂直且つ前記Ｘ方向に平行な面で切断したときの、前記単位レンズの縁部と前記第２主面との距離をｆ（ｔ）とした際の、
以下の［式１］で定義される前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θが前記第２主面の前記Ｘ方向の中心から、前記第２主面の前記側面部へ離れるにつれ、単調に減少することを特徴とする照明装置。
【数５】
2014082087.tif 000009
【請求項２】
前記導光体の前記Ｘ方向における変位をｘ、前記導光体の一方の端部をＬ０、前記導光体の他方の端部をＬｘとすると、
前記導光体の前記Ｘ方向における（９／２０）Ｌｘから（１１／２０）Ｌｘの領域における前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θ１［ｄｅｇ］が３５ｄｅｇより小さく、かつ、
前記導光体の前記Ｘ方向における端部Ｌ０から（１／１０）Ｌｘもしくは（９／１０）Ｌｘから端部Ｌｘの領域における端部領域における、前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θ２［ｄｅｇ］が１５ｄｅｇより大きい
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記ｆ（ｔ）が、ｔの４乗の項を含む高次多項式関数であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記ｆ（ｔ）が、円弧の一部からなる関数、もしくは、楕円弧の一部からなる関数であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光体の前記第１主面と対向する位置には反射シートを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記導光体の第２主面と対向する位置には少なくとも１枚以上の透過性光学シートを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載される照明装置と、
を具備することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体、及び照明装置並びに表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては主に、直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。
【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、図８に示されるように、複数の冷陰極管やＬＥＤ１０６が、導光体１０７と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光体１０７の射出面１０７ｂ（画像表示素子と対向する面）の逆側の面（光偏向面１０７ａ）には、該導光体１０７の端面から入射する入射光を効率良く射出面１０７ｂへと導く光偏向要素１１８が形成される。現在、光偏向面１０７ａに形成される光偏向要素１１８としては白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的（例えば特許文献１）である。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無指向に拡散反射されるため、導光体１０７の射出面側への光取出し効率は低い。白色インキによる光吸収も無視することはできない。
【０００４】
そこで最近では、マイクロレンズをインクジェット法によって導光体１０７の光偏向面１０７ａへと形成する方法や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素１１８を形成する方法などが提案されている。白色インキと違い、導光体１０７の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光体１０７を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、インクジェット法やレーザーアブレーション法による光偏向要素１１８の形成は、白色インキの印刷と同様、導光体１０７を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減る訳ではない。むしろ、白色インキの印刷工程よりもタクトタイムが長く、また、設備のイニシャルコストが高いなど、高コストとなる問題がある。
【０００６】
そこで、導光体１０７を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素１１８を押出時にダイレクトに賦形する方法も提案されている（例えば特許文献２）。導光体１０７の成形と同時に光偏向要素１１８も形成されるため工程数が減り、低コスト化が実現できる。
【０００７】
しかしながら、射出成形法で導光体１０７を作製する場合、サイズが大きくなるほど射出成形機には高い圧力が必要となるため、携帯電話やノートパソコンなどの比較的小型な表示装置用の導光体作製には適しているものの、テレビ等の大型な表示装置への適用は難しい。一方で押出成形法は、大型の導光体作製に適した製造方法ではあるが、円筒状のロール金型を用いたＲｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌでの成形が基本であるため、以下に示すような課題がある。
【０００８】
導光体１０７の光偏向面１０７ａに形成される光偏向要素１１８は、二次元的な疎密配置とする必要がある。図５（ａ）は導光体１０７の側端面１０７ｓに、光源１０６を配し、光源の光軸方向Ｙに光偏向要素１１８を疎密パターニングした際の面内輝度分布を示している。側端面から入射した光が導光体内で扇状に広がり、複数の光源の重なりの影響や、光源が配されない左右の側端面での反射や漏れ光などの影響により、面内左右に三角形の輝度が低い領域１００Ｓが生じる。
【０００９】
特許文献３には、一次元方向に光偏向要素１１８を疎密パターニングした例として、一方向に延在するプリズム溝を有した導光体１０７が示されている。このような一次元方向のみの疎密パターニングされた導光体１０７は、上述した輝度が低い領域Ｓが生じるため好ましくない。
【００１０】
このような面内の輝度ムラを低減するには、疎密パターニングを上下方向の一次元だけでなく、面内二次元的に疎密パターニングする必要がある。しかしながら、ロール金型を用いる押出成形法においては、光偏向要素１１８を二次元的な疎密配置として形成することは難しい。一方向であれば、ロール金型の幅方向には疎密パターニング可能であるが、ロール金型周回方向に粗密を形成すると、光偏向要素１１８のシームレス化ができない。こうした場合、光偏向要素１１８の周回方向のパターン幅と、ロール金型の直径との整合を取らないと、押出成形時に余白が生じてしまう。しかしながら、テレビのサイズは例えば小型サイズとしては１９インチから、大型サイズでは６０インチ以上となり、全てのサイズに合わせて直径の異なるロール金型を準備することは現実的ではない。
【００１１】
ところで、エッジライト方式において使用される導光体１０７は、上述したとおり、射出面１０７ｂと対向する位置に光偏向面１０７ａを備え、光偏向面１０７ａには白色のドットパターンやマイクロレンズ（凹型、凸型）、その他レンズ形状の光偏向要素１１８が形成される。
【００１２】
しかしながら、どのような光偏向要素１１８であっても、規則的に、または規則性を有する擬似不規則的に配列された反射層や構造物で形成されるため、例えばＢＥＦ（スリーエム社登録商標）に代表されるようなプリズムシート１２０との干渉（モアレ干渉縞）の問題や、光偏向要素１１８の像が視認されるといった問題があり、その解決手段としては、導光体１０７とプリズムシート１２０との間に、特許文献４に示されるような拡散フィルム１０８を使用する方法が一般的である。
【００１３】
また、特許文献５には、導光体１０７の射出面１０７ｂ側に、光源の光軸方向に延在する凸レンズ列を配列し、凸レンズの、光入射面１０７Ｌと平行な断面による断面形状が円弧の一部からなる導光体１０７が開示されている。これは、導光体１０７に凸レンズ列を形成することで、導光体１０７の輝度分布の均一性を実現し、且つ、導光体１０７の光偏向面１０７ａに形成した光偏向要素１１８を視認できなくするものである。
また、特許文献５には、上記導光体１０７に光拡散微粒子を含有させた導光体１０７も開示されているが、光拡散微粒子を含有させることにより製造コストが上昇するなどのデメリットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１−２４１５９０号公報
【特許文献２】特開２０００−８９０３３号公報
【特許文献３】特開２００６−１５５９９４号公報
【特許文献４】特開２００４−２９５０８０号公報
【特許文献５】特許第３９６０８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、ロール金型を用いた押出成形法によっても作製することができ、エッジライト方式の照明装置における輝度ムラ低減に有効で、且つ、照明装置を眺めたときに光偏向要素が視認されず、且つ、高輝度な導光体、及び該導光体を備える照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上述の問題を解決するために、以下のような手段を講じる。
即ち、第１の発明は、透光性の導光体と、
前記導光体の入射面に臨むよう配置された光源とを備えた照明装置であって、
前記導光体は、第１主面と、前記第１主面と対向する第２主面と、
前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面を有し、
前記４つの側端面の少なくとも１つが前記入射面であり、
該入射面の延在方向には複数の前記光源が配置され、
前記第１主面には、
前記入射面から入射し前記導光体内を導光する光を前記第２主面側へと偏向する光偏向要素が形成され、
該光偏向要素は各々が独立して配置される凹状、または凸状のドット形状であり、
前記第２主面には、
前記入射面の延在方向と略直交する方向に延在し、
前記導光体内部を導光する光の光路を規制する光路制御要素が形成されており、
前記光路制御要素は、
前記導光体を前記第１主面に垂直且つ前記入射面の延在方向に平行な面で切断したときの断面形状が丸みを帯びた頂部とその両側の湾曲側面とが滑らかに接続された曲面形状により形成される、少なくとも１つ以上の単位レンズからなり、
前記単位レンズのレンズピッチをＰ、前記単位レンズの端部を０、前記Ｘ方向に測った変位をｔ、
前記第１主面に垂直且つ前記Ｘ方向に平行な面で切断したときの、前記単位レンズの縁部と前記第２主面との距離をｆ（ｔ）とした際の、
以下の［式１］で定義される前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θが前記第２主面の前記Ｘ方向の中心から、前記第２主面の前記側面部へ離れるにつれ、単調に減少することを特徴とする照明装置である。
【００１７】
【数１】
2014082087.tif 000003
【００１８】
第２の発明は、前記導光体の前記Ｘ方向における変位をｘ、前記導光体の一方の端部をＬ０、前記導光体の他方の端部をＬｘとすると、
前記導光体の前記Ｘ方向における（９／２０）Ｌｘから（１１／２０）Ｌｘの領域における前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θ１［ｄｅｇ］が３５ｄｅｇより小さく、かつ、
前記導光体の前記Ｘ方向における端部Ｌ０から（１／１０）Ｌｘもしくは（９／１０）Ｌｘから端部Ｌｘの領域における端部領域における、前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θ２［ｄｅｇ］が１５ｄｅｇより大きい
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置である。
第３の発明は、前記ｆ（ｔ）が、ｔの４乗の項を含む高次多項式関数であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置である。
第４の発明は、前記ｆ（ｔ）が、円弧の一部からなる関数、もしくは、楕円弧の一部からなる関数であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置である。
第５の発明は、前記導光体の前記第１主面と対向する位置には反射シートを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置である。
第６の発明は、前記導光体の第２主面と対向する位置には少なくとも１枚以上の透過性光学シートを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置である。
第７の発明は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載される照明装置と、
を具備することを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置によれば、これらの照明装置、表示装置を目視した際に、輝度ムラが視認されず、且つ、照明装置、表示装置の輝度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態による導光体を備えた照明装置を含む液晶表示装置の概略断面図である。
【図２】（ａ）本発明の照明装置に用いる導光体の一例を示す斜視図である。（ｂ）本発明の照明装置に用いる導光体を光入射面に直交する方向に切断したときの断面図である。（ｃ）本発明の照明装置に用いる導光体を光入射面に平行な方向に切断したときの断面図である。
【図３】（ａ）単位レンズがない導光体を射出面側から眺めたときに、扇状に伝播する光を表す図である。（ｂ）単位レンズがない導光体を光入射面に平行に切断したときの断面図であり、導光体内部を伝播する光を表す図である。
【図４】（ａ）単位レンズが形成された導光体を射出面側から眺めたときに、伝播する光を表す図である。（ｂ）単位レンズが形成された導光体を光入射面に平行に切断したときの断面図であり、導光体内部を伝播する光を表す図である。
【図５】（ａ）単位レンズがない導光体または単位レンズの平均傾斜角が１５ｄｅｇより小さい導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表す。（ｂ）単位レンズが形成された平均傾斜角が３５ｄｅｇより大きい単位レンズが形成された導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表す。（ｃ）単位レンズが形成された導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表す。
【図６】（ａ）単位レンズが形成された導光体を、光入射面に平行に切断したときの、断面図である。（ｂ）単位レンズが形成された導光体を視覚方向から眺めたときの、光偏向要素の像の見え方の一例を表す図である。
【図７】導光体からの射出光強度の角度分布を表す図である。
【図８】従来の導光体と、従来の導光体を含んだ液晶表示装置を表す図である。
【図９】従来の導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態における導光体７を備える照明装置３、及び該照明装置３を具備する表示装置１の概略断面図であり、各部位の縮図は実際とは一致しない。
図１に示す表示装置１は、画像表示素子２と、この画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された照明装置３を備える。
画像表示素子（液晶表示素子）２は、液晶層９を２つの偏光板１０、１１で挟んで構成されている。
照明装置３は、拡散シート２８、集光シート２０、等方性拡散シート８、導光体（導光板）７、及び反射板５の順に配置した積層体と、導光体７の側面に配置された光源６を少なくとも含んで構成される。この照明装置３は、拡散シート２８を画像表示素子２に臨ませて配置される。
等方性拡散シート８は、導光体７から射出される光を等方的に拡散する機能を有する。集光シート２０は等方性拡散シート８によって拡散された光を、視覚方向Ｆへと集光する機能を有する。拡散シート２８は、集光シート２０によって集光された光を拡散し、また集光シート２０を保護する機能、及び集光シート２０に形成される周期構造と画像表示素子２の周期構造とによるモアレ干渉縞の発生を抑制する機能を有する。あるいは、集光シート２０によって集光された光の偏光を分離する機能を有していても良い。
【００２２】
等方性拡散シート８は、導光体７から射出される光を等方的に拡散する機能を有する。等方性拡散シート８は、例えば、透明基材の表面に半球状のマイクロレンズが多数配列されたマイクロレンズシートを用いることができる。具体的には、透明樹脂中に球状粒子を分散させ、球状粒子の一部を表面から突出させたものを用いることができる。集光シート２０は、例えば基材２３の表面に複数のプリズム２４が形成されたプリズムシートが一般的に良く用いられる。また、偏光分離機能を有する拡散シート２８としては、ＤＢＥＦ（スリーエム社登録商標）に代表されるような、一方の偏光を透過し、もう一方の偏光を反射する反射型偏光分離シートが一般的によく用いられる。反射板５としては、例えば白色ＰＥＴのように基材中に気泡や散乱材を分散させた反射板を用いることができる。
【００２３】
本発明の照明装置としては、透過性光学シートとして拡散シート２８、集光シート２０、等方性拡散シート８のうち少なくとも１つが選択される。
【００２４】
光源６としては例えば点光源が挙げられる。点光源としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）が挙げられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤや光の３原色である赤色、緑色、青色のチップで構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。または光源６はＣＣＦＬ（冷陰極管）に代表される蛍光管であっても良い。図１では、光源６が導光体７の対向する２つの端面７Ｌに、その延在方向に複数配置された例を示しているが、これに限らず、１つの端面のみに配置する場合、または４つの端面に配置される場合などもあり得る。また導光体７の形状は、図１に示すような平板形状ではなく、楔形状等であっても良い。
【００２５】
導光体７の視覚方向Ｆが第２主面７ｂであり、第２主面７ｂとは反対側の面には第１主面７ａが形成される。第１主面７ａには、光源６からの入射光を第２主面７ｂ側へと偏向する光偏向要素１８が形成される。光偏向要素１８としては、ドット状の構造物、例えば凹型、または凸型のマイクロレンズ形状や角錐形状、円錐形状等の構造物が挙げられる。この光偏向要素１８による第２主面７ｂ側への光偏向量は、単位面積当りの光偏向要素１８の占める面積が大きいほど多くなる。
【００２６】
図２（ａ）は、光偏光要素１８が凹型のマイクロレンズ形状（球面、または非球面形状のマイクロレンズ）である場合の導光体７の斜視図である。図２（ｂ）は入射面７Ｌと直交する方向に切断した際の導光体７の断面図であり、図２（ｃ）は入射面７Ｌと平行な方向に切断した際の導光体７の断面図である。
図２（ａ）〜（ｃ）に示される導光体７では、入射面７Ｌと直交する方向に間隔が変化するように複数の光偏向要素１８が第１主面７ａに形成されている。入射面７Ｌと直交する方向とは、言い換えると、入射面７Ｌから入射した光源６からの入射光の光軸方向でもある。光偏向要素１８は、入射面７Ｌから入射される光を、第２主面７ｂ側へと立ち上げる。光偏向要素１８は一次元方向の疎密パターンであり、入射面７Ｌに近いほど疎（単位面積当りの光偏向要素１８の占める面積が小）となるように配置され、入射面７Ｌから離れるほど密（単位面積当りの光偏向要素１８の占める面積が大）となるように配置される。
【００２７】
導光体７の第２主面７ｂには複数の単位レンズ１６が形成される。単位レンズ１６は、入射面７Ｌと直行する方向に延在するように配列される。単位レンズ１６は、断面視で丸みを帯びた頂部とその両側の湾曲側面とが滑らかに接続された曲面形状により形成される。単位レンズ１６の頂部の接線角度は０度であり、頂部から第２主面７ｂに至るにつれ、接線角度は次第に大きくなり、単位レンズの端部（第２主面７ｂとの接合部）において、接線角度は最大となる。
【００２８】
次に、単位レンズ１６の効果について図３を用いて説明する。
図３（ａ）は、単位レンズ１６が無い場合の導光体７の上面図である。単位レンズ１６が無い場合、光源６から射出された光は、入射面７Ｌから導光体７に入射し、導光体７内部を扇状に広がりながら導光する。図３（ｂ）は、導光体７を、入射面７Ｌ側から眺めた場合の光の進路を表す図である。光は第２主面７ｂと第１主面７ａで内部反射を繰り返しながら、広がって伝播する。
【００２９】
一方、図４（ａ）は単位レンズ１６が有る導光体７の上面図である。単位レンズ１６がある場合、入射面７Ｌから入射した光は、単位レンズ１６の内側面によって、入射面７Ｌと平行な方向における向きを変えながら反射を繰り返して導光する。図４（ｂ）は、導光体７を、入射面７Ｌ側から眺めた場合の光の進路を表す図である。光は、単位レンズ１６で反射されて、向きが変えられるので、単位レンズ１６がない場合と比べて広がらずに伝播する。
【００３０】
図５に、導光体７の入射面７Ｌに光源６を配置し、光偏向要素１８は入射面７Ｌに近いほど疎に、離れるほど密に配置した場合の輝度分布を示した、図５（ａ）は、単位レンズ１６がない導光体または単位レンズの平均傾斜角が１５ｄｅｇより小さい導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表したものである。図５（ｂ）は、単位レンズを形成した導光体または平均傾斜角が３５ｄｅｇより大きい単位レンズが形成された導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表したものである。図５（ｃ）は、単位レンズが形成された導光体を射出面側から眺めたときの輝度分布を表したものである。
なお、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、単位レンズは、面内で均一な形状となっている。また、導光体７の入射面７Ｌに光源６を配置し、光偏向要素１８は入射面７Ｌに近いほど疎に、離れるほど密に配置している。つまり、光偏向要素１８は入射面７Ｌと平行な方向は略均一に配置された一次元の疎密パターンでああり、入射面７Ｌと直交する方向には、入射面７Ｌから離れるほど密に配置されるような高次の多項式で近似される疎密パターンである。
また、導光体７は射出面全面を均一な輝度でなくても良い。例えば、導光体７の中心部が最も輝度が高まるように、光偏向要素１８の疎密パターンを形成することが出来る。なお、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、導光体７の一部分を拡大して示したものであり、実際の縮尺比とは異なる。
【００３１】
図５（ａ）は単位レンズ１６が無い場合、または単位レンズの平均傾斜角が１５ｄｅｇより小さい場合の輝度分布である。光偏向要素１８が入射面７Ｌと平行な方向は略均一に配置された一次元の疎密パターンである導光体７の第２主面７ｂに単位レンズ１６が無いと、光源６が配置されない側端面７ｓ側に三角形状の暗部Ｓが生じてしまう。これは、図３で示されているように、光源６から導光体７に入射した光が扇状に広がって導光することに起因し、複数の光源６による導光の重ね合わせ、そして光源６が配置されない側端面７ｓからの光漏れ、また複数の光源６の配置などによって、三角形状の暗部Ｓが生じてしまう。従って、通常は、暗部Ｓが生じないように、そして導光体７の第２主面７ｂの中心輝度が高まるように、光偏向要素１８は二次元の疎密パターンで形成する必要がある。
また、単位レンズを形成することで、単位レンズを形成しない場合と比較して暗部Ｓは視認されにくくなるものの、単位レンズの平均傾斜角が１５ｄｅｇよりも小さい場合には、図４に示しているような、光源６から入射した光が扇状に広がらないように閉じ込めておく効果が小さくなるため、三角形状の暗部Ｓは視認される。
なお、単位レンズの平均傾斜角は、単位レンズ１６のＸ方向に沿った変位をｔ、単位レンズ１６の縁部と第２主面との距離をｆ（ｔ）、単位レンズ１６のピッチをＰとすると、［式１］で表される。
【００３２】
【数２】
2014082087.tif 000004
【００３３】
図５（ｂ）は、単位レンズを形成した場合、平均傾斜角θが３５ｄｅｇより大きい場合の輝度分布である。図４に示されているように、第２主面７ｂに単位レンズ１６を形成することで、光源６から入射した光は扇状に広がらないよう、単位レンズ１６によって反射を繰り返して、一定の範囲内を略直進する。このとき、単位レンズの平均傾斜角θは、角度が大きいほど、単位レンズ６の屈折効果が強く、観察方向Ｆに指向性の強い光が射出され、光閉じ込め効果が強まるため、光の直進性が向上する（図５（ｂ））。ただし、このとき単位レンズの光の閉じ込め効果が強すぎると明暗ムラＨが視認される。具体的には、平均傾斜角が３５ｄｅｇよりも大きい単位レンズを形成した場合には、明暗ムラＨが視認される場合がある。一方、平均傾斜角θが小さいほど、単位レンズ６の屈折効果が弱くなるため、射出光が広がり、光閉じ込め効果も弱くなり、光の直進性は低下する（図５（ａ））。
【００３４】
図５（ｃ）は、単位レンズの平均傾斜角θを最適な角度にすることで、図５（ａ）（ｂ）に示されるような暗部Ｓや明暗ムラＨが解消された結果を示す図である。しかしながら、図５（ｃ）にあっても、面内で均一な形状となっている単位レンズを形成した導光体にあっては、暗部Ｓや明暗ムラＨを十分に解消することはできない。
【００３５】
本発明の照明装置に用いる導光体７にあっては、［式１］で定義される前記単位レンズの１ピッチ分の平均傾斜角θが前記第２主面の前記Ｘ方向の中心から、前記第２主面の前記側面部に向かうにつれ、単調に増加することを特徴とする。導光体７の中心部での光源の明暗ムラＨを抑制し、側端面７Ｓからの光モレを低減するためには、単位レンズ６の平均傾斜角θを導光体７の中心部から側端面７Ｓにむけて、徐々に大きくなるように配置することで、導光体７の中心部では光の直進性が弱くなるため、導光体７の面内での輝度均一性が向上し、端部では光の直進性が強まるため、側端面７Ｓからの光モレを抑制することができる。
【００３６】
なお、本発明の照明装置に用いる導光体７にあっては、平均傾斜角θが前記第２主面の前記Ｘ方向の中心から、前記第２主面の前記側面部へ離れるにつれ、単調に減少することを特徴とするが、本発明での「Ｘ方向の中心」は、導光体７のＸ方向端部Ｌ０から端部Ｌｘの範囲において（９／２０）Ｌｘから（１１／２０）Ｌｘの範囲内の中心領域を指す。本発明にあっては、当該中心領域において平均傾斜角θが最小となる単位レンズが存在し、側端面７Ｓにむけて平均傾斜角θが単調に増加すればよい。
【００３７】
本発明の導光体７を用いた表示装置１は、画面中心ほど輝度が高いことが望ましい。単位レンズ６が形成された導光体７の光偏向要素１８は一次元の疎密であるため、入射面７Ｌと直交する方向については疎密パターンを適宜調整することで、画面中心部の輝度を高めることが可能であるが、入射面７Ｌと平行な方向は略均一である。本発明の導光体にあっては、単位レンズの平均傾斜角θを、入射面７Ｌと平行な方向で導光体７の中心部での平均傾斜角θより、導光体７の側端面７ｓに近い領域の平均傾斜角θの方が大きくなるように、適宜調整し、光源６から入射した光の直進性を制御することで、入射面７Ｌと平行な方向についても、画面中心ほど輝度が高くなるように調整することが可能となる。
【００３８】
本発明の照明装置に用いる導光体７にあっては、図５（ｂ）に示すように、［式２］で表される、導光体７の中心領域（９／２０）Ｌｘから（１１／２０）Ｌｘの範囲における、単位レンズ６の平均傾斜角θ１が、大きすぎると、光の直進性が強くなり、光源６から入射した光が、光入射面７Ｌの近傍で明暗のムラＨとして視認されてしまうため、単位レンズ６の平均傾斜角θ１は、３５ｄｅｇより小さいことが望ましい。
【数３】
2014082087.tif 000005
【００３９】
また、［式３］で表される、導光体７の端部Ｌ０から（１／１０）Ｌｘ、もしくは（９／１０）Ｌｘから端部Ｌｘの範囲における、単位レンズ６の平均傾斜角θ２が小さすぎると、光の直進性が弱くなり、導光体７の側端面７Ｓから漏れる光が増加し、図５（ａ）に示すような暗部Ｓが発生してしまうため、単位レンズ６の平均傾斜角θ２は、１５ｄｅｇより大きいことが望ましい。
【数４】
2014082087.tif 000006
【００４０】
繰り返しになるが、単位レンズ１６は、図６（ａ）に示すように、断面視で例えば丸みを帯びた頂部とその両側の湾曲側面とが滑らかに接続された曲面形状に形成されている。単位レンズ１６の頂部Ｔ１の接線角度は０度であり、頂部から第２主面７ｂに至るにつれ、接線角度は次第に大きくなり、単位レンズ１６の端部Ｅ１において、接線角度は最大となる。
従って、単位レンズ１６が多数配置された導光体の第１主面７ａ側に、略ランバート光を射出するような点光源を設置した場合、点光源から射出された斜め方向の光Ｋが単位レンズ１６表面での屈折により正面方向へ立ち上げられ、導光体７の第２主面７ｂ側から点光源を観察すると、点光源は線状光源として視認される。ここで、導光体７の光偏向要素１８で反射して立ち上げられる光は、厳密にはその配光分布はランバート光と異なるが、点光源と同義として扱うことが出来る。
【００４１】
すなわち、例えば図２で示されたような円、もしくは楕円形の光偏向要素１８の各々を点光源としてみたとき、単位レンズ１６が配置された導光体７の光第２主面７ｂ側から観察すると、図６（ｂ）に示されるように光偏向要素１８がＸ軸方向に線状に広がって見える。
図６（ｂ）では、導光体７の光偏向要素１８を点線、導光体７を視覚方向Ｆ側から眺めたときの光偏向要素１８の像を実線で描いており、光偏向要素１８が六方配列で配列される例を示した。
【００４２】
単位レンズ１６の形状は、ｆ（ｔ）が球面の一部、もしくは四次以上の項を含む多項式関数からなる形状とすることで、導光体７から射出する光が適度に広がった光となり、より効果的に輝度を高めることができる。
図７は、ｆ（ｔ）が（ａ）球面関数（θ＝２８°）、（ｂ）四次関数（θ＝２０°）の場合と、比較として（ｃ）単位レンズ１６が９０°プリズム（θ＝４５°）の場合と、（ｄ）単位レンズ１６が形成されない場合の、導光体７からの射出光の角度分布（導光体７がＰＭＭＡ（屈折率１．４９）の場合のシミュレーション結果）を表す。
この角度分布は図６（ａ）に示す、導光体７をＸ軸方向に平行な面で切断したときの、Ｘ軸とのなす角を表す。つまり、角度分布のピークが鋭い場合は正面方向へ射出する光が強いことを表し、角度分布が大きく広がる場合はＸ軸方向へ傾いた光が多く射出されることを表す。
このような導光体７に等方性拡散シート８と、さらにプリズムシート２０をプリズム２４の延在方向が単位レンズ１６と平行になるように載せた場合を考える。このとき、単位レンズ１６が９０°プリズムの場合、導光体７からの射出光の集光性が強すぎるので、プリズムシート２０を載せたときに発生する全反射によって輝度が低下するので、好ましくない。単位レンズ１６が形成されない場合、角度分布が広がりすぎて、プリズムシート２０のプリズム２４による光立ち上げがうまく行われず、輝度が十分に上がらない。一方、単位レンズ１６のｆ（ｔ）が球面関数、もしくは四次関数の場合、角度分布が適度に広がった分布となるため、プリズムシート２０のプリズム２４により、視覚方向Ｆへ効果的に光が立ち上げられ、輝度が上昇する。
【００４３】
本発明の導光体７は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）に代表されるアクリル樹脂、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等の透明樹脂を用いて、当該技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって、光偏向要素１８、及び単位レンズ１６を一体で成形する。または、平板の導光体７を上述した製法で成形した後、光偏向要素１８、及び単位レンズ１６を印刷法や、ＵＶ硬化樹脂、放射線硬化樹脂などを用いて形成しても良い。
【００４４】
本発明の導光体７は上述した製法のうち、特に押出成形法を用いて、光偏向要素１８と単位レンズ１６とを一体に成形することが望ましい。これにより、導光体７を作製するための工程数が減り、またロール・トゥ・ロールでの成形であるため、量産性が高いためである。
【００４５】
本発明の導光体７に形成される光偏向要素１８は一次元方向の疎密パターンであるため、ロール金型の幅方向と一次元方向の疎密方向とを一致させ、ロール金型の周回方向は略一定の間隔で配置することで、ロール・トゥ・ロールでの導光体７の成形が可能となる。本発明の導光体７は単位レンズ１６が同時に形成されるため、光偏向要素１８が一次元の疎密パターンであっても、三角形状の暗部Ｓが生じない導光体７を得ることが出来る。或いは、ロール金型の周回方向と一次元方向の疎密方向とを一致させ、ロール金型の幅方向には一定の間隔で光偏向要素１８を配置した金型で導光体７の成型を行うことも可能である。
この金型は、金型に対して各種レンズ形状を有する切削工具を用いて切削し、断面形状が光偏向要素１８および単位レンズ１６の凹凸部に対応する部分を作製する。
【００４６】
画像表示素子２は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本実施形態の照明装置３により、視覚方向Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、光偏向要素１８の視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子２は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
【００４７】
以上、本発明の照明装置３、並びに表示装置１の実施形態について説明したが、本発明の照明装置３は表示装置１のみに適用されるものではない。すなわち光源６から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明装置３として例えば照明機器などにも使用できることは想像に難しくない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例に基づいて本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００４９】
以下に示す導光体７と照明装置３を作製した。
導光体７は、５００ｍｍ×９００ｍｍの４０インチサイズの直方体であり、厚みを３ｍｍとした。導光体７の２つの短辺（５００ｍｍ側）を光入射面７Ｌとした。また、それぞれの入射面７Ｌに対向するように、ＬＥＤからなる光源６を、一列に配列した。
導光体７の第１主面７ａに形成される光偏向要素１８を凹型のマイクロレンズ形状とし、光入射面７Ｌに近い領域はマイクロレンズが占める面積を小さくし、光入射面７Ｌから離れ、導光体７の中心に近付くほどマイクロレンズが占める面積が大きくなるよう、一次元の疎密パターンとした。すなわち、導光体７の中心領域が最も密になるように、高さ２０μｍのマイクロレンズが配置される。マイクロレンズは、底面が楕円形状で、楕円体の一部からなる形状からなり、底面の短軸幅は１００μｍ、長軸幅は２００μｍとし、長軸方向と入射面７Ｌが平行になるように、光偏向要素１８を六方配列した。
また、導光体７の第２主面７ｂには、単位レンズ１６を導光体７の長辺と平行な方向に延在するように多数配列した。
導光体７の第２主面７ｂ側に、等方性拡散シート８をこの順に載せて、照明装置３を作製した。等方性拡散シート８は、透明基材の表面に半球状のマイクロレンズが多数配列されたマイクロレンズシートを用いた。
導光体７はアクリル樹脂（ＰＭＭＡ、屈折率１．４９）の押し出し成型により、ロール金型に形成した光偏向要素１８のパターンと単位レンズ１６のパターンを転写することにより、一体で作製した。
ロール金型は単位レンズ１６の断面形状となる切削工具を用意し、ロール状の金型に、平均傾斜角θを変化させるために切削する深さを変更することで、同一の切削工具で、複数の単位レンズ断面形状が得られるように切削加工を実施した。
【００５０】
照明装置３を視覚方向Ｆから眺めたときの暗部Ｓ、明暗ムラＨが視認されるか否かの確認、及び、入射面７Ｌ近傍の輝度低下率の測定を、以下の方法で行った。
【００５１】
＜暗部Ｓ、明暗ムラＨの視認性の確認＞
照明装置３の最表面から１００ｃｍ離れた位置に視点を置いて、照明装置３を眺めたときに暗部Ｓが視認されるか否かを目視で確認し、以下のように評価をおこなった。
（暗部Ｓの評価）
二重丸印：暗部Ｓが全く確認されない。
丸印    ：暗部Ｓが確認されないものの、長時間みると暗部Ｓがうっすら確認される。
三角印  ：暗部Ｓがうっすら確認される。
バツ印  ：暗部Ｓが確認される。
（明暗ムラＨの評価）
二重丸印：明暗ムラＨが全く確認されない。
丸印    ：明暗ムラＨが確認されないものの、長時間みると明暗ムラＨがうっすら確認される。
三角印  ：明暗ムラＨがうっすら確認される。
バツ印  ：明暗ムラＨが確認される。
【００５２】
＜輝度低下率の測定＞
照明装置３の最表面から５０ｃｍ離れた位置に、分光放射輝度計（ＳＲ３、トプコン製）を設置し、照明装置３の輝度を測定した。導光体７の光源の入射面７Ｌから５ｃｍ離れた領域の輝度ＬＡと、導光体７の中心部の領域の輝度ＬＢを測定し、以下のように評価をおこなった。
（輝度低下率の評価）
丸印    ：ＬＡ／ＬＢが０．７以上。
三角印  ：ＬＡ／ＬＢが０．６以上０．７未満。
バツ印  ：ＬＡ／ＬＢが０．６未満。
【００５３】
（参考例）
導光体７の第２主面７ｂが、平面となるような導光体を作製した。
【００５４】
（実施例１ａ、実施例１ｂ）
導光体７の第２主面７ｂに、単位レンズ１６を延在方向が長辺と平行な方向に並ぶように複数形成した。単位レンズ１６を短辺と平行な方向に切断したときの断面形状ｆ（ｔ）は球面の一部からなり、平均傾斜角θは導光体中心から導光体端部に向かって単調増加するようにし、θ１＝３４ｄｅｇ、θ２＝４５ｄｅｇとした（実施例１ａ）。同一の切削工具を用い、導光体７の中心部における切削量を深くすることで、均傾斜角θは導光体中心から導光体端部に向かって単調増加するようにし、θ１＝３５ｄｅｇ、θ２＝４５ｄｅｇとした（実施例１ｂ）。
【００５５】
（実施例２ａ、実施例２ｂ）
導光体７の第２主面７ｂに、単位レンズ１６を延在方向が長辺と平行な方向に並ぶように複数形成した。単位レンズ１６を短辺と平行な方向に切断したときの断面形状ｆ（ｔ）は四次関数からなり、平均傾斜角θは導光体中心から導光体端部に向かって単調増加するようにし、θ１＝１０ｄｅｇ、θ２＝１５ｄｅｇとした（実施例２ａ）。同一の切削工具を用い、導光体７の側端面部における切削量を浅くすることで、均傾斜角θは導光体中心から導光体端部に向かって単調増加するようにし、θ１＝１０ｄｅｇ、θ２＝１４ｄｅｇとした（実施例２ｂ）。
【００５６】
（実施例３ａ、比較例３ｂ）
導光体７の第２主面７ｂに、単位レンズ１６を延在方向が長辺と平行な方向に並ぶように複数形成した。単位レンズ１６を短辺と平行な方向に切断したときの断面形状ｆ（ｔ）は四次関数からなり、平均傾斜角θは導光体中心から導光体端部に向かって単調増加するようにし、θ１＝２０ｄｅｇ、θ２＝３０ｄｅｇとした（実施例３ａ）。同一の切削工具を用い、導光体７の側端面部における切削量を浅くすることで、平均傾斜角θは導光体中心から導光体端部に向かって単調減少するようにし、θ１＝２０ｄｅｇ、θ２＝１０ｄｅｇとした（比較例３ｂ）。
【００５７】
上述した実施例１〜３、比較例１〜３のときの、暗部Ｓの視認性、明暗ムラＨの視認性、輝度低下率の評価を行い、その結果を表１に示した。
【００５８】
【表１】
2014082087.tif 000007
【００５９】
次に、実施例１〜３で作製したのと同様の照明装置３に、さらにプリズムシート２０を載せて、新たな照明装置３を構成した。プリズムシート２０は、頂角が９０°のプリズム２４が多数配列してなり、プリズム２４の延在方向が導光体７の長辺と平行な方向になるように配置した。新たな照明装置３の最表面から５０ｃｍ離れた位置に分光放射輝度計ＳＲ３を設置して、新たな照明装置３の中心輝度の測定を行った。
新たな照明装置３に組み込む導光体７は、単位レンズ１６の形状を規定するθ１、θ２、ｆ（ｔ）が、以下の実施例４，５、比較例４で与えられるような単位レンズ１６を、延在方向が長辺と平行な方向になるように複数形成した。なお、実施例４、実施例５にあっては、平均傾斜角θが導光体中心から導光体端部に向かって単調増加するようにした。
実施例４，５、比較例６で指定した単位レンズ１６が形成された導光体７を含む新たな照明装置３の輝度値を、リファレンス用の導光体（参考例に記載の導光体）７を組み込んだ新たな照明装置３の輝度値で割った値（％表示）を、「輝度比」として表２に表記した。
θ１＝２０°、θ２＝３０°、ｆ（ｔ）が四次関数    （実施例４）
θ１＝２８°、θ２＝３０°、ｆ（ｔ）が球面        （実施例５）
単位レンズ１６が、頂角９０°のプリズム形状        （比較例６）
【００６０】
【表２】
2014082087.tif 000008
【００６１】
以上の評価・測定結果より、実施例１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａにおける導光体７を組み込んだ照明装置３の暗部Ｓの視認性、輝度低下率は、参考例と比較していずれも良好であることが確認された。また、実施例４、５における導光体７を組み込んだ照明装置３の輝度比はいずれも１０２％以上が得られており、良好な輝度特性を示すことも確認された。
【００６２】
一方、比較例３ｂは、暗部Ｓの視認性と輝度低下率がバツ印となる結果であった。また、比較例６は、輝度比が１０１％未満であり、測定誤差±１％を鑑みると、輝度向上効果が不十分な結果であった。
【符号の説明】
【００６３】
１：液晶表示装置
２：液晶パネル
３：照明装置
５：反射板
６：光源
７：導光体
７ａ：第１主面
７ｂ：第２主面
７Ｌ：光入射面
７ｓ：側端面
８：拡散シート
９：液晶層
１０：偏光板
１１：偏光板
１６：単位レンズ、光路制御要素
１８：光偏向要素
２０：プリズムシート
２８：拡散シート
Ｓ：暗部
Ｈ：明暗ムラ
Ｔ１：単位レンズ１６の頂部
Ｅ１：単位レンズ１６の端部
Ｐ：単位レンズ１６のピッチ
ｔ：単位レンズ１６のＸ方向に沿った変位
ｆ（ｔ）：単位レンズ１６の縁部と第２主面７ｂとの距離
Ｋ：光
Ｆ：視覚方向
１０７：導光体
１０７ａ：第１主面
１０７ｂ：第２主面
１０７Ｌ：光入射面
１０７ｓ：側端面
１００Ｓ：暗部
【図１】
2014082087.tif 000010
【図２】
2014082087.tif 000011
【図７】
2014082087.tif 000012
【図８】
2014082087.tif 000013
【図３】
2014082087.tif 000014
【図４】
2014082087.tif 000015
【図５】
2014082087.tif 000016
【図６】
2014082087.tif 000017
【図９】
2014082087.tif 000018