(57)【要約】  本発明の照明装置においては、第２方向において入射面（７Ｌ）から光偏向要素（１８）が配置される位置までの距離が増大するにつれて光偏向要素密度Ｄは増大し、光偏向要素（１８）の配置パターンは、第２方向に複数の領域に分けられており、一つの領域内においては、第１方向における光偏向要素（１８）の配列ピッチは略一定であり、第２方向における光偏向要素（１８）の配列ピッチは、入射面（７Ｌ）から離れるほど小さくなるよう変化し、複数の領域間においては、第１方向における光偏向要素（１８）の配列ピッチは不連続に変化すると共に入射面（７Ｌ）から離れる領域ほど小さくなり、第２方向における光偏向要素（１８）の配列ピッチは領域間で不連続に変化すると共に、入射面（７Ｌ）に近い第１領域の配列ピッチは、入射面（７Ｌ）から離れている第２領域における配列ピッチよりも小さい。
2013047774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置であって、
第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面とを有し、前記４つの側端面の少なくとも１つが入射面である透光性の導光体と、
前記入射面を臨むように、前記入射面が延在する第１方向に設けられた複数の光源と、
前記第１主面に独立して設けられ、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主面に向けて偏向し、凹状または凸状のドット形状を有する複数の光偏向要素と、
前記第２主面に設けられ、前記第１方向と略直交する第２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と、
を備え、
前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、前記第２方向において前記入射面から前記光偏向要素が配置される位置までの距離が増大するにつれて増大し、
前記光偏向要素の配置パターンは、前記第２方向に複数の領域に分けられており、
一つの領域内においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは略一定であり、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記入射面から離れるほど小さくなるよう変化し、
前記複数の領域間においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは不連続に変化すると共に前記入射面から離れる前記領域ほど小さくなり、
前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは前記領域間で不連続に変化すると共に、前記入射面に近い第１領域の前記配列ピッチは、前記入射面から離れている第２領域における前記配列ピッチよりも小さい
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、前記入射面から前記光偏向要素が設けられている位置までの距離ｙに基づく密度関数Ｄ（ｙ）の逆数関数１／Ｄ（ｙ）は、主に第１関数Ｆ（ｙ）と第２関数Ｓ（ｙ）の２つの関数の足し合わせにより表され、
前記第１関数Ｆ（ｙ）は前記距離ｙに対して単調減少し、
前記第２関数Ｓ（ｙ）は前記距離ｙに対して減少増加を数回繰り返しながら、各周期の最大振幅値の絶対値は単調減少する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の照明装置であって、
前記距離ｙの最大値をＹｍａｘとし、
０＜ｙ／Ｙｍａｘ＜０．９の範囲内において、
前記第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの変動量は、前記微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの平均値の２倍以下である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の照明装置であって、
前記入射面から、前記入射面とは反対に位置する側端面までの距離をＬとし、
前記第２関数Ｓ（ｙ）の減少増加の繰り返し周期は、０．７×Ｌ／２．５〜１．２×Ｌ／２．５の範囲内である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の照明装置であって、
前記第２関数Ｓ（ｙ）の微分値ｄＳ（ｙ）／ｄｙが０となる位置をｙλｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、
０．０１×Ｆ（ｙλｉ）＜｜Ｓ（ｙλｉ）｜＜０．１×Ｆ（ｙλｉ）
を満たす
ことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の照明装置であって、
前記光偏向要素を前記第１主面に垂直且つ前記第１方向に平行な面で切断したときの断面形状の接線と、前記第１主面とのなす最大角度をθｄとし、
前記光路制御要素を前記第１主面に垂直且つ前記第１方向に平行な面で切断したときの断面形状の接線と、前記第１主面とのなす最大角度をθＬとし、
前記導光体の屈折率をｎとしたとき、前記光路制御要素の最大角度θＬは以下の式（１）の範囲を満たす
ことを特徴とする照明装置。
【数１】
2013047774.tif 000011
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の照明装置であって、
前記導光体の前記第１主面と対向する位置に設けられた反射シートを備える
ことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の照明装置であって、
前記導光体の前記第２主面と対向する位置に設けられた少なくとも１枚以上の透過性光学シートを備える
ことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
表示装置であって、
複数の画素と、
前記複数の画素ごとの透過又は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から請求項８のいずれか一項に記載の照明装置と、
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照明装置並びに表示装置に関する。詳細には、従来に比べて製造工程を単純化し、且つ高効率、高輝度を実現する導光体を備えたエッジライト方式の照明装置、並びに照明装置を備える表示装置に関する。
本願は、２０１１年９月２９日に出願された特願２０１１−２１４３１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
最近の液晶テレビに代表されるフラットパネルディスプレイ等においては主に、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又は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、光源である冷陰極管又はＬＥＤが視認されないような構造が採用されている。【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管又はＬＥＤが、導光板と呼ばれる透光性の板の端面（入射面）に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）とは逆側に位置する面（光偏向面）には、導光板の端面から入射する光を効率良く射出面へと導く光偏向要素が形成される。現在、光偏向面に形成される光偏向要素の構造としては白色のインキが線状、またはドット状に印刷された構造が一般的（例えば特許文献１、特許文献２）に知られている。【０００４】
導光板においては、透明板の端面に光源が配置されるため、光源近傍の領域を導光する光量は多く、光源から離れた領域を導光する光量は相対的に少なくなる。従って、光源に近い位置では光偏向要素の密度（単位面積当たりの光偏向要素の個数）が低く、かつ、光源から離れた位置ではその密度が高くなるように光偏向要素を配置することで、射出面から均一に光を射出する導光板が設計される。特許文献２には光偏向要素の疎密配置方法（光偏向要素の、大きさ、位置、形状、又は密度等を調整して光偏向要素を配置する方法）について、光偏向要素の大きさを変えながら一定のピッチで配置する方法、または光偏向要素の大きさを変えずに配置ピッチを変えていく方法が記載されている。現在の印刷方式で作製される導光板の大半は、光偏向要素の大きさを変えながら一定のピッチで配置する方法を採用して製造されている。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無制御に拡散反射されるため射出効率は低い。また白色インキによる光吸収も無視することはできない。【０００５】
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板の光偏向面に形成する方法又はレーザーアブレーション法によって光偏向要素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、導光板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射出効率の高い導光板を得ることができる。【０００６】
しかしながら、インクジェット法又はレーザーアブレーション法による光偏向要素の形成は、白色インキの印刷と同様、導光板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、インクジェット法又はレーザーアブレーション法による工程は、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。【０００７】
そこで、導光板を射出成形法又は押出成形法により成形し、光偏向要素を射出成形時に、押出成形時に直接賦形する方法も提案されている（例えば特許文献３）。導光板の成形と同時に光偏向要素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。しかしながら、光偏向要素の密度を部分的に変更して光偏向要素を配置するにあたっては、上述した印刷方式の導光板のように光偏向要素の大きさを変えていくことは困難である。従って光偏向要素の大きさを変えずに配置ピッチを変えていくことで、光偏向要素の密度を部分的に調整（疎密を調整）する方法が採用される場合が多い。【０００８】
しかしながら光偏向要素の配置ピッチを変えていく方法は光偏向面内において二方向の配置ピッチを変えなければならず、配置設計及び配置設計に基づいた金型作製が非常に複雑となる。配置設計を容易にするために、二方向のうち一方向（導光板の入射面と平行な方向：Ｘ方向）を一定とし、他方（導光板の入射面と直交する方向：Ｙ方向）のみの配置ピッチを変更する方法をとる場合、次のような問題が生じる。すなわち、光源近傍の疎領域（光偏向要素の密度が低い領域）を基準にＸ方向のピッチを決定した場合はＸ方向のピッチが大きくなるため、光源から離れた密領域において十分密度を上げることが出来ず導光板の射出面から射出される光量が低減してしまう。一方で光源から離れた密領域（光偏向要素の密度が高い領域）を基準にＸ方向のピッチを決定した場合はＸ方向のピッチが小さくなるため、光源近傍の疎領域においてはＹ方向のピッチを大きくしなければならない。すると、疎領域においては光偏向要素がＸ方向と平行な直線上に並んで視認されてしまう。【０００９】
特許文献４では、ドット（光偏向要素）をＸ方向、Ｙ方向共に一定ピッチで配置された帯状領域を形成し、光源から離れた位置に光偏向要素の密度が高い帯状領域を配置するという光偏向要素の形成方法が開示されている。しかしながら、このような配置をとった場合、帯状領域内において光偏向要素は一定に配置されるため、帯状領域内の光源に近い箇所と離れた箇所とで射出される光量に差が生じてしまうこととなり、帯状領域の境界が視認されてしまう。この問題を解決するには、帯状領域のＹ方向の幅を人の目に視認されないよう極力小さくする必要があり、結果として帯状領域の数が膨大になってしまい、配置設計、及び配置設計に基づいた金型作製の簡易化には繋がらない。【００１０】
また光偏向要素のＸ方向の配置を一定とし、Ｙ方向の配置ピッチを変更することで、光偏向要素の密度を部分的に調整（疎密を調整）して光偏向要素を配置する場合にもう１つの課題が生じる。図１４Ａ及び図１４Ｂは、導光板を構成する側端面のうち互いに反対に位置する２つの側端面に、１つ、または複数の光源を配し、Ｘ方向に光偏向要素を一定に配置し、Ｙ方向にのみに光偏向要素の密度を部分的に調整（疎密を調整）して光偏向要素をパターニング（疎密パターニング）した場合における面内輝度分布を示している。端面から入射した光が導光板内で放射状に広がり、複数の光源の重なりの影響又は光源が配されない端面における光の反射又は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Ｇが生じる。【００１１】
上述した暗い領域Ｄが生じることは面照明として好ましくない。従って従来の導光板においては光偏向要素を、Ｘ方向を一定のピッチで配置することは難しく、局所的に生じる暗部領域の光偏向要素を増やす等の設計が必要となり、光偏向要素の配置設計を複雑にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】日本国特開平１−２４１５９０号公報
【特許文献２】日本国特開平３−６５２５号公報
【特許文献３】日本国特開２０００−８９０３３号公報
【特許文献４】日本国特開２００３−４３２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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、従来に比べてより簡易に作製ができ且つ輝度均一性が高く、射出効率の高い導光体を備える照明装置並びに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】
【００１４】
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。
本発明の第１態様の照明装置は、第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面とを有し、前記４つの側端面の少なくとも１つが入射面である透光性の導光体と、前記入射面を臨むように前記入射面が延在する第１方向に設けられた複数の光源と、前記第１主面に独立して設けられ、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主面に向けて偏向し、凹状または凸状のドット形状を有する複数の光偏向要素と、前記第２主面に設けられ、前記第１方向と略直交する第２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とを備える。前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、前記第２方向において前記入射面から前記光偏向要素が配置される位置までの距離が増大するにつれて増大し、前記光偏向要素の配置パターンは、前記第２方向に複数の領域に分けられており、一つの領域内においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは略一定であり、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記入射面から離れるほど小さくなるよう変化し、前記複数の領域間においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは不連続に変化すると共に前記入射面から離れる前記領域ほど小さくなり、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは前記領域間で不連続に変化すると共に、前記入射面に近い第１領域の前記配列ピッチは、前記入射面から離れている第２領域における前記配列ピッチよりも小さい。【００１５】
本発明の第１態様の照明装置によれば、導光体の第１主面に形成される光偏向要素は、入射面から光偏向要素が配置される位置までの距離が増大するほど光偏向要素密度Ｄが増大するように配置されるため、面全体が均一に発光する照明装置を得ることが出来る。更に第２主面にはＹ方向（第２方向）に延在する光路制御要素が形成されているため、局所的な明暗部の発生を抑制し面全体が均一に発光する照明装置を得ることが出来る。また、光偏向要素の配置パターンはＹ方向に複数の領域に分けられ、各領域内においてＸ方向の配置ピッチは一定であり、Ｙ方向の配置ピッチは、光偏向要素の密度が調整されている疎密パターンを有するように規定されているため、各領域内においても均一に発光することが出来る。そして各領域間における光偏向要素の配置は、光源に近い領域のＸ方向の配置ピッチに比べて光源から離れた領域のＸ方向の配置ピッチが小さくなるよう設定されている。さらに、光源から離れた領域のＹ方向の配置ピッチに対し、光源に近い領域のＹ方向の配置ピッチが小さくなるよう設定される。このため、光偏向要素の視認を防止しながら導光体の射出光率を高める配置を容易に作製することが出来る。【００１６】
本発明の第１態様の照明装置においては、前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、前記入射面から前記光偏向要素が設けられている位置までの距離ｙに基づく密度関数Ｄ（ｙ）の逆数関数１／Ｄ（ｙ）は、主に第１関数Ｆ（ｙ）と第２関数Ｓ（ｙ）の２つの関数の足し合わせにより表され、前記第１関数Ｆ（ｙ）は前記距離ｙに対して単調減少し、前記第２関数Ｓ（ｙ）は前記距離ｙに対して減少増加を数回繰り返しながら、各周期の最大振幅値の絶対値は単調減少することが好ましい。
即ち、本発明の第１態様の照明装置は、第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面とを有し、前記４つの側端面の少なくとも１つが入射面である透光性の導光体と、前記入射面を臨むように前記入射面が延在する第１方向に設けられた複数の光源と、前記第１主面に独立して設けられ、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主面に向けて偏向し、凹状または凸状のドット形状を有する複数の光偏向要素と、前記第２主面に設けられ、前記第１方向と略直交する第２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とを備える。光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、入射面から光偏向要素が設けられている位置までの距離ｙに基づく密度関数Ｄ（ｙ）の逆数関数１／Ｄ（ｙ）は、主に第１関数Ｆ（ｙ）と第２関数Ｓ（ｙ）の２つの関数の足し合わせにより表され、第１関数Ｆ（ｙ）は距離ｙに対して単調減少し、第２関数Ｓ（ｙ）は距離ｙに対して減少増加を数回繰り返しながら、各周期の最大振幅の絶対値は単調減少する。【００１７】
本発明の第１態様の照明装置によれば、導光体の第２主面にはＹ方向に延在する光路制御要素が形成されているため、局所的な明暗部の発生を抑制し面全体が均一に発光する照明装置を得ることが出来る。そして第１主面に配置される光偏向要素の密度関数Ｄ（ｙ）の逆数関数１／Ｄ（ｙ）は、入射面から光偏向要素が配置される位置までの距離ｙに対して単調減少する第１関数Ｆ（ｙ）と、減少増加を繰り返す第２関数Ｓ（ｙ）との足し合わせにより表され、各周期の最大振幅の絶対値は単調減少する。このため、面全体の輝度均一性を保ちながら、局所的に輝度を高めた照明装置を得ることが出来る。【００１８】
本発明の第１態様の照明装置においては、前記距離ｙの最大値をＹｍａｘとし、０＜ｙ／Ｙｍａｘ＜０．９の範囲内において、前記第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの変動量は、前記微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの平均値の２倍以下であることが好ましい。
これにより、面全体の輝度均一性を所望の範囲へと抑えることが出来る。【００１９】
本発明の第１態様の照明装置においては、前記入射面から、前記入射面とは反対に位置する側端面までの距離をＬとし、前記第２関数Ｓ（ｙ）の減少増加の繰り返し周期は、０．７×Ｌ／２．５〜１．２×Ｌ／２．５の範囲内であることが好ましい。
これにより、面全体の輝度均一性を保ちながら、輝度のピーク位置を面中心へと設定することが出来る。【００２０】
本発明の第１態様の照明装置においては、前記第２関数Ｓ（ｙ）の微分値ｄＳ（ｙ）／ｄｙが０となる位置をｙλｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、０．０１×Ｆ（ｙλｉ）＜｜Ｓ（ｙλｉ）｜＜０．１×Ｆ（ｙλｉ）を満たすことが好ましい。
これにより面全体の輝度均一性と同時に、複数の局所的に輝度を高めた領域の輝度のバラツキを小さくすることが出来る。【００２１】
本発明の第１態様の照明装置においては、前記光偏向要素を前記第１主面に垂直且つ前記第１方向に平行な面で切断したときの断面形状の接線と、前記第１主面とのなす最大角度をθｄとし、前記光路制御要素を前記第１主面に垂直且つ前記第１方向に平行な面で切断したときの断面形状の接線と、前記第１主面とのなす最大角度をθＬとし、前記導光体の屈折率をｎとしたとき、前記光路制御要素の最大角度θＬは以下の式（１）の範囲を満たすことが好ましい。
【数１】
2013047774.tif 000003
【００２２】
本発明第１態様の照明装置によれば、導光体の第２主面に形成された光路制御要素の断面形状における最大接線角θＬが式（１）の範囲に設定されることで、導光体内部の光の進路を制御することで面全体の輝度均一性が高まり、且つ、効率的に面の正面方向へと光を立ち上げる照明装置を得ることが出来る。【００２３】
本発明の第１態様の照明装置は、前記導光体の前記第１主面と対向する位置に設けられた反射シートを備えることが好ましい。これにより、導光体の第１主面から外側へと漏れ出る光を導光体へと再入射させることで、光の利用効率が高まるためである。【００２４】
本発明の第１態様の照明装置は、前記導光体の前記第２主面と対向する位置に設けられた少なくとも１枚以上の透過性光学シートを備えることが好ましい。本発明の第１態様の照明装置は、導光体を構成する光偏向要素と光路制御要素によって射出光の制御がされるが、更に所望の輝度又は拡散性を得るために、透過性光学シートを備えても良い。集光して輝度を高めたい場合には、例えばプリズムシートに代表される集光シートを配置しても良い。または導光体から射出される射出光を拡散して視野を広げたい場合には、拡散シート又は拡散板を配置しても良い。【００２５】
本発明の第２態様の表示装置は、複数の画素と、前記複数の画素ごとの透過又は遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、上述した第１態様の照明装置とを具備する。
第１態様照明装置は面内輝度均一性が高く、且つ局所的に所望の領域の輝度を高めることが出来るため、表示装置のバックライトとして好適である。特に表示装置としては、画素単位で透過又は遮光に応じて表示画像を規定する表示装置が望ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の態様によれば、導光体の第２主面には導光体内での光の導光を制御する光路制御要素が設けられ、第１主面には効率的に導光する光を第２主面へと導く光偏向要素が設けられている。また、前記光偏向要素は複数の領域に分割されている。領域内のＸ方向における光偏向要素の密度が一定となるように、また、領域内のＹ方向における光偏向要素の密度が部分的に低く又は高くなるように、光偏向要素が配置されている（疎密配置）。このような構成によれば、従来に比べてより簡易に作製ができ且つ輝度均一性が高く、射出効率の高い導光体を備える照明装置を提供することが出来、並びに前記照明装置を用いた表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態である照明装置の断面模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態である導光体斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態である導光体の側端面から見た図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態である導光体の側端面から見た図である。
【図３】光偏向要素の配置パターンについて説明する図である。
【図４】光偏向要素密度を算出するのに必要な面積について説明する図である。
【図５Ａ】光偏向要素の視認性について説明する図である。
【図５Ｂ】光偏向要素の拡散イメージについて説明する図である。
【図６Ａ】光偏向要素の視認性について説明する図である。
【図６Ｂ】光偏向要素の拡散イメージについて説明する図である。
【図７Ａ】光偏向要素の視認性について説明する図である。
【図７Ｂ】光偏向要素の拡散イメージについて説明する図である。
【図８】光偏向要素の配置パターンについて説明する図である。
【図９】光偏向要素の配置パターンについて説明する図である。
【図１０Ａ】光偏向要素の配置について説明する図である。
【図１０Ｂ】光偏向要素の配置について説明する図である。
【図１０Ｃ】光偏向要素の配置について説明する図である。
【図１１】本発明の実施形態による面輝度ムラと中心輝度について説明する図である。
【図１２Ａ】導光体内部の光の伝搬を示した上面図である。
【図１２Ｂ】導光体内部の光の伝搬を示した側面図である。
【図１３Ａ】導光体内部の光の伝搬を示した上面図である。
【図１３Ｂ】導光体内部の光の伝搬を示した側面図である。
【図１４Ａ】光路制御要素が設けられていない導光体の面輝度分布を示した図である。
【図１４Ｂ】本発明の実施形態である導光体の面輝度分布を示した図である。
【図１５】数１を説明する図である。
【図１６】最大接線角度θＬ、θｄを算出法について説明する図である。
【図１７】本発明の実施形態である表示装置の断面模式図である。
【図１８】本発明の実施形態である表示装置の断面模式図である。
【図１９】本発明の実施形態である表示装置の断面模式図である。
【図２０】本発明の実施例を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施例を説明するための図である。
【図２２】本発明の実施例における実験結果と比較例における実験結果とを説明するための表である。
【図２３】本発明の実施例における実験結果と比較例における実験結果とを説明するための表である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態における照明装置３の概略断面図である。以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
照明装置３は、導光体７、光源６を少なくとも含んで構成される。また反射板（反射シート）５と少なくとも１枚以上の透過性光学シート８を含んでも良い。
【００２９】
光源６としては例えば点光源６が挙げられる。点光源６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又は光の３原色である赤色、緑色、青色を発光するチップで構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。これら点光源６が導光体７の４つの側端面のうち少なくとも１つの端面７Ｌ（入射面）の延在方向（Ｘ方向、第１方向）に複数配置される。図１では、光源６が導光体７の１つの入射面７Ｌに配置された例を示しているが、本発明はこの構成に限らず、導光体を構成する複数の端面において互いに反対に位置する２つの端面に配置する構成が採用されてもよい。または光源６はＣＣＦＬ（冷陰極管）に代表される蛍光管又は面光源であっても良い。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。
【００３０】
導光体７は、光偏向面７ａ（第１主面）と射出面７ｂ（第２主面）とを有する。射出面７ｂは、導光体７において観察者側Ｆ（観察者に近い位置）に設けられており、射出面７ｂとは反対側の面に光偏向面７ａが形成されている。光偏向面７ａは、平坦面と光偏向要素１８とで構成される。光偏向要素１８は、導光体７内部を導光する光の角度を、射出面７ｂから射出される角度へと偏向する。光偏向要素１８としては、凹型、凸型のマイクロレンズ形状、又はピラミッド形状等、平面上に離散的に配置されるドット状の構造物が挙げられる。
【００３１】
また上述した平坦面には、光偏向要素１８に比べて十分微細な凹凸１７（図示せず）が付与されていても良い。微細な凹凸１７の高さ（光偏向面７ａから凹凸１７の頂部までの距離）は、光偏向要素１８の高さ（光偏向面７ａから光偏向要素１８の頂部までの距離）の１／１０以下であることが望ましい。凹凸１７の高さが光偏向要素１８の高さの１／１０を超えると、導光体７の面輝度均一性に大きく影響し、好ましくない。微細な凹凸１７は、光偏向面７ａの平坦面上に離散的にドット状に配置されることが望ましい。微細な凹凸１７の形は不定形でも構わない。光偏向要素１８が間隔をあけて配置されると、導光体７を観察者側Ｆから観察した際に光偏向要素１８の１つ１つが視認されてしまう場合がある。これは、導光体７内部を導光する光のうち、光偏向要素１８によって導光角度が偏向された光が射出面７ｂから射出されるため、観察者には光偏向要素１８が光って観察され、平坦面は暗く観察されるためである。従って微細凹凸１７が光偏向要素１８の間に複数配置されることで、光偏向要素１８が配置されない平坦部も光って観察されるため、光偏向要素１８の１つ１つが視認されることを抑えることが出来る。また、微細凹凸１７は、導光体７に配置された光偏向要素１８のみでは立ち上げきれない導光方向が射出面７ｂに向くように光を偏向させ、即ち、導光体７に導かれた光のうち射出面７ｂに向けて導くことができない光を偏向させ、光を射出面７ｂから射出することも出来るため、導光体７の射出効率も向上する。
【００３２】
また微細凹凸１７は筋状の凹凸であっても良い。そして微細凹凸１７が延在する方向は、Ｘ方向と略直交する方向（Ｙ方向、第２方向）であることが望ましい。この理由は、後述する導光体７の射出面７ｂに形成される光路制御要素１９の機能を補助するためである。
【００３３】
また微細凹凸１７は筋状の凹凸であって、その延在方向はＸ方向であっても良い。微細凹凸１７がＸ方向に延在する場合、光偏向要素１８のみでは立ち上げきれない導光方向が射出面７ｂに向くように光を偏向させ、即ち、導光体７に導かれた光のうち射出面７ｂに向けて導くことができない光を偏向させ、光を出射面７ｂから射出することが出来るため、導光体７の射出効率が向上する。
【００３４】
一方、導光体７の射出面７ｂには光路制御要素１９が形成される。光路制御要素１９は、光源６から入射面７Ｌを介して導光体７に入射される光を導き、射出面７ｂから射出される光を制御する効果を有する。光路制御要素１９は、一方向に延在するプリズム形状又はレンチキュラーレンズ形状を有し、その延在方向はＸ方向と略直交する方向（Ｙ方向）である。ここで、「略直交する方向」とは、Ｘ方向とＹ方向とがなす角度が９０度（直交）±１０度の範囲を示す（１００度から８０度の範囲）。すなわち、光路制御要素１９が延在する方向は、光源６から出射される光の光軸方向と略一致する。導光体７の製法上生じる角度ズレが生じてもよいし、又は導光体７の射出面７ｂ側（射出面７ｂに近い位置）に規則的な構造を有する板又はシート等を配置する際のモアレ抑止のために角度を傾けてもよい。このとき、光路制御要素１９が延在する方向がＸ方向に対して９０度±１０度の範囲であれば、後述する本発明の実施形態における照明装置３の特性を大きく損なうことはない。
【００３５】
本発明の実施形態における照明装置３はその使用目的に応じて、導光体７の光偏向面７ａ側（光偏向面７ａに近い位置）に反射板５を備えても良い。光源６から入射面７Ｌを介して導光体７内を導光する光は、光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８によって偏向され射出面７ｂから射出されるが、一部の光は光偏向要素１８で反射せずに屈折透過してしまう。従って光偏向面７ａ側に反射板５を備えることで、光偏向面７ａから射出される光を再度導光体７へと入射させる効果が得られるため、観察者側Ｆへと射出する光量を増やすことが出来る。反射板５の構成は、特に限定されないが、例えば一般的に用いられる白色反射板５又は鏡面反射板５が反射板５として用いられる。またはプリズム形状が付与された構造反射板５が用いられても良い。
【００３６】
更に本発明の実施形態における照明装置３は、導光体７の射出面７ｂ側に１枚以上の透過性光学シート８を備えても良い。透過性光学シート８としては、導光体７の射出面７ｂから射出される光を拡散、集光、吸収、または偏光を分離する機能を有するシートを本発明の実施形態における照明装置３の使用目的に応じて適宜配置することが出来る。
【００３７】
以下、本発明の実施形態における照明装置３を構成する導光体７について詳細に述べる。
図２Ａは、導光体７の斜視図である。図２Ｂ及び図２Ｃは、導光体７の側面図である。
導光体７の光偏向面７ａには光偏向要素１８が形成される。光偏向要素１８の形状としては、真円、または楕円のマイクロレンズ形状又はピラミッド形状に代表される多角プリズム形状であっても良い。また光偏向要素１８の形状は、凹状であっても凸状であっても良い。図２Ａ〜図２Ｃでは光偏向要素１８が凹状の楕円マイクロレンズ形状である場合を図示している。
【００３８】
図３は、導光体７を光偏向面７ａ側から見た上面図である。図３を用いて導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８の配置について詳細に説明する。
本発明の実施形態における照明装置３を構成する導光体７の光偏向面７ａには複数の光偏向要素１８が形成される。光偏向要素１８が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、入射面７Ｌの延在方向（Ｘ方向）においては略一定であり、一方、密度Ｄは、Ｙ方向において光偏向要素１８が配置される位置が入射面７Ｌから離れるほど大きくなる。つまり入射面７Ｌに近いほど光偏向要素１８が疎、入射面７Ｌから離れるほど光偏向要素１８が密となる疎密分布（密度が高い部分と密度が低い部分とを含む光偏向要素１８の密度分布）を取る。
Ｘ方向における光偏向要素密度Ｄが一定である場合についての従来の問題点と本発明による解決手段については後述する。
【００３９】
ここで光偏向要素１８の配置パターンは図３に示されるように複数の領域に分割されてなる。図３では一例として、領域を領域ａ〜ｃの３領域に分割した場合を示しているが、本発明はこの構成に限らず分割数、及び領域の大きさは設計者が適宜選択することが出来る。
また、領域ａ〜ｃのうち、２つの領域ａ，ｂにおいては、入射面７Ｌに近い領域ａが第１領域に相当し、入射面７Ｌから離れている領域ｂが第２領域に相当する。２つの領域ｂ，ｃにおいては、入射面７Ｌに近い領域ｂが第１領域に相当し、入射面７Ｌから離れている領域ｃが第２領域に相当する。
１つの領域内において光偏向要素１８は、Ｘ方向においては一定のピッチで配置される。一方で、光偏向要素１８のＹ方向のピッチは、入射面７Ｌから光偏向要素１８までの距離が離れるほど小さくなり、光偏向要素密度Ｄが大きくなる。図３の領域ａを例に説明すると、光偏向要素１８のＸ方向のピッチはどの場所においてもＰｘａである。一方で、光偏向要素１８のＹ方向のピッチは入射面７Ｌに近い位置から入射面７Ｌから離れた位置に向けて、Ｐｙ（ａ１）、Ｐｙ（ａ２）、・・・Ｐｙ（ａｎ）と変化し、入射面７Ｌから光偏向要素１８が離れた位置ほど光偏向要素１８のピッチは小さくなる。そして領域ｂでは、光偏向要素１８のＸ方向のピッチはどこ場所においてもＰｘｂであり、領域ｂのピッチＰｘｂは、領域ａのピッチＰｘａと比べて小さくなる。すなわち、領域ａと領域ｂとの境界において、Ｘ方向のピッチは不連続に変化し、領域ｂにおけるＸ方向に配列する１列当たりの光偏向要素１８の数は、領域ａのそれよりも多くなる。このように、光偏向要素１８のＸ方向のピッチを領域毎に変化させることで、光偏向要素１８の視認性を抑制し、且つ高輝度な照明装置３を得ることが出来る。
【００４０】
また２つの領域境界において、入射面７Ｌに近い領域における境界に最も近い箇所のＹ方向のピッチよりも、入射面７Ｌから離れた領域における境界に最も近い箇所のＹ方向のピッチが大きくなるように、光偏向要素１８のピッチが設定される。具体的には、領域ａと領域ｂとの境界において、ピッチＰｙ（ａｎ）よりも、ピッチＰｙ（ｂ１）が大きくなるようピッチが設定される。すなわち同一の領域内において光偏向要素１８のＹ方向におけるピッチは連続的に変化するが、２つの領域境界においてはＹ方向におけるピッチは不連続に変化する。一方で、各領域における入射面７Ｌに近い位置におけるＹ方向のピッチ、即ち、入射面７Ｌに近い境界（図３における領域ａを規定する左側の鎖線を含む）に近接したＹ方向のピッチ（図３のＰｙ（ａ１）、Ｐｙ（ｂ１）、及びＰｙ（ｃ１）を指す）の大きさは特に制限されない。また、各領域における入射面７Ｌから離れた位置におけるＹ方向のピッチ、即ち、入射面７Ｌから離れた境界（図３における領域ｃを規定する右側の鎖線を含む）に近接したＹ方向のピッチ（図３のＰｙ（ａｎ）、Ｐｙ（ｂｎ）、及びＰｙ（ｃｎ）を指す）の大きさは特に制限されない。
【００４１】
ここで、光偏向要素密度Ｄの算出の範囲について述べる。光偏向要素密度Ｄを算出するのに用いられる面積範囲として微小な範囲に限定してしまうと密度Ｄの設定位置によって異なる密度Ｄになる可能性があるし、逆に光偏向要素密度Ｄを算出するのに用いられる面積範囲を広大な範囲に広げてしまうと多くの密度Ｄはその設定位置によらず平均化されてしまう。例えば、図４に、光偏向要素１８のＸ方向の配列と光偏向要素密度Ｄの算出面積範囲に関する模式図を示す。本実施形態では、同一領域内においてＸ方向では配列ピッチＰｘは一定であるため光偏向要素密度Ｄは一定であり、この密度Ｄを算出する範囲はＸ方向の長さに依存しない。他方、Ｙ方向では配列ピッチＰｙは、同一領域内で光偏向要素１８が配置される位置が入射面７Ｌから離れるに従って、小さくなる。このため、隣り合う光偏向要素１８間の距離によって光偏向要素密度Ｄが決定される。つまり、図４の点線に囲まれた範囲によって光偏向要素密度Ｄが決定される。図４では領域ａと領域ｂとの境界部の面積をＲ（ｍ）としている。従って、領域ａと領域ｂとの境界部においては、領域ａに配置された光偏向要素１８と領域ｂに配置された光偏向要素１８とのＹ方向における間隔は、光偏向要素密度Ｄが連続的に変化するように算出される。
【００４２】
次に光偏向要素１８の視認性について以下図面を用いて説明する。光源６から導光体７へと入射した光は、導光体７内部を導光し、光偏向要素１８によって光の進路が偏向され、射出面７ｂより光が射出される。従って、導光体７を観察者側Ｆから詳細に観察すると、１つ１つの光偏向要素１８が光って視認されることとなる。このような光偏向要素１８の視認性を抑制するために、一般的には拡散シート又はプリズムシートに代表される透過性光学シート８が導光体７の射出面７ｂに配置されるが、光偏向要素１８の配置によっては透過性光学シート８を配しても光偏向要素１８が視認される場合が有りうる。
【００４３】
図５Ａは光偏向要素１８が視認され難い配置の１つの例である。図５Ａでは簡易的に光偏向要素１８の配置をＸ方向、Ｙ方向共に一定ピッチ（それぞれＰｘ、Ｐｙ）として図示している。光偏向要素１８のＸ方向のピッチＰｘとＹ方向のピッチＰｙとの比Ｐｙ／Ｐｘは０．２以上１．０以下の範囲であることが望ましい。Ｐｙ／Ｐｘがこの範囲に設定されていると、例えば導光体７の光射出面７ｂに透過性光学シート８として拡散シートをのせた場合、図５Ｂに示されるように光偏向要素１８によって拡散される光によって生じる拡散イメージ１８ｇが互いに重なり、光偏向要素１８の視認性を抑制することができるためである。
【００４４】
図６ＡはＰｙ／Ｐｘ≒０．１である場合の例である。このような配置の場合、導光体７の光射出面７ｂに透過性光学シート８として拡散シートをのせたとしても、図６Ｂに示されるように、光偏向要素１８によって拡散される光によって生じる拡散イメージ１８ｇはＹ方向には重なるが、Ｘ方向には隙間が生じる。結果として、Ｙ方向に延在する線状光として光偏向要素１８が視認されてしまうため好ましくない。
【００４５】
一方、図７ＡはＰｙ／Ｐｘ≒１．１である場合の例である。このような配置の場合、導光体７の光射出面７ｂに透過性光学シート８として拡散シートをのせたとしても、図７Ｂに示されるように、光偏向要素１８によって拡散される光によって生じる拡散イメージ１８ｇはＸ方向には重なるが、Ｙ方向には隙間が生じる。結果として、Ｘ方向に延在する線状光として光偏向要素１８が視認されてしまうため好ましくない。
【００４６】
本発明の実施形態における導光体７の光偏向要素１８の配置パターンは複数の領域に分割されており、領域内においてはＸ方向に一定のピッチで光偏向要素１８が配置され、Ｙ方向においては入射面７Ｌから離れるほどピッチが小さくなるように光偏向要素１８が配置される。このときＸ方向のピッチとＹ方向のピッチとの比が０．２以上１．０以下の範囲となるように、領域の分割を行い、Ｘ方向のピッチを決定し、Ｙ方向のピッチを変化させることで、光偏向要素１８の視認性を抑制することが出来る。
【００４７】
次に本発明の実施形態に係る照明装置３において高輝度を実現する構造について以下図面を用いて説明する。図８は、光偏向要素１８の配置パターンを複数の領域に分割せずに、光偏向要素１８が配置された場合の例を示す。このとき、Ｘ方向のピッチは入射面７Ｌに近い位置における光偏向要素密度Ｄを基準に設定している。光偏向要素１８が配置される位置が入射面７Ｌから離れるにつれ、Ｙ方向のピッチＰｙ（ｉ）は小さくなっていくが、Ｐｘのピッチが大きいため、入射面から最も離れた位置においても、光偏向要素密度Ｄは大きくならない。つまり入射面７Ｌから導光体７へと入射した光を射出面７ｂから射出することが出来ずに、導光体７における入射面７Ｌとは反対の面から多くの光が漏れ出てしまうこととなる。従って高輝度な照明装置３を得ることが出来ないため望ましくない。
【００４８】
一方、図９は、光偏向要素１８の配置パターンを複数の領域に分割せずに配置した場合の別の例を示す。Ｘ方向のピッチは入射面７Ｌから最も離れた位置の光偏向要素密度Ｄを基準に設定している。このようなピッチで光偏向要素１８を配置した場合、入射面７Ｌから導光体７へと入射した光の大部分を射出面７ｂから射出することが出来るため、高輝度な照明装置３を得ることが出来る。しかしながら、入射面７Ｌに近い位置におけるＹ方向のピッチが非常に大きくなるため、上述した光偏向要素１８の視認性という点で大きな問題となる。つまり光偏向要素１８がＸ方向に延在する線状光として視認されてしまうため望ましくない。
【００４９】
本発明の実施形態における照明装置３を構成する導光体７の光偏向要素１８の配置パターンは複数の領域に分割されてなり、領域内においてＸ方向は一定のピッチで配置され、Ｙ方向において光偏向要素１８が配置される位置が入射面７Ｌから離れるほど光偏向要素１８のピッチが小さくなるように配置される。そして、入射面７Ｌに近い領域においてＸ方向のピッチが大きく、入射面７Ｌに近い領域から入射面７Ｌから離れた領域に向けてピッチが小さくなるよう設定されている。このため、光偏向要素１８の視認性を抑制し、且つ高輝度な照明装置３を得ることが出来る。更に１つ１つの領域がＸ方向に分割された複数の領域を有しても良い。Ｙ方向に並ぶ複数の領域の各々をＸ方向に分割することで、より精度高く面輝度ムラを低減することが出来るためである。
【００５０】
なお、光偏向要素１８のＸ−Ｙ方向の配列パターンについて、本実施形態による導光体７では、図１０Ａに示すように光偏向要素１８のＸ方向の列を配列ピッチＰｘの１／２ずつＸ方向に交互にずらすように光偏向要素１８をＹ方向に配列させた。しかし、光偏向要素１８の配列パターンはこれに限定されない。例えば、図１０Ｂに示すように光偏向要素１８をＸ方向にずらすことなく整列させて配列させてもよい。或いは、図１０Ｃに示すように光偏向要素１８をＸ方向に少しずつずらせて配列させてもよい。または光偏向要素１８のＸ方向のずれをランダムに設定してもよい。むしろ、導光体７の射出面７ｂ側に設置される別の透過性光学シート８のことを考慮すると、Ｘ方向に配列された光偏向要素１８について、隣の光偏向要素１８がランダムにずれている構造を採用することにより、モアレを生じることがないために好ましい。
【００５１】
本発明の実施形態における照明装置３を構成する導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８は、光偏向要素１８が配置される位置が入射面７Ｌに近いほど疎（密度が低い）に、その位置が入射面７Ｌから離れるほど密（密度が高い）となる疎密分布を取る。本発明の実施形態における照明装置３を液晶ディスプレイ等のバックライトとして適用する場合、ある基準内の面内輝度均一性を保ちながら面中心輝度を高めることが望ましい。本発明者は、この疎密配置（光偏向要素の、大きさ、位置、形状、又は密度等を調整して光偏向要素を配置する構造及び方法）について鋭意検討を重ねた結果、照明装置３の面内輝度均一性を犠牲にすることなく、面中心輝度を高める疎密分布を得る手法を見出した。
【００５２】
導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度をＤで示す。最も近い光源６の配置された入射面７Ｌからの距離ｙに基づく密度関数Ｄ（ｙ）の逆数関数１／Ｄ（ｙ）を、主に第１関数Ｆ（ｙ）と第２関数Ｓ（ｙ）の２つの関数の足し合わせにより表す。ここで第１関数Ｆ（ｙ）は距離ｙに対して単調減少し、第２関数Ｓ（ｙ）は距離ｙに対して減少増加を数回繰り返しながら、各周期の最大振幅の絶対値は単調減少することで、面内輝度均一性を保ちながら面中心輝度を高めた照明装置３を得ることが可能となる。この効果について図１１を用いて説明する。
【００５３】
図１１は本発明の実施形態における照明装置３の輝度分布を示す図である。図１１は、本発明の実施形態における光偏向要素１８の配置手法による面中心輝度の差に注目すべく、光源６から出射される光の光軸方向における輝度断面分布を示している。図１１の横方向（Ｘ軸）が入射面７Ｌからの距離ｙであり、縦方向（Ｙ軸）が輝度を表している。また図１１の例では、導光体７を構成する４つの側端面のうち一つの面が入射面７Ｌに対応している。照明装置３における最も望ましい輝度分布としては、線Ａで示されるように全ての位置において輝度が同じことであるが、面内全ての位置において輝度が全く同じとなる照明装置３を得ることは通常困難である。またディスプレイにおいては、照明装置３全面から発光する光量が均一であっても、画面中心の輝度が高い照明装置３を適用することによって、人の目で画面を観察した際に明るいディスプレイに見える。このため、面中心位置の輝度が最も高い照明装置３が望まれる。そこで一般的には面内輝度均一性の基準を設定し、その基準内において面中心の輝度が最も高まるように光偏向要素１８が配置された照明装置が設計される。面内輝度均一性の基準については使用者によって適宜設定されるが、面内の多点輝度測定において最大輝度と最小輝度との比で評価されることが多い。以下の説明では、図１１を参照し、輝度測定ポイントを入射面７Ｌの位置を０とし、入射面７Ｌとは反対側の側端面の位置をＬとしたとき、Ｌ／１０の位置、Ｌ×３／１０の位置、Ｌ×５／１０の位置（面中心）、Ｌ×７／１０の位置、Ｌ×９／１０の位置の５ポイントについて説明する。
【００５４】
従来の光偏向要素１８の疎密配置（密度が高い部分と密度が低い部分とを含む光偏向要素１８の配置）においては、光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆数関数１／Ｄ（ｙ）は、距離ｙに対して単調減少する。すなわち上記した第１関数Ｆ（ｙ）となる。このように光偏向要素１８を配置することで、図１１の線Ｂのように面中心（Ｌ×５／１０の位置）の輝度が最も高くなる放物線状の輝度分布となる。このような分布においては、線Ａに比べて画面中心位置（Ｌ×５／１０）の輝度が高まる照明装置３を得ることが出来る。このとき、Ｌ／１０、及びＬ×９／１０の位置が最小値となり、その最大値と最小値との比が８０％以上となるように光偏向要素１８が配置される。
【００５５】
本発明者らが見出した光偏向要素１８の疎密配置によると、光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）は距離ｙに対して単調減少する第１関数Ｆ（ｙ）と距離ｙに対して減少増加を繰り返す第２関数Ｓ（ｙ）との足し合わせにより表される。このため、線Ｃのように画面中心位置（Ｌ×５／１０）以外にもピークが生じる分布となる。図１１においては、１つの例としてピークが３つ生じる光偏向要素１８の配置を述べたが、本発明はこの例に限らない。第２関数Ｓ（ｙ）の周期によって、ピークの個数を任意に選択することが出来る。このとき画面中心位置（Ｌ×５／１０）が輝度の最大値となり、従来の輝度分布である線Ｂより輝度が高まっていることが確認される。更に、最大値と最小値との比は線Ｂと同様に８０％以上を確保することが出来る。
【００５６】
次に光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）を構成する第１関数Ｆ（ｙ）について説明する。第１関数Ｆ（ｙ）は距離ｙに対して単調減少し、本関数単独においては、線Ｂに示されるような放物線状の輝度分布が得られるように設計される。すなわち、放物線状の輝度分布が得られる第１関数Ｆ（ｙ）に減少増加を繰り返す第２関数Ｓ（ｙ）を足し合わせることで、最大ピーク位置を面中心位置（Ｌ×５／１０）とすることが出来るためである。そこで、距離ｙの最大値をＹｍａｘとし、０＜ｙ／Ｙｍａｘ＜０．９の範囲内において、第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの変動量は、微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの平均値の２倍以下であることが望ましい。２倍を超えると所望の放物線輝度分布を得ることが出来なくなるためである。特に入射面７Ｌが４面ある側端面のうち１面だけである導光体７において画面中心位置（Ｌ×５／１０）が輝度の最大値となるような放物線状の輝度分布を得る場合、画面中心位置（Ｌ×５／１０）における第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの変動量が、該微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの平均値とほぼ等しくなることが望ましい。ここで、上記の範囲がｙ／Ｙｍａｘ＜０．９である理由について述べる。図９に示すように導光体７を構成する４つの側端面のうち一つの面が入射面７Ｌである場合、入射面７Ｌとは反対に位置する側端面に反射シートが貼られるか、または、入射面７Ｌとは反対に位置する側端面に近い位置に反射板が設置されることが一般的である。このため、Ｙｍａｘ近傍における光偏向要素１８の配置が上記条件から外れるように光偏向要素１８を設計する必要がある。以上の理由により、上記の範囲がｙ／Ｙｍａｘ＜０．９に決定されている。また、導光体７を構成する４つの側端面のうち一つの面が入射面７Ｌである場合、Ｙｍａｘは入射面７Ｌとは反対に位置する面の位置Ｌに等しい。導光体７の入射面が、例えば、互いに反対側に位置する２面である場合、Ｙｍａｘの位置は面中心位置（Ｌ×５／１０）となる。
【００５７】
次に光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）を構成する第２関数Ｓ（ｙ）について説明する。上述したように、輝度ピーク位置の数は必要に応じて任意に設定出来るが、特に図９に示すように三つ山形状を得ることが好ましい。そして最大ピーク位置を面中心位置（Ｌ×５／１０）に対応させるためには、第２関数Ｓ（ｙ）の減少増加の繰り返し周期は、０．７×Ｌ／２．５〜１．２×Ｌ／２．５の範囲内であることが望ましい。この繰り返し周期がこの範囲から外れる場合、最大ピーク位置が面中心位置（Ｌ×５／１０）からずれてしまい、本発明の狙いと合わない結果となる。最も望ましい条件は、１×Ｌ／２．５である。つまり、入射面７Ｌから、入射面７Ｌとは反対側の面の位置Ｌに対して、２．５周期の振幅が得られるように光偏向要素１８を配置することが望ましい。このとき、２．５周期を構成する５つの半周期（０．５周期×５）のそれぞれは異なっても構わない。
【００５８】
そして光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）における第２関数Ｓ（ｙ）の寄与度を高めると輝度ピークの振幅が高まり、より局所的に輝度を高めることが可能となるが、一方で面内輝度均一性が損なわれる。そこで、第２関数Ｓ（ｙ）の微分値ｄＳ（ｙ）／ｄｙが０となる位置をｙλｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、０．０１×Ｆ（ｙλｉ）＜｜Ｓ（ｙλｉ）｜＜０．１×Ｆ（ｙλｉ）を満たすことが望ましい。この範囲より大きい場合、輝度ピークの振幅が大きくなり過ぎ、結果として面内輝度均一性が悪化するためである。図９を例とすると、Ｌ／１０、Ｌ×５／１０、Ｌ×９／１０の位置の輝度は高まるが、Ｌ×３／１０、Ｌ×７／１０の位置の輝度が低下してしまう。
【００５９】
このような光偏向要素密度Ｄによって光偏向要素１８の疎密配置が決定された導光体７を備える本発明の実施形態における照明装置３においては、輝度均一性を保ちながら面中心輝度を高めることが出来る。そして光偏向要素１８の配置パターンは複数の領域に分割されており、領域内のＸ方向においては一定のピッチで配置され、Ｙ方向においては入射面７Ｌから離れるほどピッチが小さくなるように光偏向要素１８が配置される。このため、光偏向要素１８の視認性を抑制し、且つ高輝度な照明装置３を得ることが出来る。更に、１つ１つの領域は、Ｘ方向にも分割された領域を有しても良い。この理由は、Ｘ方向に領域を分割することで、より精度高く面輝度ムラを低減することが出来るためである。
【００６０】
一方、導光体の射出面７ｂには光路制御要素１９が形成される。光路制御要素１９はＹ方向に延在するプリズム形状又はレンチキュラーレンズ形状であって、Ｘ方向へ一定のピッチで配列される。このとき光路制御要素１９はギャップをあけて配列しても良い。図２Ａ〜図２Ｃは、光路制御要素１９がレンチキュラーレンズである場合を図示している。光路制御要素１９は、導光体７内を導光する光の進路と射出面７ｂから射出される光の射出方向とを制御する。先述した、導光体７のＸ方向における光偏向要素密度Ｄが一定である場合についての従来の問題点と本発明による解決手段について以下説明する。
【００６１】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、光路制御要素１９が設けられていない導光体７において、内部を導光する光の振る舞いを図示している。図１２Ａは射出面７ｂ側から見た平面図であり、図１２Ｂは入射面７Ｌから見た側面図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、簡易的に、導光体７の入射面７Ｌに光源６が１つ配置された場合について図示している。
【００６２】
光路制御要素１９が設けられていない場合、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内部を放射状に広がりながら導光する。ここで、図１４Ａは光路制御要素１９が設けられていない導光体７の面輝度分布を示した図であり、例として導光体７の長辺２辺が入射面７Ｌとして用いられている。光路制御要素１９が設けられていない導光体７においては、図１４Ａに示すように三角形状の暗部Ｇが生じてしまう。これは、図１２Ａで示したように、光源６から導光体７に入射した光が放射状に広がって導光体７内を導光することに起因し、複数の光源６から出射された光の重ね合わせ、そして光源６が配置されない短辺の側端面から外部への光漏れなどによる。従って、従来においては、光偏向要素１８の配置を設計する際、Ｘ方向の光偏向要素密度Ｄを一定とすることは難しく、Ｙ方向のみならず、Ｘ方向にも、光偏向要素１８の疎密設計（密度が高い部分と低い部分とを含むように光偏向要素１８を配置する設計）をしなければならないという問題があった。
【００６３】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、光路制御要素１９が設けられている導光体７において、内部を導光する光の振る舞いを図示している。図１３Ａは射出面７ｂ側から見た平面図であり、図１３Ｂは入射面７Ｌから見た側面図である。
【００６４】
光源６から入射面７Ｌに入射した光は、光路制御要素１９の傾斜面によりその反射角度が偏向され、放射状に広がることなくＹ方向へと導光する。図１４Ｂは光路制御要素１９が設けられている導光体７の面輝度分布を示した図である。光源６から入射面７Ｌに入射した光が放射状に広がらずＹ方向へと導光するため、図１４Ａで示したような暗部Ｇは生じない。また光源６が配置されない短辺の側端面から外部への漏れ光もほとんどなく、高効率な照明装置３を得ることが出来る。
【００６５】
本発明の実施形態における照明装置３を構成する導光体７の光偏向要素密度Ｄは、Ｙ方向においては入射面に近いほど光偏向要素１８の密度が低く、入射面から離れるほど光偏向要素１８の密度が高くなる疎密パターンを有する。Ｘ方向においては、光偏向要素１８の密度は一定である。光偏向要素１８の配置パターンは複数の領域に分割されてなり、領域内におけるＸ方向の光偏向要素１８は一定のピッチで配置され、Ｙ方向の光偏向要素１８入射面７Ｌから離れるほどピッチが小さくなるように配置される。そしてＸ方向における光偏向要素１８のピッチも入射面７Ｌに近い領域ほど大きく、入射面７Ｌから離れた領域ほど小さくなるよう設定されている。このため、光偏向要素１８の視認性を抑制し、且つ高輝度な照明装置３を得ることが出来る。更には射出面７ｂには光路制御要素１９が形成されるため、従来であればＸ方向の光偏向要素密度Ｄが一定である場合に生じる暗部Ｇの発生を抑え、輝度均一性の高い照明装置３を得ることが出来る。
【００６６】
このように、導光体７内部を導光する光の進路を制御する機能によって、上述した暗部Ｇの発生が抑制され、輝度均一性を高めるが、更には液晶ディスプレイのバックライトとして適用した場合、例えば３Ｄディスプレイにおけるスキャニングバックライトの機能を本発明の実施形態における照明装置３に付与することが出来る。また光源６のオンオフによって照明装置３の発光するエリアを制御することが出来るため、ローカルディミングによる液晶ディスプレイの省電力化に寄与することも出来る。
【００６７】
光路制御要素１９の形状としては、Ｙ方向に延在しＸ方向に配列される、断面が三角形状であるプリズムレンズ、多角プリズムレンズ、またはこれらプリズムレンズの先端が丸みを帯びた形状であっても良い。光路制御要素１９がプリズムレンズ形状を有する場合、射出面７ｂから射出される光が集光され、高輝度な照明装置３を得ることが出来る。
【００６８】
光路制御要素１９の断面形状は、球面、または非球面である湾曲レンチキュラーレンズ形状であることが望ましい。湾曲レンチキュラーレンズによって射出面７ｂから射出される光が集光され、高輝度な照明装置３を得ることが出来るだけでなく、入射面７Ｌ近傍に発生する光源ムラを抑制することが出来るためである。つまり、導光体７の入射面７Ｌには複数の光源６が一定の間隔で配置されるが、入射面７Ｌ近傍には光源６の配置間隔に起因する光源ムラが生じる。球面、または非球面である湾曲レンチキュラーレンズの断面輪郭の接線角度としては、導光体７の面に対して様々な角度が採用される。そのため、湾曲レンチキュラーレンズによって導光体７の内部で反射される導光は、様々な角度で反射されるため、光源ムラを抑制することが出来る。
【００６９】
更に光路制御要素１９は、光偏向要素１８の視認性を低減する機能を備える。本発明の実施形態における照明装置３をディスプレイ用のバックライトとして適用する場合、光偏向要素１８が点状に視認されることは望ましくない。光路制御要素１９がプリズムレンズである場合、光偏向要素１８によって拡散される光によって生じるイメージはスプリットされる。例えば光路制御要素１９が三角プリズムレンズである場合、１つの光偏向要素１８のイメージが２つのイメージへとスプリットされる。従って光偏向要素１８の視認性が容易に低減される。一方、光路制御要素１９が湾曲レンチキュラーレンズである場合、点状である光偏向要素１８のイメージは線状に形成されるため、光偏向要素１８の視認性低減が容易となる。
【００７０】
光路制御要素１９は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に一定の間隔、またはランダムな間隔で配列される。このとき互いに隣接する光路制御要素１９の間に平坦面である隙間が設けられていてもよい。光路制御要素１９が配列されるピッチの１０％以下の幅を有する隙間であれば、上述した暗部Ｇの抑制機能、または発光面のエリア制御機能、光偏向要素１８の視認性低減に影響を与えない。光路制御要素１９が配列されるピッチの５％以下の幅を有する隙間がより望ましい。このような隙間を設けることで、導光体７の成形用金型の寿命を延ばし、且つ成形不良の発生を抑えることができるため望ましい。
【００７１】
光偏向要素１８の形状としては、凹型、または凸型のマイクロレンズ形状又はピラミッド形状等、平面上に離散的に配置されるドット状の構造物であることが望ましい。上述した光偏向要素１８の視認性を抑制しやすいためである。図２Ａ〜図２Ｃ、図３は、本発明の一例として示された略楕円形状の底面を有するとともに、凹型のマイクロレンズ形状で形成された光偏向要素１８を図示している。楕円の長軸と短軸との向きに制限は無いが、短軸方向とＹ方向とが一致していることが特に望ましい。
【００７２】
本発明の実施形態に係る導光体７においては、その光偏向面７ａ上には凹型、または凸型のマイクロレンズ形状又はピラミッド形状等のドット状である光偏向要素１８が離散的に配置されている。射出面７ｂには、Ｙ方向に延在しＸ方向に配列されるプリズム形状又はレンチキュラーレンズ形状である光路制御要素１９が形成される。
以上、本発明の実施形態における各々の効果について説明してきたが、相互作用による新たなる効果について以下図面と数式を用いて説明する。
【００７３】
ドット状である光偏向要素１８を光偏向面７ａに垂直且つＸ方向に平行な面で切断したときの断面形状の接線と、光偏向面７ａとのなす最大角度をθｄとし、光路制御要素１９を射出面７ｂに垂直且つＸ方向に平行な面で切断したときの断面形状の接線と、射出面７ｂとのなす最大角度をθＬとし、導光体７の屈折率をｎとしたとき、光路制御要素１９の最大角度θＬが以下の式（１）の範囲を満たすことで、導光体７に入射した光を効率的に射出面７ｂから射出し、照明装置３の光利用効率を向上させることが出来る。
【数１】
2013047774.tif 000004
【００７４】
光源６から導光体７に入射した光は導光体７内部を３次元的な光路で導光する。入射面７Ｌの延在方向をＸ方向、入射面７Ｌと直交する方向をＹ方向、導光体７の光偏向面７ａの法線方向、すなわち導光体７の厚み方向をＺ方向としたとき、ＸＹ平面で導光体７内部を導光する光をみたとき、その射出効率、及び射出角度は光偏向要素１８のＸＹ平面における断面形状によって決定される。一方で、ＸＺ平面で導光体７内部を導光する光をみたとき、光偏向要素１８のＸＺ平面における断面形状によってその光路が偏向された光は、射出面７ｂに形成された光路制御要素１９によって更に偏向される。すなわち、導光体７に入射した光を効率的に射出面７ｂから射出するためには、光偏向要素１８のＸＹ平面における断面形状だけではなく、光偏向要素１８のＸＺ平面における断面形状と光路制御要素１９のＸＺ平面における断面形状との相互作用を考える必要がある。
【００７５】
図１５は、ＸＺ平面における光偏向要素１８の最大接線角度θｄと光路制御要素１９の最大接線角度θＬとの関係を示す。光偏向要素１８に入射した光線ｋが最大接線角度θｄによって反射され、光路制御要素１９に入射した光線ｋが最大接線角度θＬによって屈折して射出する状態を示している。光線ｋは、Ｘ方向に対してαという角度で光偏向要素１８に入射する場合を考える。このとき、光線ｋを反射するために、光偏向要素１８と空気との屈折率差による全反射条件は以下の式（２）で表され、この全反射条件を満たす光線ｋの振る舞いについて説明する。
【数２】
2013047774.tif 000005
【００７６】
光偏向要素１８で反射されて射出面７ｂに向かって進むようにその進路が変わった光線ｋは、光路偏向要素１９によって屈折し透過する。このとき、導光体７内部での光ｋとＺ軸とのなす角度θｐに対し、導光体７から射出された光線ｋとＺ軸とのなす角度θａを小さくする、すなわち、光路制御要素１９によってＺ方向へと光を集光するためには、光路制御要素１９の最大接線角度θＬは以下の式（３）を満足しなければならない。
【数３】
2013047774.tif 000006
ここでαが最も大きな角度である場合について考えると、以下の式（４）となる。
【数４】
2013047774.tif 000007
この式（４）を満足する光路制御要素１９を形成することで、光偏向要素１８によって反射された光線ｋは光路制御要素１９によってＺ方向へと集光されて射出されるため、照明装置３の輝度が向上する。
【００７７】
最も望ましくは、光路制御要素１９によって屈折し射出される光線ｋとＺ軸とのなす角度θａは０度である。このときの条件は以下の式（５）を満足することが望ましい。
【数５】
2013047774.tif 000008
式（５）の右式の「±α」を除いた数式は、光路制御要素１９によって屈折し射出される光線ｋとＺ軸とのなす角度θａが０度となる式である。ここで、光線ｋの入射角αは最大値としている。しかしながら、光偏向要素１８で反射される光線ｋの入射角αは０度以上から式（２）で表される角度の範囲であるため、光路制御要素１９の最大接線角度θＬは最適角度から±αの間に設定されることが望ましい。
【００７８】
一方で光路制御要素１９の最大接線角度θＬが大き過ぎる場合、光路制御要素１９へと入射する光線ｋが光路制御要素１９と空気との界面で全反射を起こしてしまうため望ましくない。ここで光線ｋの入射角αが０度である場合について考えたとき、光路制御要素１９の最大接線角度θＬは以下の式（６）を満足することが望ましい。
【数６】
2013047774.tif 000009
光路制御要素１９の最大接線角度θＬが式（５）を満足しないとき、光路制御要素１９の最大接線角度θＬに入射した光線ｋは透過出来ずに反射されるため望ましくない。更に望ましくは光線ｋの入射角αが式（２）で求まる最大角度である場合でも、光路制御要素１９と空気との界面とで全反射を起こさないことであり、以下の式（７）を満足することがより望ましい。
【数７】
2013047774.tif 000010
【００７９】
ここで光路制御要素１９の最大接線角度θＬ、及び光偏向要素１８の最大接線角度θｄの算出方法について説明する。光路制御要素１９が図１６に示されるような湾曲レンチキュラーレンズ形状である場合、最大接線角度は、隣り合う光路制御要素１９の谷部における角度であり、谷部から湾曲レンチキュラーレンズの頂部に向かうにつれ接線角度は小さくなる。つまり接線角度は湾曲レンチキュラーレンズの輪郭上で連続して変化するため、最大接線角度を隣り合う光路制御要素１９の谷部の１点で議論することは難しい。そこで最大接線角度θＬの定義を次のように規定する。すなわち、湾曲レンチキュラーレンズのピッチをＰＬとしたとき、隣り合う光路制御要素１９の谷部間の点と、そこからＸ方向にＰＬ×１／１０だけ離れた位置における光路制御要素１９の断面輪郭上の点とを結んだ線を形成し、形成された結線とＸ方向との角度を最大接線角度θＬとして規定する。光偏向要素１８の最大接線角度θｄについても同様に規定する。光偏向要素１８のＸ方向の幅をＰｄとしたとき、光偏向面７ａと光偏向要素１８（凹凸１７）との接点と、この接点からＸ方向にＰｄ×１／１０だけ離れた位置における光偏向要素１８の断面輪郭上の点とを結んだ線を形成し、形成された結線とＸ方向との角度を最大接線角度θｄとして規定する。
【００８０】
本発明の実施形態に係る導光体７の材料としては、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）等の透明樹脂が用いられる。本発明の実施形態に係る導光体７を形成する方法としては、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が用いられる。このような方法によって、導光体７、光偏向要素１８、及び光路制御要素１９が一体に成形される。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、及び光路制御要素１９を印刷法、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。
【００８１】
本発明の実施形態における導光体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と光路制御要素１９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・ロールによる成形であるため、量産性が高くなる。本発明の実施形態における導光体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を有するため、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ることが望ましく、ロール金型の周回方向において疎密パターンが略一定の間隔で形成されているロール金型を用いることで、シームレスでの導光体７の成形が可能となる。
【００８２】
（第２の実施形態）
本発明の別の実施形態について以下図面に基づいて説明する。図１７は本発明の実施形態における照明装置３を表示装置１のバックライトとして適用した例を示す。以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。図１７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。照明装置３は、画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された拡散性光学シート８ｃ、集光シート８ｂ、拡散シート８ａ、導光体７、光源６、及び反射板５を少なくとも含んで構成される。
【００８３】
拡散シート８ａとしては、透明な基材上に拡散ビーズをコーティングした拡散シート８ａが挙げられる。拡散シート８ａは、導光体７の光偏向面７ａに形成された光偏向要素１８を暈し視認性を抑制すると同時に、拡散ビーズがマイクロレンズと同様の効果を発揮することで、導光体７から射出される光を観察者側Ｆへと集光する機能を有する。またはより集光性の高い略半球形状であるマイクロレンズを規則的に、または不規則的に配置したマイクロレンズシートであっても良い。
【００８４】
集光シート８ｂとしては一般的に断面が三角形状であり、頂角が約９０度であるプリズムレンズシートが挙げられる。プリズムレンズシート８ｂは、観察者側Ｆへの集光性が非常に高い光学シートの１つであり、広く使用されている。特にプリズムシート７ｂを構成する三角プリズムの延在方向と導光体７の射出面７ｂに形成される光路制御要素１９とが直交するように配置することが望ましいが、表示装置１の利用形態によって方向は適宜選択することが出来る。一般的に表示装置１は広い水平視野が求められる。プリズムシート７ｂは、視野を狭くすることで集光し観察者側Ｆの輝度を高めるため、三角プリズムは画面水平方向に延在し、画面垂直方向に配列することが望ましい。
【００８５】
拡散性光学シート８ｃは集光シート８ｂと画像表示素子２との間に発生するモアレ干渉縞の発生を抑制するために配置される。合わせて、集光シート８ｂがプリズムレンズシート８ｂである場合には、プリズムレンズシート８ｂによって生じるサイドローブを低減する機能を備える。拡散性光学シート８ｃは偏光分離反射機能を有していても良い。
【００８６】
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。画像表示素子２として、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子を用いれば、本発明の実施形態における照明装置３により、観察者側Ｆへの輝度が向上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。
【００８７】
本発明の実施形態における表示装置１は、上述したように、光路制御要素１９が形成された導光体７を備えた照明装置３をバックライトとして利用する。このため、光偏向要素密度ＤがＸ方向において一定であっても、従来の問題点である暗部Ｇが発生しないため、輝度均一性の高い表示装置１を得ることが出来る。また光偏向要素１８の配置パターンはＹ方向に複数分割されているため、輝度が高く、且つ光偏向要素１８の視認性を抑制した表示装置１を得ることが出来る。そして光偏向要素密度Ｄの逆関数１／Ｄ（ｙ）は、密度の増減を繰り返す周期関数を含んでいるため、画面の輝度均一性を保ちながら画面中心輝度の高い表示装置１を得ることが出来る。また光偏向要素１８のＸ方向断面の最大接線角度θｄと光路制御要素１９のＸ方向断面の最大接線角度θＬとが式（１）で示される条件を満たすことで、２つのレンズの相乗効果により輝度の高い表示装置１を得ることが出来る。
【００８８】
（第３の実施形態）
本発明の実施形態における表示装置１を構成する導光体７の射出面７ｂに形成される光路制御要素１９が、光偏向要素１８の視認性を抑制する機能を備えることについて上述したが、更に光偏向要素１８の視認性を抑制する表示装置１の別の形態について図１８を用いて説明する。図１７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。照明装置３は、画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された、集光シート８ｂ、導光体７、光源６、及び反射板５を少なくとも含んで構成される。拡散性光学シート８ｃは必要に応じて配置され、適宜取り外しても構わない。
【００８９】
集光シート８ｂにおいては、透光性の基材の表面に、球面、または非球面である湾曲レンチキュラーレンズが形成される。湾曲レンチキュラーレンズは導光体７に形成される光路制御要素１９とは直交する方向に延在する。また光路制御要素１９は球面、または非球面である湾曲レンチキュラーレンズである。光路制御要素１９が湾曲レンチキュラーレンズ形状である場合、光偏向要素１８によって拡散される光によって生じるイメージが線状に形成されるため、光偏向要素１８の視認性を抑制する効果があることについては上述したとおりである。湾曲レンチキュラーレンズによってイメージが線状に形成される方向は湾曲レンチキュラーレンズの配列方向と一致する。本発明の実施形態における表示装置１は、導光体７の射出面７ｂ側（射出面７ｂに近い位置）に設けられた湾曲レンチキュラーレンズシート８ｂを更に備える。そして湾曲レンチキュラーレンズシート８ｂに形成される湾曲レンチキュラーレンズの延在方向と導光体７の射出面７ｂに形成される湾曲レンチキュラーレンズ１９の延在方向は直交するようにこれらの湾曲レンチキュラーレンズが配置される。これにより、導光体７の射出面７ｂに形成された湾曲レンチキュラーレンズによってＸ方向へと線状に形成された光偏向要素１８のイメージが、更に湾曲レンチキュラーレンズシート８ｂによってＹ方向に形成され、２次元のイメージが形成される（面状化）。このように、点状のイメージが面状のイメージへと変換されるため、光偏向要素１８の視認性を大幅に抑制することが可能となる。
【００９０】
湾曲レンチキュラーレンズシート８ｂは、透光性の基材上にＵＶ樹脂又は放射線硬化樹脂を用いて成形される。湾曲レンチキュラーレンズシート８ｂの材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、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）等を用いてもよい。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湾曲レンチキュラーレンズシート８ｂは作製される。また湾曲レンチキュラーレンズ８ｂは、その基材、或いは湾曲レンチキュラーレンズの少なくともいずれか一方に拡散材を含有していても良い。
【００９１】
本発明の実施形態における表示装置１は、光路制御要素１９が形成された導光体７と、導光体７の射出面７ｂに形成される湾曲レンチキュラーレンズとは直交する湾曲レンチキュラーレンズが形成された集光シート８ｂとを備えた照明装置３をバックライトとして利用する。このため、光偏向要素密度ＤがＸ方向において一定であっても、従来の問題点である暗部Ｇが発生せず、また光偏向要素１８の点状イメージが面状イメージに変換される。このため、光偏向要素１８の視認性を大幅に抑制し、且つ輝度均一性の高い表示装置１を得ることが出来る。また光偏向要素１８の配置パターンはＹ方向に複数分割されているため、輝度が高く、且つ光偏向要素１８の視認性を抑制した表示装置１を得ることが出来る。そして光偏向要素密度Ｄの逆関数１／Ｄ（ｙ）は、密度の増減を繰り返す周期関数を含んでいるため、画面の輝度均一性を保ちながら画面中心輝度の高い表示装置１を得ることが出来る。また光偏向要素１８のＸ方向断面の最大接線角度θｄと光路制御要素１９のＸ方向断面の最大接線角度θＬとが式（１）で示される条件を満たすことで、２つのレンズの相乗効果により輝度の高い表示装置１を得ることが出来る。
【００９２】
以上、本発明の実施形態における照明装置３、並びに表示装置１について説明したが、照明装置３は表示装置１のみに適用されない。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。
【実施例】
【００９３】
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ない。【００９４】
（実施例１）
（導光体の概略構成）
本実施例における導光体７について説明する。導光体７の光射出面７ｂには高さが約５０μｍ、幅が約１５０μｍの湾曲レンチキュラーレンズ１９が形成される。湾曲レンチキュラーレンズ１９は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に隙間無く配列される。そしてＸ方向断面における最大接線角度θＬは約５８度である。
一方、導光体７の光偏向面７ａには、図２０に示すように、楕円形状の底面を有するとともに凹状に形成された楕円マイクロドット１８が設けられている。底面が楕円である凹状の楕円マイクロドット１８は、楕円長軸がＸ方向と一致して離散的に光偏向面７ａに配置される。楕円マイクロドット１８の長軸における長さ（大きさ）は約２００μｍ、短軸における長さ（大きさ）は約１００μｍであり、レンズの高さ（凹状であるので深さ）は約２０μｍである。
導光体７の厚みは、３ｍｍ、平面の大きさは３２インチサイズであり、導光体７を構成する４つの側端面のうち長辺１辺が入射面７Ｌである。導光体７の材料として、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を使い、押出成形にて導光体７を作製した。【００９５】
（光偏向要素の配置）
楕円マイクロドット１８の密度Ｄはその位置が入射面７Ｌに近いほど疎であり、その位置が入射面７Ｌから離れるほど密になるように、楕円マイクロドット１８は配置されている（疎密配置）。楕円マイクロドット１８の配置パターンはＹ方向に５つの領域に分割されている。各領域において、楕円マイクロドット１８のＸ方向のピッチＰｘとＹ方向のピッチＰｙとの比であるＰｙ／Ｐｘはおよそ０．３〜０．７程度の範囲になるように、楕円マイクロドット１８の配置パターンが設計されている。すなわち、各領域内においてＸ方向のピッチＰｘは一定であるため、楕円マイクロドット１８が配置される位置が入射面７Ｌから離れるほどＹ方向のピッチＰｙが小さくなる。従って、Ｐｙ／Ｐｘは、楕円マイクロドット１８が配置される位置が入射面から離れるほど小さくなり、０．３程度までＰｙ／Ｐｘが小さくなったところで次の領域へと切り替わる。このときＸ方向のピッチＰｘが入射面７Ｌに近い領域におけるピッチより小さくなるため、Ｙ方向のピッチＰｙを大きくすることが出来る。上述した通り、楕円マイクロドット１８のＸ方向のピッチＰｘとＹ方向のピッチＰｙとの比であるＰｙ／Ｐｘの最適な範囲は、本発明者等が光学シミュレーションと実際の試作サンプルとで確認した結果、０．２〜１．０の範囲である。図６Ａ，図６Ｂ、図７Ａ、及び図７Ｂでは比較例としてＰｙ／Ｐｘが本発明の範囲外である場合、光偏向要素１８がどのように視認されるかを説明したが、本実施例のＰｙ／Ｐｘの範囲０．３〜０．７は楕円マイクロレンズ１８の視認性を低下するのに十分な範囲である。更に領域の分割により、入射面７Ｌから最も離れた位置での楕円マイクロレンズ密度Ｄは約９０％である。これにより、導光体７内部を導光する光を効率的に射出面７ｂから射出することが出来る。領域の分割を行わない比較例としては、図８に示したように、光源６から最も離れた位置における光偏向要素密度Ｄを高めることが出来ないため、照明装置３の効率が低下する。一方で図９に示した比較例においては、光源６近傍の領域（光源６に近い領域）において、光偏向要素１８がＸ方向に向けて連なる線状に視認される。因みに一般的な印刷導光板において、入射面から最も離れた位置の印刷ドット密度はおよそ７０％弱である。従って、印刷導光板内部を導光する光を効率的に射出することが出来ず、導光体７において入射面とは反対側の面から漏れ出る光が非常に多くなる。【００９６】
楕円マイクロレンズ１８の密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）は、入射面からの距離ｙに対して単調減少する第１関数Ｆ（ｙ）と、距離ｙに対して減少増加を繰り返す第２関数Ｓ（ｙ）との足し合わせにより表される。まず第１関数Ｆ（ｙ）については、入射面７Ｌから、入射面７Ｌとは反対側の面までの距離、すなわち導光体７のＹ方向の長さＬに対して、０＜ｙ／Ｌ＜０．９の範囲内において、どの位置においても第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの変動量が該微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの平均値の２倍以下となるように、楕円マイクロレンズ１８の配置を設計した。特に、光源近傍（光源に近い位置）では、第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙが平均値より大きく、画面中心付近で平均値と同等となるように楕円マイクロレンズ１８の配置を設計することで、図１１に示されるような画面中心の輝度が最も高くなるような湾曲した輝度分布を得ることが出来る。【００９７】
そして次に第２関数Ｓ（ｙ）は、図１１に示すように１／１０Ｌ、５／１０Ｌ、９／１０Ｌの３つの位置にピークが来るよう、その周期を導光体７のＹ方向の長さＬに対して１／２．５とした。図１９を使って第２関数Ｓ（ｙ）について説明する。本実施例における導光体７において三つ山のピークを持つ輝度分布が得るために、第２関数Ｓ（ｙ）の減少増加の繰り返し周期は、導光体７の長さＬに対して２．５周期とすることが望ましい。しかしながらこの２．５周期を構成する５つの半周期（０．５周期×５）の長さをそれぞれλ１、λ２、・・・λ５としたとき、それぞれの半周期の長さが異なっても構わない。それぞれの半周期の足し合わせから求められる平均周期が、０．７×Ｌ／２．５〜１．２×Ｌ／２．５の範囲内に収まるように楕円マイクロレンズ１８の配置が設計されることが望ましい。【００９８】
次に第２関数Ｓ（ｙ）の振幅について説明する。第２関数Ｓ（ｙ）の各半周期の最大振幅の絶対値は、光源６から光源６から離れた位置に向けて、小さくなる。これは第１関数Ｆ（ｙ）が光源６からの距離ｙに対して単調減少するためである。このとき、各半周期の最大振幅の位置は、それぞれｙλ１、ｙλ２、・・・、ｙλ５と表されるが、各半周期の最大振幅の絶対値は、各位置において第１関数Ｆ（ｙ）の値に対し０．０１〜０．１倍となるように、第２関数Ｓ（ｙ）の各半周期の最大振幅の絶対値を決定することが望ましいことは先述した通りである。本実施例においては、各半周期の最大振幅の絶対値の大きさが、第１関数Ｆ（ｙ）の各位置における値に対して０．０５倍となるように、楕円マイクロレンズ１８の配置を設計した。【００９９】
（光偏向要素の形状）
続いて本実施例の導光体７を構成する楕円マイクロドット１８について詳細に説明する。図２０は本実施例における楕円マイクロドット１８を示す図である。楕円マイクロドット１８の長軸はＸ方向と略一致しており、短軸はＹ方向と略一致して配置される。従ってＹ方向断面、すなわち楕円マイクロドット１８の短軸断面の形状は、光源６の光軸に直交する面であり、導光体７に入射した光を射出面７ｂから効率的に射出するにはこの短軸断面の形状が重要となる。本実施例においては楕円マイクロドット１８の短軸断面形状を球面としているが、光偏向要素１８のＹ方向断面形状は三角プリズム形状であっても良い。光源６の光軸と直交する面が直線となるため、射出光を所定の方向へと集光しやすいためである。また三角プリズム形状の頂部は丸みを帯びていても良い。一方で光偏向要素１８のＹ方向断面形状が球面、非球面である曲線である場合、射出光はある程度広い角度範囲に射出される。そのため、光偏向要素１８の視認性を抑制しやすいというメリットがある。更に導光体７内部を導光する光の射出効率としては、光偏向要素１８の形状が先述したプリズム形状である場合と同等の性能を得ることが出来る。そして例えば本発明の実施形態における照明装置３を液晶ＴＶのバックライトとして使用する場合、導光体７と表示素子２との間に配置される透過性光学シート８によって、導光体７から射出された光は拡散、集光される。このため、広い角度範囲に射出されることはデメリットとはならない。本発明の実施形態に係る導光体７を構成する光偏向要素１８の形状は、その適用される状況や目的に合わせて、球面形状、またはプリズム形状を適宜選択することが可能である。【０１００】
本実施例における光偏向要素１８は図２０に示したような楕円マイクロドット１８である。このとき、Ｙ方向断面形状における接線と第１主面とのなす最大角度をθｄｙとしたとき、本発明者等が検討を重ねた結果、１５度以上７０度以内であれば導光体７内部を導光する光を効率的に射出面７ｂから射出できるため望ましい。そして更には、照明装置３を液晶ＴＶのバックライトとして使用する場合、導光体７と表示素子２との間に配置される透過性光学シート８の構成によって、最大角度θｄｙの最適範囲が決定する。図１７に示されるような、導光体７と表示素子２との間に、拡散シート８ａ、集光シート８ｂ、拡散性光学シート８ｃが配置される場合について説明する。【０１０１】
図１７において、集光シート８ｂとして三角プリズムシートが用いられているが、レンチキュラーレンズシートが用いられても構わない。導光体７の１つの側端面が入射面７Ｌであり、光源６の光軸はＹ方向に平行となる。導光体７から射出される光のピーク角度は、正面方向、すなわち観察者側ＦよりもＹ方向（図１７で右方向）に傾いた光が射出される。ここで集光シート８ｂのレンズはＹ方向に配列しＸ方向へと延在している。すなわち、導光体７から射出される光の方向に対して、集光シート８ｂのレンズ面が直交する方向であるため、導光体７から斜めに射出される光を観察者側Ｆへと偏向し、正面輝度が向上する。特に集光シート８ｂが頂角９０度の三角プリズムシートである場合、斜め入射光を屈折して正面方向に集光し、正面入射光は反射して戻ってしまう。従って、導光体７から射出される光が正面方向より斜めに傾いると、効率的に正面方向へと光を集めることが出来る。こうしたことから、集光シート８ｂのレンズがＸ方向に延在し、Ｙ方向に配列されている場合、光偏向要素１８のＹ方向断面における最大接線角θｄｙは上述した範囲の中でも小さい角度であることが望ましく１５度以上５０度以下の範囲であることが望ましい。【０１０２】
一方で、集光シート８ｂのレンズ方向が図１７とは９０度異なる場合、すなわち、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向にレンズが配置される場合、導光体７から射出される光の方向に対して、集光シート８ｂのレンズ面が平行となるため、上述したような集光シート８ｂによって導光体７から射出される射出光をレンズ面によって偏向することが出来ない。この場合、導光体７から射出される射出光のピーク角度が観察者側Ｆに近いほど、輝度の高い照明装置３を得ることが出来る。こうしたことから、集光シート８ｂのレンズがＹ方向に延在し、Ｘ方向に配列されている場合、光偏向要素１８のＹ方向断面における最大接線角θｄｙは上述した範囲の中でも大きい角度であることが望ましく、３５度以上７０度以下の範囲であることが望ましい。【０１０３】
本実施例における導光体７においては、４つの側端面のうち１つの長辺が入射面７Ｌである。すなわち図１７に示した表示装置１の断面図において、Ｘ方向が画面水平方向であり、Ｙ方向が画面垂直方向となる。表示装置１においては、画面垂直方向の視野角よりも、画面水平方向の視野角を広くすることが望ましい。つまり集光シート８ｂの配置向きは、構成するレンズが画面水平方向に延在し、画面垂直方向に配列される方向となることが望ましい。従って本実施例においては、集光シート８ｂのレンズは、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に配列されるように構成される。そこで光偏向要素１８のＹ方向断面における最大接線角θｄｙを３０度とした。【０１０４】
（光偏向要素の形状と光路制御要素の形状）
次に楕円マイクロドット１８のＸ方向断面における形状と、光路制御要素１９である湾曲レンチキュラーレンズ１９の形状について説明する。上述した通り、楕円マイクロドット１８のＸ方向断面における最大接線角θｄと、湾曲レンチキュラーレンズ１９のＸ方向断面における最大接線角θＬとは式（１）を満足することが望ましい。ここで本実施例における導光体７はＰＭＭＡで作製されているため、その屈折率は約１．４９である。本実施例における楕円マイクロドット１８のＸ方向断面における形状は、その最大接線角θｄが２５度である球面形状とした。上述した通り、本実施例における湾曲レンチキュラーレンズ１９の最大接線角θＬを約５８度としたので、楕円マイクロドット１８のＸ方向断面おける最大接線角θｄは約３８度以下であることが望ましい。【０１０５】
（導光体の光学評価）
以上のようにして、光偏向要素１８の形状、及び配置、光路制御要素１９の形状が決定され作製された導光体７が配置された液晶ＴＶにて光学評価を行った。液晶ＴＶは、観察者側Ｆから順に、液晶表示素子２、上拡散シート８ｃ、集光シート８ｂ、拡散シート８ａ、導光体７、反射シート５によって構成されている。導光体７を構成する４つの側端面のうち長辺１辺が入射面７Ｌであり、複数の光源６は入射面７Ｌに配置される。尚、比較例１としては一般的に使用される印刷導光板を準備した。印刷導光板の射出面は平坦であり、光偏向面には白色インキによるドットが印刷されている。光学評価には分光放射輝度計ＳＲ−ＵＬ２（ＴＯＰＣＯＮ製）を用いて、図２１に示されるように画面内を多点測定した。測定ポイントの数は、画面垂直方向の長さｖに対して１０分の１刻みで９点、画面水平方向の長さｈに対して２０分の１刻みで１９点、計１９×９で１７１点とした。輝度測定結果について、画面中心輝度（５・ｖ／１０、１０・ｈ／２０の位置）と、面内の輝度最低値と輝度最高値との比Ｍｉｎ／Ｍａｘと、１７１点の輝度積分値とを算出し、実施例１と比較例とを比較し、評価した。結果を図２２に示す。【０１０６】
本実施例における導光体７が配置された液晶ＴＶは、比較例１である印刷導光板が配置された場合に比べて、画面中心輝度は１５％向上した。一方で面内の輝度ムラを評価するＭｉｎ／Ｍａｘは本実施例が７７％、比較例１が７８％とほぼ同等であった。つまり面内の輝度ムラは同等でありながらも、画面中心輝度を高めることが出来た。更に１７１点の輝度積分値を比較すると、本実施例の導光体７を配置することで、比較例１である印刷導光板に比べて１０％効率が向上した。つまり、本実施例における導光体７が配置された照明装置３は比較例１である印刷導光板が配置された場合と比べて、光の利用効率が１０％高まったということである。更に本実施例における導光体７の光偏向面７ａに形成される楕円マイクロドット１８の疎密配置は、輝度ムラを悪化させずに画面中心輝度が高まるよう設計されているため、光の利用効率向上が１０％でありながら、画面中心輝度が１５％高まり、且つ輝度ムラは比較例１と同等という結果が得られた。【０１０７】
（実施例２）
（導光体の概略構成）
次に実施例２による導光体７について説明する。本実施例における導光体７の光射出面７ｂには高さが約５０μｍ、幅が約１５０μｍの湾曲レンチキュラーレンズ１９が形成される。湾曲レンチキュラーレンズ１９は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に隙間無く配列される。そしてＸ方向断面における最大接線角度θＬは約５８度である。
一方、導光体７の光偏向面７ａには、図２０に示すように、楕円形状の底面を有するとともに凹状に形成された楕円マイクロドット１８が設けられている。底面が楕円である凹状の楕円マイクロドット１８は、楕円長軸がＸ方向と一致して離散的に光偏向面７ａに配置される。楕円マイクロドット１８の長軸における長さ（大きさ）は約２００μｍ、短軸における長さ（大きさ）は約９０μｍであり、レンズの高さ（凹状であるので深さ）は約２０μｍである。
導光体７の厚みは３ｍｍ、平面の大きさは４０インチサイズであり、導光体７を構成する４つの側端面のうち長辺１辺が入射面７Ｌである。導光体７の材料としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を使い、押出成形にて導光体７を作製した。【０１０８】
（光偏向要素の配置）
楕円マイクロドット１８の密度Ｄはその位置が入射面７Ｌに近いほど疎であり、その位置が入射面７Ｌから離れるほど密になるように、楕円マイクロドット１８は配置されている（疎密配置）。楕円マイクロドット１８の配置パターンはＹ方向に７つの領域に分割されている。ところで、本実施例においては、導光体７を構成する４つの側端面のうち、互いに反対に位置する２つの側端面が入射面７Ｌである。光源６は、この２つの入射面７Ｌに配置される。このため、７つの領域のうち１番目と７番目の領域、２番目と６番目の領域、３番目と５番目の領域においては、光偏向要素１８のＸ方向のピッチＰｘ、Ｙ方向のピッチＰｙとはほぼ同等となるように楕円マイクロドット１８の配置パターンが設定されている。そして４番目の面中心の領域は、面中心で折り返すように楕円マイクロドット１８の配置パターンが設計されている。各領域において、楕円マイクロドット１８のＸ方向のピッチＰｘとＹ方向のピッチＰｙとの比であるＰｙ／Ｐｘはおよそ０．３〜０．７程度の範囲になるよう楕円マイクロドット１８の配置パターンが設計されている。上述した通り、楕円マイクロドット１８のＸ方向のピッチＰｘとＹ方向のピッチＰｙとの比であるＰｙ／Ｐｘの最適な範囲は、本発明者等が光学シミュレーションと実際の試作サンプルとで確認した結果、０．２〜１．０の範囲であり、本実施例のＰｙ／Ｐｘの範囲０．３〜０．７は楕円マイクロレンズ１８の視認性を低下するのに十分な範囲である。【０１０９】
楕円マイクロレンズ１８の密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）は、入射面からの距離ｙに対して単調減少する第１関数Ｆ（ｙ）と、距離ｙに対して減少増加を繰り返す第２関数Ｓ（ｙ）との足し合わせにより表される。本実施例の導光体７は、互いに反対に位置する２つの入射面を有するため、Ｙｍａｘは画面中心位置、すなわちＬ／２となる。まず第１関数Ｆ（ｙ）については、入射面７Ｌから最も離れた位置までの距離、すなわち導光体７のＹ方向の中心位置Ｌ／２に対して、０＜ｙ／Ｌ／２＜０．９の範囲内において、どの位置においても第１関数Ｆ（ｙ）の微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの変動量を、該微分値ｄＦ（ｙ）／ｄｙの平均値の２倍以下となるように、楕円マイクロレンズ１８の配置を設計した。【０１１０】
そして次に第２関数Ｓ（ｙ）は、図１１に示すように１／１０Ｌ、５／１０Ｌ、９／１０Ｌの３つの位置にピークが来るよう、その周期を導光体７のＹ方向の長さＬに対して１／２．５とした。そして第２関数Ｓ（ｙ）の各半周期の最大振幅の絶対値は、光源６から離れるにつれ小さくなる。本実施例における導光体７は互いに反対に位置する２つの入射面７Ｌを有するため、光源６から最も離れた位置は画面中心の位置となる。上述したように、第２関数Ｓ（ｙ）は５つの半周期で表され、各半周期の最大振幅の絶対値は各位置において第１関数Ｆ（ｙ）の値に対して０．０６倍となるように楕円マイクロレンズ１８の配置を設計した。【０１１１】
（光偏向要素の形状）
続いて本実施例の導光体７を構成する楕円マイクロドット１８について説明する。本実施例における導光体７を構成する４つの側端面のうち２つの短辺を入射面７Ｌとしている。すなわち図１７に示した表示装置１の断面図において、Ｙ方向が画面水平方向であり、Ｘ方向が画面垂直方向となる。従って本実施例においては、集光シート８ｂのレンズはＹ方向に延在し、Ｘ方向に配列されるように構成される。そこで光偏向要素１８のＹ方向断面における最大接線角θｄｙを６０度とした。【０１１２】
（光偏向要素の形状と光路制御要素の形状）
次に楕円マイクロドット１８のＸ方向断面における形状と、光路制御要素１９である湾曲レンチキュラーレンズ１９の形状について説明する。上述した通り、楕円マイクロドット１８のＸ方向断面における最大接線角θｄと、湾曲レンチキュラーレンズ１９のＸ方向断面における最大接線角θＬとは式（１）を満足することが望ましい。本実施例における楕円マイクロドット１８のＸ方向断面における形状は、その最大接線角θｄが２５度である球面形状とした。上述した通り、本実施例における湾曲レンチキュラーレンズ１９の最大接線角θＬを約５８度としたので、楕円マイクロドット１８のＸ方向断面おける最大接線角θｄは約３８度以下であることが望ましい。【０１１３】
（導光体の光学評価）
以上のようにして、光偏向要素１８の形状、及び配置、光路制御要素１９の形状が決定され作製された導光体７が配置された液晶ＴＶにて光学評価を行った。液晶ＴＶは、観察者側Ｆから順に、液晶表示素子２、上拡散シート８ｃ、集光シート８ｂ、拡散シート８ａ、導光体７、反射シート５によって構成されている。導光体７を構成する４つの側端面のうち短辺２辺が入射面７Ｌであり、複数の光源６は２つの入射面７Ｌに配置される。尚、比較例２としては一般的に使用されるレンチキュラーレンズ付印刷導光板を準備した。印刷導光板の射出面には湾曲レンチキュラーレンズが形成され、光偏向面には白色インキによるドットが印刷されている。光学評価には分光放射輝度計ＳＲ−ＵＬ２（ＴＯＰＣＯＮ製）を用いて、図２１に示されるように画面内を多点測定した。測定ポイントの数は、画面垂直方向の長さｖに対して１０分の１刻みで９点、画面水平方向の長さｈに対して２０分の１刻みで１９点、計１９×９で１７１点とした。輝度測定結果について、画面中心輝度（５・ｖ／１０、１０・ｈ／２０の位置）と、面内の輝度最低値と輝度最高値との比Ｍｉｎ／Ｍａｘと、１７１点の輝度積分値とを算出し、実施例２と比較例とを比較し、評価した。結果を図２３に示す。【０１１４】
本実施例における導光体７が配置された液晶ＴＶは、比較例２であるレンチキュラーレンズ付印刷導光板が配置された場合に比べて、画面中心輝度は１０％向上した。一方で面内の輝度ムラを評価するＭｉｎ／Ｍａｘは本実施例が８１％、比較例１が８０％とほぼ同等であった。つまり面内の輝度ムラは同等でありながらも、画面中心輝度を高めることが出来た。更に１７１点の輝度積分値を比較すると、本実施例の導光体７を配置することで、比較例１である印刷導光板に比べて５％効率が向上した。つまり、本実施例における導光体７が配置された照明装置３は比較例１である印刷導光板が配置された場合と比べて、光の利用効率が１０％高まったということである。更に本実施例における導光体７の光偏向面７ａに形成される楕円マイクロドット１８の疎密配置は、輝度ムラを悪化させずに画面中心輝度が高まるよう設計されているため、光の利用効率向上が５％でありながら、画面中心輝度が１０％高まり、且つ輝度ムラは比較例１と同等という結果が得られた。【０１１５】
以上、本発明の実施形態における照明装置３、並びに表示装置１について実施例に基づき詳細に説明したが、本発明の実施形態における照明装置３、並びに表示装置１はこれに限定されない。本実施例においては光偏向要素１８が凹状である場合について詳細に説明したが、凸状である場合についても同様である。また本発明の実施形態における照明装置３を表示装置１のバックライトとして使用する場合について説明したが、これに限定されない。例えば本発明の実施形態における照明装置３を照明器具として適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、照明装置及び表示装置に、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
３  照明装置
５  反射板（反射シート）
６  光源
７  導光体
７ａ  光偏向面
７ｂ  射出面
７Ｌ  入射面
８  透過性光学シート
１８  光偏向要素
１９  光路制御要素
【図１】
2013047774.tif 000012
【図２Ａ】
2013047774.tif 000013
【図２Ｂ】
2013047774.tif 000014
【図２Ｃ】
2013047774.tif 000015
【図３】
2013047774.tif 000016
【図４】
2013047774.tif 000017
【図５Ａ】
2013047774.tif 000018
【図５Ｂ】
2013047774.tif 000019
【図６Ａ】
2013047774.tif 000020
【図６Ｂ】
2013047774.tif 000021
【図７Ａ】
2013047774.tif 000022
【図７Ｂ】
2013047774.tif 000023
【図８】
2013047774.tif 000024
【図９】
2013047774.tif 000025
【図１０Ａ】
2013047774.tif 000026
【図１０Ｂ】
2013047774.tif 000027
【図１０Ｃ】
2013047774.tif 000028
【図１１】
2013047774.tif 000029
【図１２Ａ】
2013047774.tif 000030
【図１２Ｂ】
2013047774.tif 000031
【図１３Ａ】
2013047774.tif 000032
【図１３Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2013047774.tif 000037
【図１９】
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【図２０】
2013047774.tif 000039
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年4月30日(2013.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
照明装置であって、
第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面とを有し、前記４つの側端面の少なくとも１つが入射面である透光性の導光体と、
前記入射面を臨むように、前記入射面が延在する第１方向に設けられた複数の光源と、
前記第１主面に独立して設けられ、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主面に向けて偏向し、凹状または凸状のドット形状を有する複数の光偏向要素と、
前記第２主面に設けられ、前記第１方向と略直交する第２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と、
を備え、
前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、前記第２方向において前記入射面から前記光偏向要素が配置される位置までの距離が増大するにつれて増大し、
前記光偏向要素の配置パターンは、前記第２方向に複数の領域に分けられており、
一つの領域内においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは略一定であり、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記入射面から離れるほど小さくなるよう変化し、
前記複数の領域間においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは不連続に変化すると共に前記入射面から離れる前記領域ほど小さくなり、
前記複数の領域のうち互いに隣接する領域を、前記入射面に近い順に第１領域、第２領域と称するとき、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記第１領域および前記第２領域の境界において不連続に変化すると共に、前記第１領域において前記境界に最も近い箇所の配列ピッチが、前記第２領域において前記境界に最も近い箇所の配列ピッチよりも小さい
ことを特徴とする照明装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
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。
本発明の第１態様の照明装置は、照明装置であって、第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置する第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する４つの側端面とを有し、前記４つの側端面の少なくとも１つが入射面である透光性の導光体と、前記入射面を臨むように、前記入射面が延在する第１方向に設けられた複数の光源と、前記第１主面に独立して設けられ、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主面に向けて偏向し、凹状または凸状のドット形状を有する複数の光偏向要素と、前記第２主面に設けられ、前記第１方向と略直交する第２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と、を備え、前記光偏向要素が単位面積当たりに存在する個数を表す光偏向要素密度Ｄは、前記第２方向において前記入射面から前記光偏向要素が配置される位置までの距離が増大するにつれて増大し、前記光偏向要素の配置パターンは、前記第２方向に複数の領域に分けられており、一つの領域内においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは略一定であり、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記入射面から離れるほど小さくなるよう変化し、前記複数の領域間においては、前記第１方向における前記光偏向要素の配列ピッチは不連続に変化すると共に前記入射面から離れる前記領域ほど小さくなり、前記複数の領域のうち互いに隣接する領域を、前記入射面に近い順に第１領域、第２領域と称するとき、前記第２方向における前記光偏向要素の配列ピッチは、前記第１領域および前記第２領域の境界において不連続に変化すると共に、前記第１領域において前記境界に最も近い箇所の配列ピッチが、前記第２領域において前記境界に最も近い箇所の配列ピッチよりも小さい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
ここで光偏向要素１８の配置パターンは図３に示されるように複数の領域に分割されてなる。図３では一例として、領域を領域ａ〜ｃの３領域に分割した場合を示しているが、本発明はこの構成に限らず分割数、及び領域の大きさは設計者が適宜選択することが出来る。
また、領域ａ〜ｃのうち、２つの領域ａ，ｂにおいては、入射面７Ｌに近い領域ａが第１領域に相当し、入射面７Ｌから離れている領域ｂが第２領域に相当する。２つの領域ｂ，ｃにおいては、入射面７Ｌに近い領域ｂが第１領域に相当し、入射面７Ｌから離れている領域ｃが第２領域に相当する。
１つの領域内において光偏向要素１８は、Ｘ方向においては一定のピッチで配置される。一方で、光偏向要素１８のＹ方向のピッチは、入射面７Ｌから光偏向要素１８までの距離が離れるほど小さくなり、光偏向要素密度Ｄが大きくなる。図３の領域ａを例に説明すると、光偏向要素１８のＸ方向のピッチはどの場所においてもＰｘａである。一方で、光偏向要素１８のＹ方向のピッチは入射面７Ｌに近い位置から入射面７Ｌから離れた位置に向けて、Ｐｙ（ａ１）、Ｐｙ（ａ２）、・・・Ｐｙ（ａｎ）と変化し、入射面７Ｌから光偏向要素１８が離れた位置ほど光偏向要素１８のピッチは小さくなる。そして領域ｂでは、光偏向要素１８のＸ方向のピッチはどの場所においてもＰｘｂであり、領域ｂのピッチＰｘｂは、領域ａのピッチＰｘａと比べて小さくなる。すなわち、領域ａと領域ｂとの境界において、Ｘ方向のピッチは不連続に変化し、領域ｂにおけるＸ方向に配列する１列当たりの光偏向要素１８の数は、領域ａのそれよりも多くなる。このように、光偏向要素１８のＸ方向のピッチを領域毎に変化させることで、光偏向要素１８の視認性を抑制し、且つ高輝度な照明装置３を得ることが出来る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
次に光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）を構成する第２関数Ｓ（ｙ）について説明する。上述したように、輝度ピーク位置の数は必要に応じて任意に設定出来るが、特に図１１に示すように三つ山形状を得ることが好ましい。そして最大ピーク位置を面中心位置（Ｌ×５／１０）に対応させるためには、第２関数Ｓ（ｙ）の減少増加の繰り返し周期は、０．７×Ｌ／２．５〜１．２×Ｌ／２．５の範囲内であることが望ましい。この繰り返し周期がこの範囲から外れる場合、最大ピーク位置が面中心位置（Ｌ×５／１０）からずれてしまい、本発明の狙いと合わない結果となる。最も望ましい条件は、１×Ｌ／２．５である。つまり、入射面７Ｌから、入射面７Ｌとは反対側の面の位置Ｌに対して、２．５周期の振幅が得られるように光偏向要素１８を配置することが望ましい。このとき、２．５周期を構成する５つの半周期（０．５周期×５）のそれぞれは異なっても構わない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
そして光偏向要素密度関数Ｄ（ｙ）の逆関数１／Ｄ（ｙ）における第２関数Ｓ（ｙ）の寄与度を高めると輝度ピークの振幅が高まり、より局所的に輝度を高めることが可能となるが、一方で面内輝度均一性が損なわれる。そこで、第２関数Ｓ（ｙ）の微分値ｄＳ（ｙ）／ｄｙが０となる位置をｙλｉ（ｉ＝１、２、・・・ｎ）としたとき、０．０１×Ｆ（ｙλｉ）＜｜Ｓ（ｙλｉ）｜＜０．１×Ｆ（ｙλｉ）を満たすことが望ましい。この範囲より大きい場合、輝度ピークの振幅が大きくなり過ぎ、結果として面内輝度均一性が悪化するためである。図１１を例とすると、Ｌ／１０、Ｌ×５／１０、Ｌ×９／１０の位置の輝度は高まるが、Ｌ×３／１０、Ｌ×７／１０の位置の輝度が低下してしまう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
そして次に第２関数Ｓ（ｙ）は、図１１に示すようにＬ／１０、Ｌ×５／１０、Ｌ×９／１０の３つの位置にピークが来るよう、その周期を導光体７のＹ方向の長さＬに対して１／２．５とした。図１９を使って第２関数Ｓ（ｙ）について説明する。本実施例における導光体７において三つ山のピークを持つ輝度分布が得るために、第２関数Ｓ（ｙ）の減少増加の繰り返し周期は、導光体７の長さＬに対して２．５周期とすることが望ましい。しかしながらこの２．５周期を構成する５つの半周期（０．５周期×５）の長さをそれぞれλ１、λ２、・・・λ５としたとき、それぞれの半周期の長さが異なっても構わない。それぞれの半周期の足し合わせから求められる平均周期が、０．７×Ｌ／２．５〜１．２×Ｌ／２．５の範囲内に収まるように楕円マイクロレンズ１８の配置が設計されることが望ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１０】
そして次に第２関数Ｓ（ｙ）は、図１１に示すようにＬ／１０、Ｌ×５／１０、Ｌ×９／１０の３つの位置にピークが来るよう、その周期を導光体７のＹ方向の長さＬに対して１／２．５とした。そして第２関数Ｓ（ｙ）の各半周期の最大振幅の絶対値は、光源６から離れるにつれ小さくなる。本実施例における導光体７は互いに反対に位置する２つの入射面７Ｌを有するため、光源６から最も離れた位置は画面中心の位置となる。上述したように、第２関数Ｓ（ｙ）は５つの半周期で表され、各半周期の最大振幅の絶対値は各位置において第１関数Ｆ（ｙ）の値に対して０．０６倍となるように楕円マイクロレンズ１８の配置を設計した。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５Ａ】
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【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６Ａ】
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【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７Ａ】
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【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１９】
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【国際調査報告】
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