(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、大型照明装置や液晶テレビなどのディスプレイ用途に用いることができる、高品位で光利用効率のよい光源直下方式の照明装置、およびこれを用いた画像表示装置を提供することである。【解決手段】  上記課題は、矩形状の出射面を持ち、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材とを備え、該光制御部材の出射面は表面に凸部を周期的に複数形成しており、該光制御部材が反射部配置面を備え、該反射部配置面が反射部と開口部とからなり、該開口部の面積割合が反射部配置面の２０％〜８０％であって、反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が８０％以上であることを特徴とする照明装置により解決される。【選択図】    図２
2006318886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行な辺からなる矩形状の出射面を持ち、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材とを備え、
前記反射板は前記Ｘ軸およびＹ軸に平行なＸＹ平面と平行に配置しており、
前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸の出射側を正面方向としたとき、
前記光源は前記反射板の正面方向側の前記ＸＹ平面に平行な１つの仮想平面内に配置しており、
前記光制御部材は前記配列した光源の正面方向側に配置し、
かつ、該光制御部材の主面は光源が配列している前記仮想平面と平行であり、
該光制御部材の主面は、光源に対向し該光源からの光を受光する入射面と前記入射面に受光した光を出射する出射面とからなり、前記入射面に一致するまたは光制御部材内部に該入射面と平行に位置する反射部配置面を備え、
前記出射面は表面に凸部を周期的に複数形成している照明装置であって、
前記反射部配置面が反射部と開口部とからなり、該開口部の面積割合が反射部配置面の２０％〜８０％であり、
該開口部は該凸部と対向しており、
反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が８０％以上であることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行な辺からなる矩形状の出射面を持ち、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材とを備え、
前記反射板は前記Ｘ軸およびＹ軸に平行なＸＹ平面と平行に配置しており、
前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸の出射側を正面方向としたとき、
前記光源は線状光源であり、該線状光源は前記反射板の正面方向側の前記ＸＹ平面に平行な１つの仮想平面内に配置しており、
かつ、該線状光源は長手方向がＹ軸に平行に配置しており、
かつ、Ｘ軸に沿って等間隔に配列しており、
前記光制御部材は前記配列した線状光源の正面方向側に配置し、
かつ、該光制御部材の主面は線状光源が配列している前記仮想平面と平行であり、
該光制御部材の主面は、線状光源に対向し該線状光源からの光を受光する入射面と前記入射面に受光した光を出射する出射面とからなり、前記入射面に一致するまたは光制御部材内部に該入射面と平行に位置する反射部配置面を備え、
前記出射面は表面に畝状の凸部を複数形成しており、
該凸部は頂部にあたる畝状の稜線がＹ軸に平行に形成されており、かつ、Ｘ軸に沿って配列している照明装置であって、
前記反射部配置面が反射部と開口部とからなり、該開口部の面積割合が反射部配置面の２０％〜８０％であり、
該開口部は該凸部と対向しており、
反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が８０％以上であることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置であって、前記光制御部材の屈折率をｎとし、Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸＺ平面に切った切り口である断面内における、前記凸部の輪郭線の変曲点である両端をそれぞれＡ，Ａ’とし、∠ＡＢＢ’および∠ＡＢ’Ｂがπ／２＋Ｓｉｎ−１（１／ｎ）の角度を成す前記反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｂ，Ｂ’としたとき、線分ＡＢと線分Ａ’Ｂ’とが交点を持たず、線分ＢＢ’の長さをｂ、線分ＢＢ’間を開口部が占める長さの総計をｅとすると、比ｅ／ｂが０．８≦ｅ／ｂ≦１であることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の照明装置であって、前記ＸＺ平面と平行な断面内で、前記点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面とがなす鋭角をそれぞれσ、σ’、該断面内の反射部配置面と∠ＡＣＣ’＝（π／２＋σ−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））、Ａ’Ｃ’Ｃ＝（π／２＋σ’−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））の角度を成す反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｃ，点Ｃ’としたとき、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点Oが反射部配置面の光源側に位置し、該断面の凸部頂部をＥ、線分OＥと前記反射部配置面との交点を点Ｆとしたとき、線分OＦの長さｔと線分OＥの長さＴの比ｔ／Ｔが０＜ｔ／Ｔ＜０．６５であることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の照明装置であって、前記光制御部材の屈折率をｎとし、Y軸とZ軸とに平行なＸＺ平面と平行に切った切り口である断面内における、前記凸部の輪郭線の変曲点である両端をそれぞれＡ，Ａ’とし、∠ＡＢＢ’および∠ＡＢ’Ｂがπ／２＋Ｓｉｎ−１（１／ｎ）の角度を成す前記反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｂ，Ｂ’としたとき、線分ＡＢと線分Ａ’Ｂ’とが交点を持たず、該断面内の開口部の長さの総計をｄ、線分ＢＢ’間を開口部が占める長さの総計をｅとすると、比ｅ／ｄが０．５以上であることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の照明装置であって、前記ＸＺ平面と平行な断面内で、前記点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面とがなす鋭角をそれぞれσ、σ’、該断面内の反射部配置面と∠ＡＣＣ’＝（π／２＋σ−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））、∠Ａ’Ｃ’Ｃ＝（π／２＋σ’−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））の角度を成す反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｃ，点Ｃ’とし、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点Oが反射部配置面の光源側に位置するとき、線分ＣＣ’の長さをｃ、線分ＣＣ’間を開口部が占める長さの総計をｆとすると、比ｆ／ｃが０．３≦ｆ／ｃ≦０．９の範囲であり、開口部が線分ＣＣ’の中央部付近に位置することを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれかに記載の照明装置であって、前記点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面とがなす鋭角をそれぞれσ、σ’、該断面内の反射部配置面と∠ＡＣＣ’＝（π／２＋σ−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））、∠Ａ’Ｃ’Ｃ＝（π／２＋σ’−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））の角度を成す反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｃ，点Ｃ’とし、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点Oが反射部配置面の光源側に位置するとき、線分ＣＣ’間の長さｃと線分ＡＡ’間の長さａの比ｃ／ａが、０．６以下であることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれかに記載の照明装置であって、隣接する前記線状光源の中心間の距離をＤ、任意の前記線状光源の中心と前記光制御部材との距離をＨ、該線状光源から光制御部材に入光した光の、Ｘ軸方向の位置座標Ｘ（光源位置をＸ＝０とする）における出射面の法線方向への出光強度を表した関数をｆ（Ｘ)とし、
ｇ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ−Ｄ）＋ｆ（Ｘ）＋ｆ（Ｘ＋Ｄ）                  （１）
としたとき、
−Ｄ／２≦Ｘ≦Ｄ／２の範囲で、
ｇ（Ｘ）の最小値であるｇ（Ｘ）minと最大値であるｇ（Ｘ）maxの比ｇ（Ｘ）min／ｇ（Ｘ）maxが０．６以上であり、
Ｘの最小値Ｘminが−３．０Ｄ≦Ｘmin≦−０．５Ｄの範囲であり、最大値Ｘmaxが０．５Ｄ≦Ｘmax≦３．０Ｄの範囲であり（ＸminおよびＸmaxは、ｆ（Ｘ）の値がＸ＝０である線状光源付近を中心に減衰していき、実質０になるときの両端の座標）、
Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸＺ平面と平行に切った任意の凸部の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ〜Ｎからなることを特徴とする照明装置。
δ＝（Ｘmax−Ｘmin）／（２Ｎ＋１）                                （２）
Ｘi＝ｉ×δ                                                    （３）
αi＝Tan-1(Ｘi/Ｈ)                                              （４）
βi＝Sin−1((１/ｎ)sinαi)                                          （５）
γi＝Sin−1((１/ｎ2)sinαi)                                        （６）
ｐi∝ｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）・cosΦi・cosβi／cosαi／cos(Φi−βi)    （７）
Φi＝Tan−1（（n・sinβi）/（n・cosβi−1））                      （８）
Ｎ：自然数
ｉ：−ＮからＮの整数
ｎ：光制御部材の凸部の屈折率
ｎ2：光制御部材の基材の屈折率
ｐi：領域ｉのＸ軸方向の幅
Φi：領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ：光制御部材の入射面から凸部の底部までの厚み
【請求項９】
請求項２〜８のいずれかに記載の照明装置であって、隣接する前記線状光源の中心間の距離をＤ、任意の前記線状光源の中心と前記光制御部材との距離をＨとしたとき、
前記入射面上の任意の点に前記ＸＺ平面に平行かつ該入射面の法線方向に対してψ＝Ｔａｎ−１｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で入射した光の全光線透過率が、前記入射面上の点に法線から光が入射した場合の光の全光線透過率の、０．９倍〜３倍であることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置であって、前記光制御部材は前記光源からの光の方向を変換するための光線方向変換部を備え、該光線方向変換部は入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換させるとともに、前記光源から前記開口部に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出射面に形成した凸部に到達することを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置であって、前記光制御部材の凸部が屈折率が１．５８以上の材料からなることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の照明装置であって、受光した光を屈折させて光のＹ軸方向の分散を集光して出射面に透過させる、光線方向制御手段を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の照明装置であって、前記反射板には前記光制御部材と接して光制御部材を保持する突起が配置されており、前記突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の照明装置であって、反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が９０％以上であることを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の照明装置が備える光制御部材。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれかに記載の照明装置上に透過型表示素子を設けた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも、複数の光源と、反射板と、前記反射板からの光の方向を制御して出する光制御部材とからなる照明装置およびこれを用いる表示装置に関するものであり、特に大型で高い輝度と面内の均一性が要求される照明看板装置、液晶ディスプレイ装置に好適に用いられる照明装置および表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶テレビなどの表示装置に用いる照明装置としては、導光板の側端部に光源を備え導光板で光を正面方向に誘導し、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、光を光拡散板で均一化する光源直下方式とがある。
【０００３】
携帯電話やモバイルパソコンなどといった薄さを要求される用途の照明装置においては、光源を導光板側端部に配置するエッジライト方式が主流である。近年、テレビやパソコンモニターなどの市場を中心に、ディスプレイの大型化の要求が高まってきた。しかし、エッジライト方式の照明装置においては、大型化に伴い表示面積に対する導光板側端部の割合が減少するため充分な輝度を得ることができないか、充分な輝度を得るために導光板の厚さを大きくして導光板の重量が増加するなどの課題があるため、大型照明装置の用途にエッジライト方式の照明装置は不向きである。
【０００４】
そこで大型ディスプレイ用照明装置の方式として、光源を照明面の裏側に配置した光源直下方式が注目されている。この方式は、照明面の裏側に直接光源を配するもので、さらに光源の後方に反射板を配した方式が一般的であり、光源から出射した光を反射板で反射させることにより、エネルギーの利用効率を高めている。また光源直下方式では、エッジライト方式では必須な導光板が不要であるため、軽量化を図ることができる。図１（ａ）および図１（ｂ）に光源直下方式の照明装置の構成例を示す。
【０００５】
また他の用途の照明装置として、例えば照明看板などでは、構成が単純で輝度向上フィルムなどを用いることなく容易に高輝度が得られることから、光源直下方式が主流である。しかしながら、光源直下方式では表示面の直下に光源が存在するため、ランプイメージの解消が課題となる。光源直下方式で見られるランプイメージはエッジライト方式の場合よりもはるかに顕著な輝度ムラとして顕れるため、従来エッジライト方式の照明装置で輝度ムラ改善のために用いられてきた、フィルム表面に光拡散材を塗布した拡散フィルムなどの手段では解消が困難である。そこで、この目的では透明基材に拡散材微粒子を配合した光拡散板が広く用いられている。良好な光拡散効率と光利用効率を得るために、メタアクリル系樹脂、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、無機微粒子や架橋有機微粒子を光拡散材として配合した微粒子配合型の光拡散板が用いられている（例えば特許文献１参照）。しかしこれらの光拡散材を用いる方法は、光拡散材への吸収や、特許文献２第４図に示されるように不要な方向への光の拡散などが生じるために、光利用効率の観点から望ましくない。
【０００６】
微粒子配合型の光拡散板の光指向性を改善するため、プリズムシートを併用することが提案されている。プリズムシートを併用した場合の輝度角度分布は特許文献２第１図に示される。プリズムシートを併用することにより、正面方向の輝度を向上することができる。また、２枚のプリズムシートを併用することにより、正面方向の輝度を向上することができる。しかしながら、プリズムシートの併用は、部品点数の増加、プリズムの鋭角部分の傷つきや変形による性能低下などの点で望ましくない（例えば非特許文献１参照）。
【０００７】
ランプイメージ解消の手段として、光源を近接して多数配置することが考えられるが、部品点数の増加、消費電力の増加などの点から望ましくない。また、ランプイメージ解消の別の手段として反射板形状を工夫したものも提案されているが、その方法では反射板形状と光源の位置合わせが必要であり、そのため、仕様ごとに設計の変更が必要となる、生産上も不利である、などの課題があり望ましくない（例えば特許文献３参照）。
【０００８】
さらにランプイメージ解消の別の手段として、フレネルレンズに代表される光線方向変換素子を光源に対向させて配置する方法は、各光源と光線方向変換素子との位置合わせが必要で、仕様変更に伴う設計変更が必要となる問題や生産性低下の問題がある（例えば特許文献４、特許文献５参照）。
【０００９】
また、高反射物質よりなるストライプ状の薄膜層と、ストライプ状レンチキュラーレンズを形成した部材を線状光源の出射側に設けた装置も提案されている（特許文献６参照）。この方法によれば、ランプイメージの解消は比較的容易にでき、またレンズの形状によって出射する光の多くを望ましい方向に向けることができるが、一部の望ましくない方向への出光を抑制することは困難である。またレンズアレイと薄膜層の隙間にあるピンホールを１対１で対応させ、更にレンズの焦点をピンホールよりも外に形成することも提案されている（特許文献７参照）。これは望ましい輝度角度分布に光を制御する上では更に有利である。またピンホールの広さを限定することも提案されている（特許文献８参照）。これによってランプイメージの解消が一層容易になる。しかしこれらの方法によっても、光源直下方式の照明装置に関する最良の構成が不明確なため、高輝度で良好な輝度ムラ解消を実現することは非常に困難であった。さらに、輝度角度分布の高度な制御はなお困難であり、輝度ムラの発生や一部の望ましくない方向への出光を充分抑制するための条件が示されているとはいえない。
【００１０】
一方、色再現性がよく、高速スイッチングによる動画特性が改善された、点状光源直下方式の表示装置として、ＬＥＤ光源を用いた表示装置が提供されている。ＬＥＤ光源としては、白色ＬＥＤと、３原色から成るＲＧＢ色ＬＥＤが知られているが、色再現性、消費電力、発光効率の面からＲＧＢ色ＬＥＤが有利である。しかし、ＲＧＢ色ＬＥＤは、色ムラを解消することが必須であり、従来、そのために厳密な光学設計が必要であった（例えば非特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】特開昭５４−１５５２４４号公報
【特許文献２】特開平２−２５７１８８公報
【特許文献３】特許２８５２４２４号
【特許文献４】特開２０００−３３８８９５号公報
【特許文献５】特開２００２−３５２６１１号公報
【特許文献６】特開平８−１２２７７４号公報
【特許文献７】特開平９−１６７５１３号公報
【特許文献８】特開１０−２４１４３４号公報
【非特許文献１】東レリサーチセンター  ＬＣＤフロント・バックライトの新展開  p.114〜116
【非特許文献２】日経ＢＰ社刊flat-panel  display  2004  実務編  p.170〜174
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明は、大型照明装置や液晶テレビなどのディスプレイ用途に用いることができる光源直下方式の照明装置において、ランプイメージや輝度ムラ、ならびにＲＧＢ色ＬＥＤ光源の色ムラを解消し、また、プリズムシートを用いることなく、正面輝度が高く、望ましい輝度角度分布を得ることができ、さらに大型化やランプ配置などの仕様変更に容易に対応可能で、高品位で光利用効率の高い照明装置、およびこれ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】
【００１３】
本課題を解決するための手段として本発明で我々が提供する照明装置は、少なくとも、複数の光源と、反射板と、光制御部材とを、出射側に向かって、反射板、光源、光制御部材の順に配置した光源直下方式の照明装置である。
【００１４】
請求項１に記載の照明装置は、Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行な辺からなる矩形状の出射面を持ち、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材とを備え、
前記反射板は前記Ｘ軸およびＹ軸に平行なＸＹ平面と平行に配置しており、
前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸の出射側を正面方向としたとき、
前記光源は前記反射板の正面方向側の前記ＸＹ平面に平行な１つの仮想平面内に配置しており、
前記光制御部材は前記配列した光源の正面方向側に配置し、
かつ、該光制御部材の主面は光源が配列している前記仮想平面と平行であり、
該光制御部材の主面は、光源に対向し該光源からの光を受光する入射面と前記入射面に受光した光を出射する出射面とからなり、前記入射面に一致するまたは光制御部材内部に該入射面と平行に位置する反射部配置面を備え、
前記出射面は表面に凸部を周期的に複数形成している照明装置であって、
前記反射部配置面が反射部と開口部とからなり、該開口部の面積割合が反射部配置面の２０％〜８０％であり、
該開口部は該凸部と対向しており、
反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が８０％以上であることを特徴とする照明装置である。
【００１５】
請求項２に記載の照明装置は、Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行な辺からなる矩形状の出射面を持ち、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材とを備え、
前記反射板は前記Ｘ軸およびＹ軸に平行なＸＹ平面と平行に配置しており、
前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸の出射側を正面方向としたとき、
前記光源は線状光源であり、該線状光源は前記反射板の正面方向側の前記ＸＹ平面に平行な１つの仮想平面内に配置しており、
かつ、該線状光源は長手方向がＹ軸に平行に配置しており、
かつ、Ｘ軸に沿って等間隔に配列しており、
前記光制御部材は前記配列した線状光源の正面方向側に配置し、
かつ、該光制御部材の主面は線状光源が配列している前記仮想平面と平行であり、
該光制御部材の主面は、線状光源に対向し該線状光源からの光を受光する入射面と前記入射面に受光した光を出射する出射面とからなり、前記入射面に一致するまたは光制御部材内部に該入射面と平行に位置する反射部配置面を備え、
前記出射面は表面に畝状の凸部を複数形成しており、
該凸部は頂部にあたる畝状の稜線がＹ軸に平行に形成されており、かつ、Ｘ軸に沿って配列している照明装置であって、
前記反射部配置面が反射部と開口部とからなり、該開口部の面積割合が反射部配置面の２０％〜８０％であり、
該開口部は該凸部と対向しており、
反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が８０％以上であることを特徴とする照明装置である。
【００１６】
請求項３に記載の照明装置は、請求項２に記載の照明装置であって、前記光制御部材の屈折率をｎとし、Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸＺ平面に切った切り口である断面内における、前記凸部の輪郭線の変曲点である両端をそれぞれＡ，Ａ’とし、∠ＡＢＢ’および∠ＡＢ’Ｂがπ／２＋Ｓｉｎ−１（１／ｎ）の角度を成す前記反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｂ，Ｂ’としたとき、線分ＡＢと線分Ａ’Ｂ’とが交点を持たず、線分ＢＢ’の長さをｂ、線分ＢＢ’間を開口部が占める長さの総計をｅとすると、比ｅ／ｂが０．８≦ｅ／ｂ≦１であることを特徴とする照明装置である。
【００１７】
請求項４に記載の照明装置は、請求項２または３に記載の照明装置であって、前記ＸＺ平面と平行な断面内で、前記点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面とがなす鋭角をそれぞれσ、σ’、該断面内の反射部配置面と∠ＡＣＣ’＝（π／２＋σ−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））、Ａ’Ｃ’Ｃ＝（π／２＋σ’−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））の角度を成す反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｃ，点Ｃ’としたとき、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点Oが反射部配置面の光源側に位置し、該断面の凸部頂部をＱ、線分OＱと前記反射部配置面との交点を点Ｆとしたとき、線分OＦの長さｔと線分OＱの長さＴの比ｔ／Ｔが０＜ｔ／Ｔ＜０．６５であることを特徴とする照明装置である。
【００１８】
請求項５に記載の照明装置は、請求項２〜４のいずれかに記載の照明装置であって、前記光制御部材の屈折率をｎとし、Y軸とZ軸とに平行なＸＺ平面と平行に切った切り口である断面内における、前記凸部の輪郭線の変曲点である両端をそれぞれＡ，Ａ’とし、∠ＡＢＢ’および∠ＡＢ’Ｂがπ／２＋Ｓｉｎ−１（１／ｎ）の角度を成す前記反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｂ，Ｂ’としたとき、線分ＡＢと線分Ａ’Ｂ’とが交点を持たず、該断面内の開口部の長さの総計をｄ、線分ＢＢ’間を開口部が占める長さの総計をｅとすると、比ｅ／ｄが０．５以上であることを特徴とする照明装置である。
【００１９】
請求項６に記載の照明装置は、請求項２〜５のいずれかに記載の照明装置であって、前記ＸＺ平面と平行な断面内で、前記点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面とがなす鋭角をそれぞれσ、σ’、該断面内の反射部配置面と∠ＡＣＣ’＝（π／２＋σ−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））、∠Ａ’Ｃ’Ｃ＝（π／２＋σ’−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））の角度を成す反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｃ，点Ｃ’とし、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点Oが反射部配置面の光源側に位置するとき、線分ＣＣ’の長さをｃ、線分ＣＣ’間を開口部が占める長さの総計をｆとすると、比ｆ／ｃが０．３≦ｆ／ｃ≦０．９の範囲であり、開口部が線分ＣＣ’の中央部付近に位置することを特徴とする照明装置である。
【００２０】
請求項７に記載の照明装置は、請求項２〜６のいずれかに記載の照明装置であって、前記点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面とがなす鋭角をそれぞれσ、σ’、該断面内の反射部配置面と∠ＡＣＣ’＝（π／２＋σ−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））、∠Ａ’Ｃ’Ｃ＝（π／２＋σ’−Ｓｉｎ−１（（１／ｎ）×ｓｉｎσ））の角度を成す反射部配置面上の点をそれぞれ点Ｃ，点Ｃ’とし、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点Oが反射部配置面の光源側に位置するとき、線分ＣＣ’間の長さｃと線分ＡＡ’間の長さａの比ｃ／ａが、０．６以下であることを特徴とする照明装置である。
【００２１】
請求項８に記載の照明装置は、請求項２〜７のいずれかに記載の照明装置であって、隣接する前記線状光源の中心間の距離をＤ、任意の前記線状光源の中心と前記光制御部材との距離をＨ、該線状光源から光制御部材に入光した光の、Ｘ軸方向の位置座標Ｘ（光源位置をＸ＝０とする）における出射面の法線方向への出光強度を表した関数をｆ（Ｘ)とし、
ｇ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ−Ｄ）＋ｆ（Ｘ）＋ｆ（Ｘ＋Ｄ）                  （１）
としたとき、
−Ｄ／２≦Ｘ≦Ｄ／２の範囲で、
ｇ（Ｘ）の最小値であるｇ（Ｘ）minと最大値であるｇ（Ｘ）maxの比ｇ（Ｘ）min／ｇ（Ｘ）maxが０．６以上であり、
Ｘの最小値Ｘminが−３．０Ｄ≦Ｘmin≦−０．５Ｄの範囲であり、最大値Ｘmaxが０．５Ｄ≦Ｘmax≦３．０Ｄの範囲であり（ＸminおよびＸmaxは、ｆ（Ｘ）の値がＸ＝０である線状光源付近を中心に減衰していき、実質０になるときの両端の座標）、
Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸＺ平面と平行に切った任意の凸部の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ〜Ｎからなることを特徴とする照明装置である。
【００２２】
δ＝（Ｘmax−Ｘmin）／（２Ｎ＋１）                                （２）
Ｘi＝ｉ×δ                                                    （３）
αi＝Tan-1(Ｘi/Ｈ)                                              （４）
βi＝Sin−1((１/ｎ)sinαi)                                          （５）
γi＝Sin−1((１/ｎ2)sinαi)                                        （６）
ｐi∝ｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）・cosΦi・cosβi／cosαi／cos(Φi−βi)    （７）
Φi＝Tan−1（（n・sinβi）/（n・cosβi−1））                      （８）
Ｎ：自然数
ｉ：−ＮからＮの整数
ｎ：光制御部材の凸部の屈折率
ｎ2：光制御部材の基材の屈折率
ｐi：領域ｉのＸ軸方向の幅
Φi：領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ：光制御部材の入射面から凸部の底部までの厚み
ここで、α、β、γ、Φなどの角度はいずれも絶対値が９０°未満で、基準線に対して右回りに成す角度を正、左回りに成す角度を負とする。
【００２３】
まず、図１７を用いて式（７）について説明する。
Ｘmin、Ｘmaxは、ｆ（Ｘ）の値がＸ＝０である線状光源付近を中心に減衰していき、実質０になるときの両端の座標である。Ｘmin〜Ｘmaxの間を等分に（２Ｎ＋１）分割すると、分割した各要素の幅δは式（２）で示される。このとき任意の要素の中心座標Ｘiは、式（３）で示される。Ｘ＝０の位置にある線状光源３から座標Ｘｉの光制御部材４の入射面１０への入射角度は法線方向に対して式（４）で示される角度αiとなる。
【００２４】
ここで光は屈折して法線方向に対して、式（４）で示される角度γiで光制御部材内部を進む。凸部６の底部に達すると再び屈折し、式（５）で示される角度βiで光制御部材内部を進み、凸部６に入射する。ここで、光制御部材４の凸部６と凸部が設けられている基材の屈折率が同じであってもよく、この場合凸部の底部では屈折せず、βi＝γiとなる。
そのうち、式（８）で示される出射面に対する傾きΦiの斜面に到達した光のみ正面方向に向かう。
【００２５】
ここで、角度Φiの斜面が占める領域ｉの斜面の長さをｑiとし、領域ｉの斜面から光制御部材の凸部内部での光線方向に垂直な方向への射影の長さをｒiとすると、Ｘ方向と光制御部材の主面の法線方向に平行な断面内における領域ｉの斜面の角度が、光制御部材の凸部内部での光線方向と垂直な角度に対して成す角度ξiは（Φi−βi）となるので、
ｒi＝ｑi・cos(Φi−βi)                                      （９）
となる。
【００２６】
またここで、角度Φiの斜面が占める領域ｉの入射面と平行な面への射影の長さ、すなわち領域ｉのＸ方向の幅をｐiとすると、
ｑi＝ｐi／cosΦi                                          （１０）
である。
式（９）、式（１０）から
ｒi＝ｐi／cosΦi・cos(Φi−βi)                            （１１）
となる。
【００２７】
ここで、図１７に示すように凸部６のＸ方向の幅、すなわちｐiの総和をＰとすると、角度αiで光制御部材４に入射して光制御部材内部を通過して凸部６に向かう光９のうち領域ｉに向かう光の割合はｒi／(Ｐ・ｃｏｓβi)である。
【００２８】
一方、角度αiで光制御部材に入射する単位面積あたりの光の強度、すなわち照度は、後で述べるようにｃｏｓ2αiに比例する。
また、図２０に示すように、座標Ｘiの点における線状光源３の長手方向と垂直な断面の直径を見込む角度Δαiはｃｏｓαiに比例する。従って、座標Ｘiに入射する単位面積単位角度あたりの光の強度は、ｃｏｓ2αi／Δαiに比例し、このことからｃｏｓ2αi／ｃｏｓαi、つまりｃｏｓαiに比例する。つまり線状光源３からの光がＸ＝０の点で単位凸部６に入射する光の単位角度あたりの強度に対し、座標Ｘ＝Ｘiの点で単位凸部６に入射する光の単位角度あたりの強度の割合はｃｏｓαiである。従って、正面に出光する光はｃｏｓαi・ｒi/（Ｐ・ｃｏｓβi）であり、式（１１）よりｐi／ｃｏｓΦi・ｃｏｓ(Φi−βi)・ｃｏｓαi/（Ｐ・ｃｏｓβi）である。
【００２９】
座標Ｘiに入射した光は光制御部材４の厚さがＴであるとき、座標（Ｘi＋Ｔ・ｔａｎγi）に出射するため、そのときの正面方向への出光強度はｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）である。
さらに、正面方向への出光強度は、線状光源の発光強度と正面方向への出射割合とに比例するため、
ｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）∝ｐi／cosΦi・cos(Φi−βi)・cosαi／（Ｐ・cosβi）  （１２）
に従って、
ｐi∝Ｐ・ｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）・cosΦi・cosβi／cosαi／cos(Φi−βi)  （１３）
となる。ここで、凸部６の幅をＰとすると、ｐiの総和は凸部の幅Ｐとなるので、
【００３０】
【数１】
2006318886.tif 000003
【００３１】
となる。
Ｐは凸部幅であり定数となるため、
ｐi∝ｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）・cosΦi・cosβi／cosαi／cos(Φi−βi)      （７）
凸部は（式７）の関係を満足するような幅ｐiの領域ｉからなる形状である。周知の通り比例縮小光学系は、ほぼ同一の指向特性を示すので自由に凸部のピッチを選定することができる。
【００３２】
ここで、図１８を用いて光制御部材への入射角度と入射強度の関係を説明する。
線状光源から光制御部材への入射角αを中心に、微小角度Δαを考慮すると、Δαが十分小さい場合には次の式（１５）、式（１６）および式（１７）が成り立つ。
【００３３】
Ｕ＝Ｈ’・Δα                                            （１５）
Ｈ’＝Ｈ／ｃｏｓα                                        （１６）
Ｖ＝Ｕ／ｃｏｓα                                          （１７）
従って
Ｖ＝Ｈ・Δα／ｃｏｓ2α                                    （１８）
【００３４】
つまり、Ｖはｃｏｓ2αに反比例するので、線状光源からのΔθ内の出射光の強度がθによらず一定な場合には、光制御部材への単位面積当たり入射光の強度、すなわち照度はｃｏｓ2θに比例する。
【００３５】
次に、式（８）について説明する。
図１９に本発明の照明装置で光を正面に向ける原理を示す。
線状光源３から、屈折率ｎの光制御部材４にαの角度で入光する入射光１２は該光制御部材の入射面１０で屈折し、光制御部材内部を通過し、さらにこの光は出射面側の凸部６で屈折し観察面側に出射するが、このとき出射光１３が正面方向に出光するのは凸部６において、傾きが望ましい角度Φである場合である。本発明では配置に基づくαの分布と入射光１２の強度を考慮し、正面方向への出光強度が一定となるよう角度Φの割合を調節することで正面方向への出光強度を調節できる。
【００３６】
入射光１２を正面に向けるための出射面の凸部６の傾きΦは、光制御部材４の屈折率と光制御部材４への光の入射角度によって決まる。入射面１０の法線に対する、入射面１０への光の入射する角度をα，入射面１０で屈折し光制御部材内部の凸部６部分を通過する光が入射面１０の法線に対して成す角度をβ、光制御部材内部を進む光が出射側の斜面の法線に対して成す角度をε、光が出射側斜面で屈折し観察面側に出射する光の斜面の法線に対して成す角度をωとし、また、光制御部材の屈折率をｎとする。このとき、出射面を出た光が入射面の法線方向である正面方向に進むような、凸部の斜面の角度をΦとする。
【００３７】
このとき次のような関係が成立する。
β＝Sin-1（１/ｎ・sinα）                              （５）’
Φ＝β−ε                                            （１９）
−ｎ・sinε＝−sinω＝sinΦ  （ω＝−Φ）            （２０）
式（１９）および式（２０）より、
−ｎ・sin（β−Φ）＝sinΦ                            （２１）
−ｎ・｛sinΦ・cosβ−cosΦ・sinβ｝＝sinΦ          （２１）’
式（２１）’の両辺をｃｏｓΦで除すると（sinΦ/cosΦ＝tanΦなので）
−ｎ｛tanΦ・cosβ−sinβ｝＝tanΦ                  （２１）”
これよりΦは次のように表すことができる。
Φ＝Tan-1（ｎ・sinβ）/(ｎ・cosβ−１)）                （２１）'''
式（５）’、式（２１）'''より
Φ＝Tan-1(sinα/(n・cos（Sin−1((１/ｎ)sinα))−1)）（２１）''''
【００３８】
α、ｎ、Φはこのような関係になり、光制御部材４の屈折率ｎと、凸部６の傾きΦによって、所望の入射角αの光を正面方向に出射することができる。式（２１）'''によって、凸部の各領域の傾きΦｉは式（８）を満足することで、角度αｉで入射面に入射した光を凸部の領域ｉから正面方向に出射することができることが説明できる。
【００３９】
以上のように、望ましい正面方向への出光強度の分布ｆ（Ｘ）における、凸部の形状を決める重要な要素である凸部の領域ｉの傾きΦｉとこれが占めるＸ方向の幅ｐｉは、線状光源の配置や光制御部材の屈折率などの構成に基づいて選定される。
【００４０】
請求項９に記載の照明装置は、請求項２〜８のいずれかに記載の照明装置であって、隣接する前記線状光源の中心間の距離をＤ、任意の前記線状光源の中心と前記光制御部材との距離をＨとしたとき、
前記入射面上の任意の点に前記ＸＺ平面に平行かつ該入射面の法線方向に対してψ＝Ｔａｎ−１｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で入射した光の全光線透過率が、前記入射面上の点に法線から光が入射した場合の光の全光線透過率の、０．９倍〜３倍であることを特徴とする照明装置である。
【００４１】
請求項１０に記載の照明装置は、請求項１〜９のいずれかに記載の照明装置であって、前記光制御部材は前記光源からの光の方向を変換するための光線方向変換部を備え、該光線方向変換部は入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換させるとともに、前記光源から前記開口部に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出射面に形成した凸部に到達することを特徴とする照明装置である。
【００４２】
請求項１１に記載の照明装置は、請求項１〜１０のいずれかに記載の照明装置であって、前記光制御部材の凸部が屈折率が１．５８以上の材料からなることを特徴とする照明装置である。
【００４３】
請求項１２に記載の照明装置は、請求項１〜１１のいずれかに記載の照明装置であって、受光した光を屈折させて光のＹ軸方向の分散を集光して出射面に透過させる、集光手段を備えることを特徴とする照明装置である。
【００４４】
請求項１３に記載の照明装置は、請求項１〜１２のいずれかに記載の照明装置であって、前記反射板には前記光制御部材と接して光制御部材を保持する突起が配置されており、前記突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする照明装置である。
【００４５】
請求項１４に記載の照明装置は、請求項１〜１３のいずれかに記載の照明装置であって、反射部配置面に位置する反射部の全光線反射率が９０％以上であることを特徴とする照明装置である。
【００４６】
請求項１５に記載の照明装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載の照明装置が備える光制御部材である。
【００４７】
請求項１６に記載の照明装置は、請求項１〜１４のいずれかに記載の照明装置上に透過型表示素子を設けた表示装置である。
【発明の効果】
【００４８】
本発明では、少なくとも複数の光源と、反射板と、光制御部材とを、出射側に向かって、反射板、光源、光制御部材の順に配置した光源直下方式の照明装置であり、光源より出射した光が光制御部材と光源の後方に配置された反射板との間で反射を繰り返し拡散した光が、光制御部材の反射部配置面に配置された開口部より入射するため、ランプイメージを解消し、さらに、板厚と反射部配置面上の開口部の割合を検討することにより、不要な方向への出光を抑制し、プリズムシートを用いることなく、正面輝度が高く、望ましい輝度角度分布を得ることができる。光源としてＲＧＢ色ＬＥＤを使用する場合、同様に光制御部材の反射部と後方反射板との間で反射を繰り返すことにより、色ムラを解消することができる。また、光制御部材の出射面に配置した凸部を面内一様にすることにより、ランプ配置などの仕様の変更に伴う設計変更が不要なことから、生産性の点からも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明で我々が提供する照明装置は、光源１より出射した光が本発明の光制御部材４と光源１の後方に配置された反射板５との間で反射を繰り返し、拡散した光が本光制御部材４の反射部配置面９に配置された開口部８より入射するため、ランプイメージを解消し、さらに該光制御部材４の板厚および反射部配置面９に位置する開口部８の割合および開口部８の存在する位置を好適に選択することで、不要な方向への出光を抑制し、望ましい輝度角度分布を与えることができる。さらに、光制御部材４の出射面側に凸部６を備え、該凸部６の形状と板厚および開口部８の大きさ、位置の関係を好適に選択することで、多くの照明装置として好適な正面方向への出光割合を高め、正面輝度を高めることができる。
【００５０】
この構成は、大型照明装置や液晶テレビなどのディスプレイ用途に用いることができる。また少なくとも一つの光源１の観察面側に前記光制御部材４を置き、光源の周囲を反射板５で囲った照明装置に用いることができる。さらに、光源１の両面に前記光制御部材４を配置した両面式の照明装置、照明看板などに使用できる。
【００５１】
図１（ａ）に、本発明の照明装置を用いた光源直下方式の照明装置の、点状光源２を用いた構成を示す。また、図１（ｂ）に、光源が線状光源３である場合の構成を示す。
【００５２】
図２に本発明の照明装置の、一実施態様を示す。本発明の照明装置は、Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行な辺からなる矩形状の出射面を持ち、反射板５と、複数の光源１と、板状の光制御部材４とを備え、前記反射板５は前記Ｘ軸およびＹ軸に平行なＸＹ平面と平行に配置している。前記ＸＹ平面に垂直なＺ軸の出射側を正面方向としたとき、前記光源１は前記反射板５の正面方向側の前記ＸＹ平面に平行な１つの仮想平面内に配置しており、前記光制御部材４は前記配列した光源１の正面方向側に配置し、かつ、該光制御部材４の主面は光源１が配列している前記仮想平面と平行である。該光制御部材４の主面は、光源１に対向し該光源１からの光を受光する入射面と前記入射面に受光した光を出射する出射面とからなり、前記入射面に一致するまたは光制御部材内部に該入射面と平行に位置する反射部配置面９を備え、前記出射面は表面に凸部６を周期的に複数形成している。前記反射部配置面９が反射部７と開口部８とからなり、該開口部８の面積割合が反射部配置面９の２０％〜８０％であり、該開口部８は該凸部６と対向している。すなわち各凸部６に対して開口部８が設けてられており、該開口部８の正面方向に凸部６の中心付近があることで、照明装置の正面方向への出光が効率よく行われる。任意の凸部６と対向する開口部８は連続していなくてもよく、例えば凸部６に対向する位置に複数設けられていても良い。１つの凸部６に対して1つの開口部８を設けると照明装置の正面方向への出光が効率よく行う上では有利であるが、複数の開口部８を設けると散乱性が高まり、また開口部８と反射部７のコンストラストが発生しにくいため均一性は高まる。反射部配置面９に位置する反射部７の全光線反射率が８０％以上であり、エネルギー損失を小さく抑えている。反射部７の全光線反射率は高いほどエネルギー損失が小さくなるため望ましく、したがって９０％以上だとより望ましく、９５％以上だとさらに望ましい。
【００５３】
開口部８の割合が２０％より小さいと直接出射する光の割合が減り反射を繰り返す光が増えるため光利用効率が落ちる。逆に開口部８の割合が８０％よりも大きいと、直接出射する光の割合が増え、反射部７のみによりランプイメージを解消することが困難になる。開口部８の割合が５０％以下である場合に、より優れて輝度ムラを解消することができるため、望ましい。また、エネルギー効率の観点から３０％以上であることが望ましい。また、開口部８が凸部６と対向していることで、開口部８より入射した光のうち多くの光は正面方向に向かう。このため、正面輝度を高めることができる。
【００５４】
図３（ａ）は、本発明の光制御部材４に光線が入射したときの光線の挙動を示す図である。ここでは図２の照明装置の光制御部材４をＸ軸およびＺ軸に平行なＸＺ平面で切ったときの断面を示している。光源１より放射された光のうち、光制御部材４の反射部配置面９の開口部８にあたった光の多くは、入射面で屈折し光制御部材内部に入射し凸部６に向かう。一方、反射部配置面９の反射部７にあたった光の多くは、反射部７で反射し光源側に戻り、反射板５で再び光制御部材４側に反射し再利用される。反射部７と反射板５との間で反射を繰り返すと、光は拡散光となる。
【００５５】
図３（ｂ）に反射部配置面９を光制御部材４の内側に設けた場合の本発明の照明装置に光線が入射したときの図を示す。入射面１０より入射した光は、屈折し支持板１１内部を進み、反射部配置面９の開口部８に到達した光はそのまま進み凸部６に向かうが、反射部７にあたった光は反射部７で反射し、光源側に戻り、同様に再利用される。反射部配置面９を光制御部材４の内側に設けるには作製した図３（ａ）に示した光制御部材４と同様な構成の光学シートの反射部配置面上に透明材料からなる支持板１１を配置する方法が容易である。支持板１１は反射部配置面９に接着してもよいし、しなくてもよいが、接着すると照明装置の組み立てが容易になるだけでなく、特にこのような構成では前記光学シートが薄い場合の皺発生が抑制できる。この場合、接着剤は透明性が高いものを用いることが好ましい。３（ｂ）の構成では前記の理由により光学シートを薄くすることができるため、押し出し成形などで光学シートの凸部を形成する場合、賦形が容易なだけでなく、凸部６の集光性と、開口部８の広さを両立することが容易になる。その結果、光利用効率が高く、正面輝度が一層高い光制御部材４を構成することが容易となる。
【００５６】
反射部７の材料としては、金属膜、金属粒子あるいは金属参加物粒子などが挙げられる。反射部７における光の吸収は光のロスのつながることから望ましくない。この観点から反射部７の反射率はより高いことが望ましいが、上記反射部材の材料の価格や入手性とのバランスから反射部７の全光線反射率が９０％以上であることが望ましい。望ましい材料として、銀、アルミニウム等の各種金属およびその酸化物の蒸着膜、各種樹脂にチタン白、リトポン、亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛等の白色顔料を分散させたものなどが上げられるが、これに限定されるものではない。
【００５７】
図４として光源上と光源間での光源１からの光制御部材４への入射エネルギーの違いを示す。光源直下方式の照明装置では、図に示すように、光源直上部分とそれ以外の部分では光制御部材４への入射エネルギーに差がある。光源１の直上部分では光源１との距離が短いために光の入射エネルギーが大きく、それ以外の部分では入射エネルギーは小さい。本発明の光制御部材４は光源１を１つのみ用いた照明装置にも好適に用いることができるが、光源直上への出射エネルギーが相対的に高いことは同様である。
【００５８】
図５として、例えば図２で示した構成に代表される光源直下方式の照明装置に、本発明の照明装置を用いた場合に、光源１から反射部７に照射された光が、光源の後方に配した反射板５との間で反射を繰り返したのちに開口部８を通過し出光した場合の、光源１の位置と出射エネルギーの関係を示す。
【００５９】
本発明の照明装置で用いている光制御部材４は光源１の両面に該光制御部材４を配置した両面式の照明装置、照明看板など反射板５を用いない用途でも用いることができるが、例えば前記両面式の照明装置、照明看板においては、前記光源１から反射部７に照射された光は、光源１を挟んで対向する位置にある光制御部材４の反射部７との間で同様に反射を繰り返すことで拡散光となることから、光源１の位置と出射エネルギーの関係は図５と同様である。
【００６０】
一方、図６として光源１から開口部８に照射されて、出射面から出射した光の出射エネルギーと、光源位置の関係を示す。開口部８に照射された光は、非拡散光として出射面から出光する。このときの出射エネルギーは、光制御部材４の反射部配置面９上の開口部８の割合に応じて減じるため、全入射エネルギーよりも低い値となるが、入射エネルギー同様、光源１の直上で相対的に高い値を示す。
【００６１】
図７として前記拡散光と非拡散光を足し合わせた全出射光の出射エネルギーと光源位置の関係を示す。出射光の全出射エネルギーは、拡散光と非拡散光のエネルギーを足し合わせたものであり、光源上と光源間でほとんど差がないため、ランプイメージを解消することができる。本発明の光制御部材４を用いることができる光源１を１つのみ用いる照明装置や両面式の照明装置など、図示していない構成においても、同様に、ランプイメージを解消することができる。
【００６２】
さらに本発明によれば光制御部材４の開口部８の割合と配置を好適な範囲にすることで効率良く光を利用しつつ、ランプイメージを解消することができる。
【００６３】
従来から知られている無機微粒子や架橋有機微粒子を光拡散材として配合した微粒子配合型の照明装置を使用すると、ランプイメージを解消し、均一な光を得ることができるが、出射光の輝度角度分布は広がった形状となり、効率よく光を利用することができない（特許文献２第４図参照）。
【００６４】
光源が線状光源であるとき、線状光源の長手方向と垂直な方向で最も輝度ムラが顕著である。この場合、反射部配置面の開口部を該光源の長手方向と垂直なストライプ状に設けることは輝度ムラの解消上、好ましくない。ストライプ状の開口部を線状光源と平行に配置することで効果的に輝度ムラとして顕れるランプイメージを解消できる。また開口部をドット状に設けることも同様に効果的である。
【００６５】
次に線状光源を備える図２に示す本発明の照明装置に用いる光制御部材の好適な構成について説明する。
光制御部材４の屈折率をｎとしたときに、開口部８は以下の条件を満たすことが望ましい。ここで、光制御部材４が異なる屈折率を持つ複数の材料から成る場合、ｎは通常、光制御部材の主たる材料の屈折率で近似できる。
【００６６】
図８は、凸部６と点Ｂ，点Ｂ’の関係を説明する図である。Ｘ軸方向およびＺ軸方向とに平行な断面内の、該凸部両端の点をそれぞれ点Ａ、点Ａ’とし、∠ＡＢＢ’及び∠Ａ’Ｂ’Ｂがπ／２＋Ｓｉｎ−1（１／ｎ）の角度を成す反射部配置面９上の点を、点Ｂ、点Ｂ’とする。前記反射部配置面９が反射部７と開口部８とからなる断面内の、開口部８の長さの総計をｄ、線分ＢＢ’間の長さをｂ、開口部８を占める部分の長さの総計をｅとすると、ｅ／ｂは０．８≦ｅ／ｂ≦１である。つまり、線分ＢＢ’に存在する開口部８の割合は８０％〜１００％であることが望ましい。また、開口部８が線分ＢＢ’間に存在する割合である比ｅ／ｄは０．５以上であることが望ましい。つまり、全開口部のうち、線分ＢＢ’間に存在する開口部割合は、該断面方向の長さ割合として５０％以上であることが望ましい。これは、次のような理由に基づく。
【００６７】
Ｘ軸方向およびＺ軸方向とに平行な断面は、凸部の光制御する性質が最も顕著な方向の断面である。言い換えれば凸部の形状は出射面で変換したい方向に合わせた形状とすることが望ましい。
【００６８】
大型液晶テレビなどの用途では望ましい輝度角度分布を得るために垂直方向の視野角をより絞ることが求められる場合が多く、この場合、凸部の形状は垂直方向の断面で輪郭線の変曲点である両端を結ぶ線分の距離が最短となる形状が望ましい。例として長手方向が水平に配置された畝状の凸部が挙げられる。
【００６９】
またパソコンモニターなどの用途において照明装置は、垂直方向、水平方向の視野角を絞ることを求められる場合が多く、この場合、凸部は全方向の断面で輪郭線が曲面で、例えば輪郭線の変曲点である両端を結ぶ線分の長さが全方向で同じであれば、全方向でほぼ均等に光を絞ることができる。例として半球状の凸部が挙げられる。
【００７０】
本発明の照明装置に用いられる光制御部材４の光学特性は仕様変更や生産性に有利なように一様であって、これを実現するためには、すべての凸部６が同様の光制御をすることが望ましい。すなわち通常同じ形状からなることが設計上および製造上簡便である。また、光制御部材４は観測面内の任意の点で同じ輝度角度分布を持つことが求められることからも、光制御部材４が一様な光学特性を持つことは重要である。したがって凸部６の光制御する性質が最も顕著な方向は全て同一であり、該角度に平行な頂部を含む断面は、全ての凸部で平行であることが望ましい。同様に該断面内の反射部配置面上の線分ＢＢ’や線分ＣＣ’の長さもそれぞれ等しいことが望ましい。
【００７１】
また開口部８の形状は凸部６の形状に応じて設定することが光利用効率を高める上で最も望ましい。例えば凸部が平行な畝状である場合には、反射部配置面９上の開口部８の形状は、凸部６の長手方向と平行にストライプが配置された形状とすることが、望ましい。また、凸部６が半球状である場合には、反射部配置面９上の開口部８の形状は円形であることが望ましい。
【００７２】
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に平行な断面内の該両端の点Ａ、点Ａ’と同じ断面内の反射部配置面９上の点Ｂ、点Ｂ’が∠ＡＢＢ’及び∠Ａ’Ｂ’Ｂがπ／２＋Ｓｉｎ−1（１／ｎ）となるような位置にあるとき、点Ｂ、点Ｂ’に入射した光は、基材の屈折率ｎに応じて、入射面垂直方向に対して−Ｓｉｎ−1（１／ｎ）〜Ｓｉｎ−1（１／ｎ）の範囲に絞られ、点Ａと点Ａ’の間、すなわち対向する凸部内に向かうことになる。例えば図８中の太い矢印は、入射面とほとんど平行に点Ｂに入射した光が点Ａに向かうことを示している。
【００７３】
線分ＡＢと線分Ａ’Ｂ’が交差しない場合、線分ＢＢ’の間に入射した光は、同様に対向する凸部内に向かう。この場合、凸部６によって光は望ましい輝度角度分布で出射される。望ましい輝度角度分布とは、通常正面付近を中心とした山形の分布であるが、凸部６の形状を調整することで自由に決めることができる。一方、線分ＢＢ’間以外の領域の開口部８に入射した光は、一部が対向した凸部とは別の凸部に向かう。これら開口部８に対向しない凸部６に当たった光は、全反射するかもしくは望ましくない角度に出射してしまう。全反射する光は反射回数増加のため光エネルギー損失が増加し望ましくない。
【００７４】
図９に、ＢＢ’のみに開口部８が存在する場合と、ＢＢ’以外にも開口部８が存在する場合の、輝度角度分布を示す。図９（ａ）は全体の開口率４０％であり、前記断面内の反射部配置面上の平行な断面内の線分ＢＢ’間の全領域が開口部８のみからなり該断面内の反射部配置面９上の線分ＢＢ’間以外の領域には開口部８が存在しない場合、つまり比ｅ／ｂ＝１かつ比ｅ／ｄ＝１の場合の、出射光の該断面と平行な面内における輝度角度分布の例である。この例では正面付近にピークを持ち不要な方向への出光がない望ましい輝度角度分布を示している。
【００７５】
また、図９（ｂ）は同じ開口率４０％で、前記断面内の反射部配置面９上の平行な断面内の線分ＢＢ’間の全領域が開口部８のみからなり、さらに線分ＢＢ’の長さの和が断面上の反射部配置面９全体の１０％であるときの輝度角度分布の例を示している。このとき該断面内の反射部配置面９上のいずれの線分ＢＢ’間にも含まれない領域中の開口部８の割合は反射部配置面９全体の３０％であり、比ｅ／ｂ＝１かつ比ｅ／ｄ＝０．２５ある。このとき正面方向から大きく外れた角度（図中斜線部の領域にあたる）で顕著な出光が見られ、この例では輝度角度分布が望ましい範囲に制御されていない。
【００７６】
このように開口部８を主として前記線分ＢＢ’間に配置することで、光の利用効率が高めることができ、輝度ムラも抑制することができる。すなわち断面内の開口部８の長さの総計ｄと線分ＢＢ’間の開口部８を占める部分の長さの総計ｅとの比ｅ／ｄを０．５以上とすることで前記目的を達成できる。言い換えると、本発明で提供する照明装置では全開口部のうち、線分ＢＢ’間に存在する開口部８の割合は５０％以上であることが望ましい。また、７０％以上であることがより望ましい。さらに、９０％以上であることがより望ましい。さらに開口部８は線分ＢＢ’間にのみ存在し、線分ＢＢ’間以外に存在しないことが最も望ましい。また、このとき開口部８の割合ｄ／ａは２０％〜８０％であるが、輝度ムラ解消の目的には、２０％〜６０％であることがより望ましく、２０％〜５０％であることがさらに望ましい。
【００７７】
また、前記反射部配置面９におけるいずれの線分ＢＢ’間にも含まれない領域における反射部７の割合は、７０％〜１００％であることが望ましい。また、８５％〜１００％であることがより望ましい。さらに１００％であることが最も望ましい。
【００７８】
一方、線分ＢＢ’間に開口部８でない領域が存在すると、光のロスが大きくなり望ましくない。また、開口部８より入射した光が凸部より出射する領域が限られてしまい、光が出射する領域と光が出射しない領域が存在することになるため輝度ムラの原因となる。したがって、線分ＢＢ’間に含まれる領域内の開口部８が該領域の８０％〜１００％であることが望ましく、また、９０％〜１００％であることがより望ましく、さらに１００％であるのが最も望ましい。
【００７９】
凸部６と反射部７の位置関係が好適な一態様の断面図を図１０に示す。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に平行な断面内で、該点Ａ，点Ａ’を接点とする凸部輪郭線の接線と反射部配置面９とが成す鋭角の広さをそれぞれ、σ、σ’、該断面の反射部配置面部分と∠ＡＣＣ’＝［π／２＋σ−Ｓｉｎ-1｛（１／ｎ）×ｓｉｎσ｝］、∠Ａ’Ｃ’Ｃ＝［π／２＋σ−Ｓｉｎ-1｛（１／ｎ）×ｓｉｎσ’｝］の角度をなす反射部配置面９上の点を点Ｃ、点Ｃ’とする。また、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’との交点を点Ｏとする。凸部６の頂部をＱとしたとき、線分ＯＱと前記反射部配置面との交点をＦとしたとき、線分ＯＦの長さｔと線分ＯＱの長さＴの比（ｔ／Ｔ）は、０＜ｔ／Ｔ＜０．６５の関係にある。
【００８０】
また、図１０中に線分ＣＣ’およびＴ，ｔを示す。角度σおよびσ’は、一次方向に対称な輝度角度分布を示す通常好んで用いられる照明装置においては同じ値であることが好ましい。また既に述べたように望ましい出光特性を得るために好ましい各凸部の光制御を同じくするべく各凸部６を同様の形状とした場合、互いの角度σ、σ’も等しくなる。角度σおよびσ’は、凸部６の形状に関係しており、大きくなるにしたがって集光性が高まり、正面輝度を高める上で有利となる。しかしながら大きすぎると成形が困難となる場合があり、また出射面内部で光が全反射してロスの原因となる場合がある。小さすぎると集光効果が低すぎて、正面輝度を高める上で充分な効果が得られないので、通常角度σ、σ’は４０°〜８５°であることが好ましく、５０°〜７５°であることが更に好ましく、６０〜７０°であることが加えて更に好ましい。
【００８１】
図１０中に、直線ＡＣと直線ＡＣ’の交点Ｏが反射部配置面９よりも光源側にあるときの、線分ａ，線分ｃを示す。線分ＣＣ’の長さをｃとしたとき前記ａに対する前記ｃの割合ｃ／ａは、凸部６の形状と板厚に関係しており、板厚が一定なとき、比ｃ／ａが高くなるにしたがって正面輝度が低下し、広い角度で光が出光する。ここで反射部配置面９よりも光源側とは、反射部配置面９を挟んで出射面と反対側であることを意味し、反射部配置面９と入射面が一致する場合は前記光制御部材４の入射面側の外部であり、反射部配置面９と入射面が一致しない場合は入射面側を意味する。
【００８２】
また、長さＴは凸部６の焦点距離に相当し、点Ｏの位置と長さＴの値は凸部６の集光性を決める重要な因子であり、該集光性が出射光の輝度角度分布を決める重要な因子である。点Ｏは反射部配置面９より光源側にあることが望ましい。比ｔ／Ｔは、０＜ｔ／Ｔ＜０．６５の範囲であることが望ましく、０．０５＜ｔ／Ｔ＜０．４の範囲であることがより望ましい。さらに、０．１＜ｔ／Ｔ＜０．２の範囲が最も望ましい。
【００８３】
図１３（ａ）に比ｃ／ａ＝０．８３（比ｔ／Ｔ＝０．７９）と比ｃ／ａが高い場合の、斜め方向から開口部８に入射した光線が進む様子を示す。この場合には、光は斜め方向に出射して、広い角度へ出光する。
【００８４】
出射側レンズの焦点Ｏが反射部配置面９より出射側、すなわち光制御部材４の内部にある場合にも、凸部６の集光作用が強くなりすぎて望ましい輝度角度分布を得ることができない。点Ｏが出射面と反射部配置面９との間に位置する場合の例を図１１に示す。このとき点Ｏは線分ＡＣと線分ＡＣ’の間に位置する。図１３（ｂ）に、この場合の斜め方向から開口部８に入射した光線が進む様子を示す。この例では、線分Ｃ’Ｃの長さをｃ’とすると、比ｃ’／ａ＝０．１であり、ｔ／Ｔは負の値をとる。このように、点Ｏが光制御部材９の内部にある場合は集光作用が強くなりすぎるだけでなく、全反射する光が増え、光利用効率が低下する。
【００８５】
図１３（ｃ）に比ｃ／ａが範囲にある例として、比ｃ／ａ＝０．２８（ｔ／Ｔ＝０．１４）の場合の、斜め方向から開口部８に入射した光線が進む様子を示す。この場合は、正面方向に出光しており、好ましい輝度角度分布を得ることができる。比ｃ／ａを適当な値に選ぶことにより、望ましい輝度角度分布を得ることができる。
【００８６】
図１４に、比ｃ／ａの値が高い範囲にある比ｃ／ａ＝０．８３（ｔ／Ｔ＝０．７９）の場合と、低い範囲にある比ｃ／ａ＝０．２８（ｔ／Ｔ＝０．１４）の場合との輝度角度分布の比較を示す。比ｃ／ａの好適な範囲は、０．１≦ｃ／ａ≦０．７５であるが、より高い正面輝度を要求される用途に望ましい範囲は、０．１≦ｃ／ａ≦０．６であり、更に望ましい範囲は０．１≦ｃ／ａ≦０．３である。またより広い視野角を要求される用途に望ましい範囲は、０．３以上であり、更に望ましい範囲は０．５≦ｃ／ａ≦０．７５である。
【００８７】
また、線分ＣＣ’間の開口部８を占める部分の長さの総計をfとしたとき、比ｆ／ｃの値を０．３≦ｆ／ｃ≦０．９の範囲とし、さらに開口部８を線分ＣＣ’の中央部付近に設けることにより、正面付近への出光割合を高めることができる。
【００８８】
以下、この理由を説明する。
出射面が平坦な場合、エネルギー損失を考慮しなければ開口部８の割合によらず正面方向への出光強度はほぼ一定である。しかし、開口部８の中心に対向する位置に頂部を持つ凸部６が存在する場合にはそうはならない。該凸部は、レンズ形状であるとき集光性の制御がしやすく、また、効率良く光を望ましい方向に制御することができることから、該凸部６はレンズ形状であるのが望ましい。出射面に配置した凸部６がレンズ形状の場合、直線ＡＣと直線Ａ’Ｃ’の交点、すなわち点Ｏはレンズの焦点となる。したがって、点Ｏを通過し、線分ＣＣ’間を通過した光は、必ず正面方向に出射し、また、これらの光のみが正面方向に出射する。つまり、線分ＣＣ’間にのみ開口部８を配置することで、正面方向への出光強度割合を高めることができる。言い換えれば、線分ＣＣ’以外に開口部８が存在する場合、正面方向への出光強度割合は低下する。
【００８９】
ところが線分ＣＣ’間のみに開口部８が存在する場合において、エネルギー損失を考慮しないとしても、正面方向への出光強度は開口部８の割合によって変化する。ここで開口部８を線分ＣＣ’の中央部付近にとることにより、正面付近への出光割合が高めることができる理由を説明する。
ここで線分ＣＣ’の中央部付近に開口部８が存在するとは、線分ＣＣ’の中点を中心とする長さｆの範囲内の開口部８の割合をｙとしたとき、線分ＣＣ’間の開口部８の割合を（ｆ／ｃ）との比ｙ／（ｆ／ｃ）が１より大きい範囲であるように開口部８が存在することをいう。
【００９０】
さらに、点Ｏを通過して線分ＣＣ’間に入射し、正面に出光する光は、線分ＣＣ’の中心に近いほど、より密度が高い。図１２はこのことを示す図である。図１２中の∠ＣＯＣ’の大きさを４μとし、∠ＣＯＣ’を等角μに分ける３本の線と線分ＣＣ’の交点を図に示すように点Ｅ、点Ｆ、点Ｅ’とすると、中心付近である線分ＥＦおよび、線分Ｅ’Ｆの長さはともに線分ＯＦのｔａｎμ倍である。これに対して、周辺付近である線分ＣＥと線分ＣＥ’の長さはともに線分ＤＦの（ｔａｎ２μ−ｔａｎμ）倍である。
【００９１】
ここでｔａｎ２μ＝２ｔａｎμ/（1−ｔａｎ２μ）であることが知られているので、
（ｔａｎ２μ−ｔａｎμ）/ｔａｎμ＝（１＋ｔａｎ２μ）/（1−ｔａｎ２μ）
ｔａｎ２μ＞０なので、（ｔａｎ２μ−ｔａｎμ）/ｔａｎμ＞１
【００９２】
すなわち中心付近である線分ＥＦおよび、線分Ｅ’Ｆの長さは、周辺付近である線分ＣＥと線分ＣＥ’の長さよりも短い。すなわち同じ角度範囲の光でも中心付近に開口部８を設けたほうが狭い範囲を通ることが分かる。なお、（ｔａｎ２μ−ｔａｎμ）/ｔａｎμは線分ＣＥおよび線分Ｃ’Ｅ’内の正面方向への光束密度と線分ＥＦおよび線分Ｅ’Ｆ内の正面方向への光束密度の比の逆数に相当する。したがって開口部８を線分ＣＣ’間の中心付近にとる方が、正面方向への出光強度が高まる。またこのときエネルギー損失を考慮しなければ、線分ＣＣ’間の開口部８の割合ｆ／ｃは小さいほど正面輝度が高まる。角度σ、σ’が大きいほど凸部６の集光性が強くなり、前記μも大きくなるため、光束密度の比の逆数である（ｔａｎ２μ−ｔａｎμ）/ｔａｎμも大きくなることから、この傾向は強くなる。
【００９３】
しかしながら、前記の比ｆ／ｃが小さくなることに伴い、反射部７や照明装置内に設置された反射板５などの反射率に応じて、光のロスが増え実際の輝度が低下する。さらに十分な輝度が得られる角度範囲は狭くなるため、照明装置や表示装置としての視野角が狭く適当でない場合がある。
以上のことから、適度な開口部８を線分ＣＣ’の中心付近にとり、比ｆ／ｃを適当な範囲にすることで、正面の輝度角度分布の割合が高まり、例えばパソコンモニターなどの高い正面輝度が要求される照明装置に用いたときに、望ましい輝度角度分布を得ることができる。前記反射部７等の反射率が高い場合は望ましい比ｆ／ｃの値は小さくなり、逆に反射率が低い場合は大きくなる。つまり、反射率が高い場合は、エネルギー損失が小さいため、開口部８を小さくした方がより正面方向に向かう光が多くなる。逆に、反射率が低い場合は、開口部８を大きくとり線分ＣＣ’間を広く開口部８にした場合に、正面に向かう光が多くなる。反射部７の反射率が０％であると想定すると、線分ＣＣ’間すべてが開口部８であるとき、すなわちｆ／ｃ＝１であるとき、正面輝度が最も高くなる。
【００９４】
また角度σ、σ’が大きい場合には線分ＣＣ’の中心付近とそれ以外での正面方向への光束密度の差が大きいので、比ｆ／ｃは比較的小さくとることが好ましい。逆に角度σ、σ’が０に近づくにしたがって、正面輝度が最も高くなる比ｆ／ｃの値は１に近づく。
【００９５】
たとえば、本発明の照明装置の入射面側に線状光源３を配置し、その背後に反射板５を配置した照明装置において、光制御部材４の反射部７の反射率が９０％、反射板５の反射率が９５％であるとき、σ＝２８°のときｆ／ｃ＝１．０付近で正面輝度は最も高くなり、σ＝７７°においてはｆ／ｃ＝０．７付近で正面輝度が最も高くなる。
【００９６】
反射部７等の反射率が好ましい範囲、例えば９０％以上の範囲から選択され、かつ、前記角度σ、σ’の好ましい範囲においては、正面輝度を高める上で好適な比ｆ／ｃの範囲は０．３≦ｆ／ｃ≦０．９であり、さらに好ましくは、０．５≦ｆ／ｃ≦０．８である。
【００９７】
さらに開口部８は線分ＣＣ’よりも大きくしても正面方向への光量は変わらないので、正面輝度を上げるためには線分ＣＣ’より大きくして効果が得られない。
【００９８】
以上、述べたような条件の中で最適な開口部８の割合を決める必要がある。上記０．３≦ｆ／ｃ≦０．９を満足する範囲で、望ましい輝度角度分布を得ることができる開口部８の割合を選択するのがよい。上記０．３≦ｆ／ｃ≦０．９を満足する範囲で、輝度ムラ解消および正面輝度向上の観点から、２０％〜６０％がより望ましく、２０％〜５０％がさらに望ましい。
【００９９】
本発明の照明装置にあっては、任意の点で同じ光学特性が得られるため、光源１との位置合わせは不要であり、生産性が向上する。ここでいう点とは例えば一つの凸部６の一斜面のみにあたるような微小領域ではなく、照明装置の特徴を光制御に反映するため、少なくとも任意の線分ＡＡ’の長さよりも大きな半径を持つ範囲をいう。
【０１００】
また凸部６のピッチに相当し、両端間の長さである線分ＡＡ’の長さａは１０μｍ〜３ｍｍの範囲であることが望ましく、５０μｍ〜３００μｍの範囲であることがより望ましい。これよりもピッチが長いと、表示装置として使用したとき、表面形状が目立ち表示品位を落とすことがある。また、凸部６自体の影ができ、照明装置として望ましくないことがある。逆にこれよりも凸部６のピッチが短いと、光の干渉により着色する現象が起こり、画像品位を低下させることがある。
【０１０１】
上記条件を満たす照明装置は、ランプイメージを解消し、正面方向の望ましい範囲に光を出射することができる。さらに、照明装置の上に透過型の表示素子を設けることで、面内均一な明るさに優れた表示装置を得ることができる。
【０１０２】
本発明の照明装置は光制御部材４の凸部６の形状により、光線方向を制御でき輝度ムラの解消や正面輝度向上などが調節できる。以下に、図２の照明装置を例に凸部の好適な形状について説明する。
【０１０３】
まず、正面方向の輝度分布を均一化し輝度ムラのない照明装置とするための凸部６の形状について説明する。
隣接する前記線状光源３の中心間の距離をＤ、任意の前記線状光源３の中心と前記光制御部材４との距離をＨとする。該線状光源３から光制御部材４に入光した光の、Ｘ軸方向の位置座標Ｘ（光源位置をＸ＝０とする）における出射面の法線方向への出光強度を表した関数をｆ（Ｘ)とし、
ｇ（Ｘ）＝ｆ（Ｘ−Ｄ）＋ｆ（Ｘ）＋ｆ（Ｘ＋Ｄ）                  （１）
としたとき、
−Ｄ／２≦Ｘ≦Ｄ／２の範囲で、
ｇ（Ｘ）の最小値であるｇ（Ｘ）minと最大値であるｇ（Ｘ）maxの比ｇ（Ｘ）min／ｇ（Ｘ）maxが０．６以上である。また、Ｘの最小値Ｘminが−３．０Ｄ≦Ｘmin≦−０．５Ｄの範囲であり、最大値Ｘmaxが０．５Ｄ≦Ｘmax≦３．０Ｄの範囲であり（ＸminおよびＸmaxは、ｆ（Ｘ）の値がＸ＝０である線状光源３付近を中心に減衰していき、実質０になるときの両端の座標）、Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸＺ平面と平行に切った任意の凸部の断面形状が、下記の式で表される（２Ｎ＋１）個の傾きの異なる領域−Ｎ〜Ｎからなる。
【０１０４】
δ＝（Ｘmax−Ｘmin）／（２Ｎ＋１）                                （２）
Ｘi＝ｉ×δ                                                    （３）
αi＝Tan-1(Ｘi/Ｈ)                                              （４）
βi＝Sin−1((１/ｎ)sinαi)                                          （５）
γi＝Sin−1((１/ｎ2)sinαi)                                        （６）
ｐi∝ｆ（Ｘi＋Ｔ・tanγi）・cosΦi・cosβi／cosαi／cos(Φi−βi)    （７）
Φi＝Tan−1（（n・sinβi）/（n・cosβi−1））                      （８）
Ｎ：自然数
ｉ：−ＮからＮの整数
ｎ：光制御部材４の凸部６の屈折率
ｎ2：光制御部材４の基材の屈折率
ｐi：領域ｉのＸ軸方向の幅
Φi：領域ｉの出射面に対する斜面の傾き
Ｔ：光制御部材４の入射面から凸部６の底部までの厚み
【０１０５】
図１５（ａ）に、Ｄ＝３０ｍｍとして線状光源３を配列した本発明の照明装置の任意の１本の線状光源３からの光による正面方向への出光強度のＸ方向の分布の１例を示す。１本の線状光源３からの光による正面方向への出光は、Ｘmin〜Ｘmaxの範囲となる。図１５（ａ）に示すような緩やかな減衰を示す場合は、例えばｆ（Ｘ）の値が最大値の１／１００となるときのＸの値で代用することもできる。Ｘmin、Ｘmaxを定めるためのｆ（Ｘ）の値は、それぞれ同じであることが望ましく、最大値の１／２０以下であれば問題なく、１／１００以下であることがさらに望ましい。図１５（ａ）７ではＸmin＝−３Ｄ、Ｘmax＝３Ｄであり、ｆ（Ｘmin）＝ｆ（Ｘmax）でｆ（Ｘ）の１／１００以下である。このような形状では正面方向への出光強度は厳密には隣接する３本のみの総和では決まらないので、ｇ（Ｘ）は一定であるよりも、Ｘ＝０である中心付近のｇ（Ｘ）が周辺に比べて少し高いことが望ましい。
【０１０６】
図１５（ｂ）に、図１５（ａ）の場合と同じくＤ＝３０ｍｍとして線状光源３を配列し、別の光制御部材４を用いた本発明の照明装置における任意の１本の線状光源３からの光による正面方向への出光強度のＸ方向の分布の１例を示す。この例ではＸmin＝−Ｄ、Ｘmax＝Ｄである。凸部６の形状によっては、ある入射角度以上の光が正面に進まないので、このように線状光源３からある程度離れた部分で急激に出光強度が低下する分布となる。このような形状では正面方向への出光強度は隣接する３本のみの総和で決まるので、ｇ（Ｘ）が一定であることが最も望ましい。このとき、Ｘmin〜Ｘmaxの範囲で光は正面方向へ出光し、その分布はｆ（Ｘ）となる。図１５（ａ）に示すＸmin＝−３Ｄ，Ｘmax＝３Ｄである場合と、図１５（ｂ）に示すＸmin＝−Ｄ，Ｘmax＝Ｄである場合とを比較すると、凸部幅は限られているので、斜面の傾きの角度Φの配分により正面方向への出光強度の分布が決定する。凸部６の形状が図１５（ａ）に示すように遠方より斜め方向に入射するエネルギーの弱い光を正面方向に向けるような斜面角度を持つより、図１５（ｂ）に示すように遠方からの光を正面に向ける角度Φはもたずに、−Ｄ＜Ｘ＜Ｄの範囲に入射した光のみ正面に向ける角度Φで構成される凸部形状の方が、正面輝度は向上する。このようにＸmax〜Ｘminの幅を小さくすることは、より強い光を効率的に正面に向けることによって正面方向への出光割合を高める効果を持つ。
【０１０７】
一方、Ｘmax〜Ｘminの幅を大きくすることは、遠くの線状光源３の光を正面に向けることによって正面方向への出光割合を高める効果を持つ。したがって正面輝度を高めるにはＸmax〜Ｘminの幅が適切な範囲にあることが望ましい。望ましいＸmax〜Ｘminの幅はｆ（Ｘ)によって異なるが、例えば出光強度が最大値の１／２以上となるＸの範囲を目安とできる。この範囲が大きい場合はＸmax〜Ｘminの幅を比較的大きめに取ることが望ましく、小さい場合小さめに取ることが望ましい。このようにＸmax〜Ｘminの幅を好適に定めることで正面輝度を高めることができる。
【０１０８】
図１６（ａ）および（ｂ）は、図１５（ａ）および（ｂ）でｆ（Ｘ)について示した照明装置のｇ（Ｘ）を示す。既に示したように、ｇ（Ｘ）が線状光源３の１周期分である−Ｄ／２≦Ｘ≦Ｄ／２の範囲で一定であれば、正面方向の輝度ムラは解消され、また、Ｘmin、Ｘmaxが最適である場合には、線状光源３の近傍のエネルギーが高い光を正面に向けるため、より正面方向の輝度は高くなる。
【０１０９】
領域−Ｎ〜Ｎの配列順序がＸ軸に必ずしも沿っている必要はない。しかしそうしなかった場合には、各領域の並び方により、凸部には変曲点が存在し、角度αiで入射した光を正面に向ける角度Φiの凸部の斜面に到達する前に別の角度の斜面に到達し屈折あるいは反射によって光線方向が変わり、角度Φiの斜面に到達しなかったり、望ましくない角度で角度Φiの斜面に到達したりすることで、光の出射方向の制御が困難となり、性能が不充分となる場合がある。−Ｎ〜Ｎの領域がＸ軸の位置座標の順に並んでいる場合、通常は凸部６の形状は変曲点をもたない形状となり、凸部全体が略凸状を成す。このような形状の場合、通常、光が所望の凸部上の領域に到達する前に別の凸部上の領域に到達して反射や屈折によって光線の方向が変化することがなく、光線方向の制御が容易となり有利である。
【０１１０】
また凸部６の各領域のＸ方向の幅ｐiがｆ（Ｘi＋Ｔ・tanβi）・cosΦi・cosβi／cosαi／cos(Φi−βi)  に比例することが本発明の照明装置の特徴であるが、凸部６の底部から表面までの高さの影響によって、好ましい幅が少しずれる場合があるが、大きな影響はない。
【０１１１】
また、Ｎは２以上であることが望ましい。Ｎが大きい場合凸部６は多くの傾きからなる複雑な形状である。傾きの数が多いと、正面方向への出光の制御を効率的に精度よく行うことができ、正面方向への出光強度の分布の均一性が高い。精度の面ではＮは大きい方が良いが、大きすぎると形状が複雑になり作製が困難となる。作製の容易さの観点からＮが１００以下であることが望ましく、１０以下であることが、さらに望ましい。
【０１１２】
凸部６を形成する領域のうち少なくとも一組の隣接する領域の形状を曲線で近似してもよい。また二組以上の隣接する領域の形状を曲線で近似してもよい。さらに３つ以上の隣接する領域の形状を曲線で近似してもよく、凸部全体の形状を曲線で近似しても良い。多くの領域の形状を曲線で近似すると、正面方向への出光強度の分布や出光角度の分布をなめらかにする、賦形しやすい、破損しにくい、などの、隣接する領域の形状を曲線で近似することの効果がより高まり、望ましい。曲線への近似法としては特に制限はなく、通常よく知られている最小二乗法、スプライン補間法、ラグランジュ補間法などを用いることができる。近似に用いる点は、近似する領域から少なくとも１点を選ぶ。通常近似する領域の数より多くとる。例えば、連続する複数の領域の両端と各領域の接点を選ぶことができる。また加えて、各領域の中点を近似に用いることもできる。
【０１１３】
次に出光エネルギーの分布を均一化して輝度ムラのない照明装置とするための凸部６の形状について説明する。
複数の線状光源を用いる光源直下方式の照明装置では、出射する光のエネルギーは、各線状光源直上では大きく、線状光源間では小さい。そこで、線状光源直上から出光する光を、光制御部材４での適度な反射によって弱めると共に、反射光を反射板５で拡散光として、再び光制御部材４に戻して出射させる。
【０１１４】
これにより、光の利用効率を大きく低下させることなく、線状光源直上とそれ以外の位置から出射する光のエネルギーとがほぼ等しくなり、すなわち各点の照度がほぼ等しくなることでランプイメージが解消される。線状光源直上と、線状光源間での位置での、全光線透過率の比を適当な範囲に制御することで、上記目的を達成することができる。線状光源中心間の距離をＤ、任意の前記線状光源３の中心と前記光制御部材４との距離をＨとしたとき、前記入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してψ＝Ｔａｎ−１｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で入射した光の全光線透過率が、前記入射面上の点に法線から光が入射した場合の光の全光線透過率の、０．９倍〜３倍である場合に、前記目的が達成され、ランプイメージが解消される。またこの全光線透過率の比の更に好適な範囲は距離Ｄや距離Ｈなどの構成によっても異なるが、出射光の品位と光源の強度、照明装置のサイズ、省エネルギーなどを鑑みて多くの用途で現実的な構成を種々検討した結果見出した更に好適な範囲は０．９５〜１．４である。
【０１１５】
以下、図を用いて説明する。図２１に示すように、任意の線状光源３と、該線状光源３に対し最近傍に位置する別の線状光源３との距離をＤ、該線状光源３と光制御部材４との距離をＨとした場合、光制御部材４の入射面上の任意の点に前記ＸＺ軸に平行かつ該入射面の法線方向に対してα＝Ｔａｎ−１｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で光が入射した場合の該光の全光線透過率Ｒ１は、該入射面に対して垂直方向に光が入射した場合の該光の全光線透過率Ｒ２の１．０５倍〜３．００倍である場合に、線状光源直上のエネルギーと、線状光源間のエネルギーが等しくなり、ランプイメージが解消される。また、該全光線透過率の割合Ｒ１／Ｒ２は１．０２５〜２．００倍であることが、光利用効率の観点からより好ましい。
【０１１６】
図２１に示す様に、前記角度αは、任意の線状光源３から発した光が、該線状光源３とそれと隣接する線状光源３との中間点の直上位置の光制御部材４に入射した場合の光線の入射角度に相当する。全光線透過率については、光制御部材４に対し垂直方向から入射した時の光の全光線透過率Ｒ２よりも、光制御部材４に対し斜め方向から入射角α（≠０）で入射した時の光の全光線透過率Ｒ１の方が高い。このため、各線状光源３の真上の部分と、線状光源３と線状光源３の間の部分において、光制御部材４の出射光エネルギーを全体として均一化することができる。
【０１１７】
ここで、前述の全光線透過率の測定に際し、測定対象物への平行光の光束の幅は、光制御部材４の表面に凸部６を形成している場合において、例えば、凸部６の一斜面のみといった微小領域に入射する程度のものではなく、該凸部６の特徴を全光線透過率に反映するために、少なくとも凸部６のピッチ以上の広い領域に入射する程度のものである必要がある。
【０１１８】
図４４に、平坦な入射面を有する測定対象物へ入射角αで入射した平行光における全光線透過率の測定方法を示す。同図に示すように、積分球の開口部の下側にこれを閉鎖するように測定対象物を設置し、レーザー光もしくはレンズでコリメートした平行光を、測定対象物の法線方向に対しαの角度で入射させる。
【０１１９】
以下、光制御部材４に対して光が垂直方向および斜め方向から入射した時における全光線透過率の調整の具体的手段の例について説明する。先ず、該具体的手段の第１の例としては、凸部６がストライプ状に形成された好適な断面形状の例を図２４に示す。
【０１２０】
該凸部６の断面形状は、光制御部材４の出射面に直交し、凸部６の頂部を含む少なくとも所定の一方向に沿って断面した場合の輪郭線から成る。該輪郭線は、延長線が交差する角度θが鋭角である２つの略直線（部）と、該２つの略直線（部）の各一端同士を結ぶ曲線（部）とから構成され、かつ、輪郭線の頂部が凸状６の曲線である。
【０１２１】
ここで、前記所定の一方向とは、線状光源３の配列方向に平行な方向を意味する。また、輪郭線の頂部を構成する曲線の曲率半径は、無限大、すなわち直線であってもよい。
また凸部頂部は出射面に対する傾きの絶対値θ２がＳｉｎ−１(１／ｎ)未満である領域を持っていることが望ましい。領域の傾きθ２は複数の値を取る事ができる。曲線部であることで連続的にθ２が変化することで、分散方向を連続的に変化させることができ、より高い輝度均一性が得られる。また望ましくは凸部頂部の任意の点の傾きは凸部裾部の出射面に対する傾きの絶対値以下である。これは成形の容易性、光の方向制御の容易性から望ましい。
【０１２２】
図２４に示す様に、前記凸部６の形状を、鋭角θをなす２つの略斜面部（断面略直線に相当）と曲面部（断面曲線に相当）とによって構成することにより、図２５に示す様に、光制御部材４の入射面に斜めに入射した斜め入射光は、断面略直線の部分において屈折作用により、光制御部材４の出射面側から略垂直方向（入射面の略垂直方向と同方向）に出射させることができる。
【０１２３】
また、図２６に示す様に、光制御部材４に垂直に入射した光は、前記凸部６の曲面部において出射方向を分散すると同時に、凸部６の表面に当たった光の一部は、全反射を起こし出射しないため、該光の全光線透過率を抑えることが可能となる。光制御部材４に垂直に入射した垂直光の全光線透過率が小さくなることによって、輝度均一性が高く、かつ、高輝度な照明装置を容易に得ることができる。
【０１２４】
前記光制御部材４の凸部６の投影面積Ｐに対する曲線部の投影面積Ａの割合Ｓ／Ｐについては、４０〜８０％であることが望ましい。ここでＰを凸部のピッチ、Ｓを凸部のうち曲線部の占めるピッチ方向の長さを示す。面積割合Ａ／Ｐが４０％未満であると、光の分散効果が小さくなり、輝度均一性が低下する。また、面積割合Ａ／Ｐが８０％を越えると、略直線部の面積が減少することにより、斜め入射光のうち正面方向へ出射する光の割合が減少するため、上記と同様に、出射面内の輝度均一性が低下する。
【０１２５】
図２３に、本発明で実施可能な凸部６の別の形状を示す。この場合、凸部６の形状は略楕円形状を示し、斜面部分全てが曲線部であることで連続的に斜面角度が変化する。そのため、分散方向を連続的に変化させることができ、より高い輝度均一性が得られる。
【０１２６】
また、図２２に本発明で実施可能な凸部６の別の形状を示す。この場合、凸部６の谷部分に断面曲線部を設けている。この断面曲線部により光の出射方向が多方向に分散され、輝度均一性の高い照明装置を得ることができる。
【０１２７】
また、光源が線状光源３である場合には、出射面側の複数の凸部６を平行に配列したストライプ状レンズに形成し、そのレンズの長手方向を線状光源３の長手方向と平行にすることができる。これにより、光制御部材４の出射面における出射光の角度分布調整が一層容易となる。
【０１２８】
以上、説明した線状光源３を用いた照明装置では、線状光源３の長手方向がY軸に平行に配置されており、かつ、畝状凸部６の長手方向がY軸に平行に配置している。線状光源３の長手方向がY軸に平行に配置されているため、線状光源３の輝度ムラがＸ軸に沿って顕れる。これに対して畝状凸部６の長手方向がY軸に平行に配置しているのは、輝度ムラを解消するために最も効果的だからである。すなわち畝状凸部の光線方向制御機能はＸ軸に最も顕著に作用する。またその機能を決める重要な要素はＸＺ平面に平行な断面の形状である。
【０１２９】
この考え方は光源が点状光源２である場合も同様である。
点状光源２を狭い間隔で直線状に配置し、擬似線状光源とすると配線上有利である。この場合、該擬似線状光源の長手方向がY軸に平行になるように配置し、Ｘ軸に沿って複数配列すれば、前記線状光源３を用いた照明装置と同様の光制御部材４を同様に配置することが好ましい。すなわち、凸部６の形状、開口部８の位置、形状、割合、および凸部６、開口部８、擬似線状光源の構成などについて同様に選択できる。
【０１３０】
これ以外の点状光源２の配置方法としては、例えば点状光源２の配置の構成周期が４つの点状光源２からなる正方形状であるもの、３つの点状光源２からなる正三角形状であるものなどが挙げられる。この場合も同様に輝度ムラを解消するため、最も顕著に輝度ムラが顕れる方向に合わせて、光線方向制御機能が高い断面形状を形成することが好ましい。例えば点状光源２の配置の構成周期がＸ軸とＹ軸に平行な正方形状である場合、輝度ムラはＸ軸、Ｙ軸の双方に等しく最も顕著に顕れる。そこで凸部６のＸＺ平面とＹＺ平面の断面形状は同様とすることが望ましく、該断面形状、開口部８の位置、形状、割合、および凸部６、開口部８、点状光源２の構成などについて、既に述べた線状光源３を用いた照明装置と同様に選択することが望ましい。線状光源３を用いた照明装置のＸＺ平面に平行に切った断面内について詳しく説明した、ｅ／ｂ、ｔ／Ｔ、ｅ／ｄ、ｆ／ｃ、ｃ／ａ、ｇ（Ｘ）min／ｇ（Ｘ）maxの範囲、傾きの異なる領域からなる断面形状、入射角度による全光線透過率の比などについても同様に、好適な範囲を点状光源２が用いられた場合に適用して決定できる。
【０１３１】
次に、光制御部材４における凸部６を構成する材料の屈折率による効果の違いについて説明する。光制御部材４の主面に対する凸部６の谷部傾斜角度が大きい場合には、溝頂部をなす角度が小さくなりすぎる。そのため、バイトを用いたメス型の切削時に溝頂部の倒れが問題となる。さらに、押出し成型、射出成型、２P成型の樹脂成型工程において、樹脂の剥離性が低下するため、量産性の低下や型の耐久性が問題となる。これらの課題に対して、本発明においては、光制御部材４の凸部６を構成する樹脂の屈折率を１．５８以上にするのが好ましい。これによって、光制御部材４の主面に対する凸部６の谷部のなす角度を小さくすることができ、上記のような樹脂の剥離性の低下や量産性の低下等の課題を解決することができる。
【０１３２】
ここで、高屈折材料を使用することにより、主面に対する凸部６の谷部の角度を小さくすることができる理由について述べる。
【０１３３】
図２７（ａ）に一般的な屈折率材料で作製した光制御部材４に光が入射し、正面方向に出射する様子を示す。図２７（ｂ）に高屈折率材料で作製した光制御部材４に、図２７（ａ）と同じ角度から光が入射し、正面方向に出射する様子を示す。このとき、図２７（ａ）の凸部６の谷部の角度と比較し、図２７（ｂ）の凸部６の谷部の角度が小さいことがわかる。高屈折材料を用いることにより、光をより屈折させることができるため、凸部谷部の角度が小さくても、光を正面に向けることが可能となる。このために、高屈折材料を使うことが、凸部６の成形性の点で有利となる。
【０１３４】
このような屈折率が１．５８以上となる高屈折率の材料としては、例えばメタアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂、メタアクリル−スチレン共重合樹脂、シクロオレフィン−アルケン共重合樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられる。
【０１３５】
また本発明において好適な１．５８以上の屈折率を確保するため、基材の原料として種々のモノマーを選択することができる。例えばメタアクリル樹脂やメタアクリル−スチレン共重合樹脂のようなメタクリレートモノマー共重合体としてはα−ナフチルメタクリレートのような芳香族メタクリレート、ｐ−ブロモフェニルメタクリレート、ペンタクロロフェニルメタクリレートのようなハロゲン化芳香族メタクリレートモノマーなどを好適に用いることができる。
【０１３６】
またポリスチレン樹脂やメタアクリル−スチレン共重合樹脂のようなスチレン系モノマー共重合体としては、スチレンのほかに、o−クロロスチレンのようなハロゲン化スチレン、p−メチルスチレンのようなアルキル化スチレンなどが使用できるモノマーとして挙げられる。ポリエステル樹脂としてはフルオレン基などの嵩高い官能基を有するジオールを共重合モノマーとして用いることができる。これらモノマーは単独もしくは共重合して用いることができる。
【０１３７】
また、本発明の光制御部材４に様々な機能を持たせることにより、より輝度ムラがなく、より高輝度な照明装置を提供することができる。付加する機能としては、光線方向変換部や、集光手段１６などが挙げられる。まず、光線方向変換部について説明する。線状光源３からの入射光のうち、望ましい割合の光の光線方向を変更することで、輝度の均一性を更に高めることができる。前記光線方向を変換する割合について好適な範囲を見出すとともに、光線方向の変換と輝度ムラ解消の２つの機能を１つの部材で達成するための好適な構成をも見出した。
【０１３８】
光線方向変換部によって入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換することで、好適な割合の光線方向を変化させることができるので、輝度の均一性を更に高めることができる。
【０１３９】
前記線状光源３から前記開口部８に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出光制御部に到達することで、光の有効利用率が高く、多くの光の出光を制御できるので、輝度が高く、かつ、好ましい出光制御が可能である。
【０１４０】
光線方向変換部として少量の光線方向変換材を内部に分散したり、表面に塗布したりすることができる。光線方向変換材の使用によって出射光の拡散性を高め、輝度均一性を高めることができる。光線方向変換材と同じ材料を、出射面側に塗布してもよいが、この場合には別途、出光制御部よりも線状光源側に光線方向変換部を設ける必要がある。光線方向変換材としては従来光拡散板や拡散シートに用いられる無機微粒子や架橋有機微粒子を用いることができる。使用量は従来の一般的な光拡散板に比べてごく少量で同等以上の拡散性が得られるとともに、透過性も非常に高い。また光線方向変換材が分散している場合、本発明では使用量が極めて少量である。
【０１４１】
本発明の光制御部材４で用いられる光線方向変換材は、該光制御部材４を構成する基材部１００質量部に対し、光線方向変換材を０．０１〜１質量部、好ましくは０．０５〜０．７質量部、さらに好ましくは０．１〜０．５質量部含有することである。その含有量が、基材部１００質量部に対して０．０１質量部未満であると、光拡散性が十分でなく（輝度ムラの解消効果が十分でない点を記載したく）、また、１質量部を超えると、十分な全光線透過率が得ることができなくなり、該光制御部材４を照明装置等の用途に用いた際、十分な明るさを得ることができず好ましくない。
また、光線方向変換材の粒子径は、その平均粒子径が１〜５０μｍの範囲であり、好ましくは、２〜３０μｍの範囲である。光線方向変換材の平均粒子径が１μｍより小さい場合には、これを基材部に分散させて得られる光制御部材４は、短波長の光を選択的に散乱するため、透過光が黄色を帯びやすく好ましくない。一方、光線方向変換材の平均粒子径が５０μｍを超えると、基材部に分散させて得られる光制御部材４は、光拡散性（輝度ムラの解消効果が十分でない点を記載したく）が低下したり、光が樹脂を透過したときに光拡散剤が異物として目視されやすくなったりする場合があり好ましくない。光線方向変換材の形状としては、楕円球状ないし球状にわたる形態であることが好ましく、球状であることがより好ましい。
【０１４２】
なお、本明細書でいう平均粒子径とは、後述するように電子顕微鏡観察により得られた写真を用いた実測によって得られる平均粒子径を意味する。
【０１４３】
光線方向変換材としては、通常、基材の透明性樹脂と屈折率の異なる無機系および／または有機系の透明微粒子が用いられる。光線方向変換材の屈折率と基材の屈折率との差については、その絶対値が、０．００５乃至０．０８であり、０．０１乃至０．０７でありことが好ましく、０．０２乃至０．０６でありことがより好ましい。その屈折率差が、０．００５未満であると、光拡散性が十分でなく（輝度ムラの解消効果が十分でない点を記載したく）、また、０．０８を超えると、十分な全光線透過率が得ることができなくなり、該光制御部材４を照明装置等の用途に用いた際、十分な明るさを得ることができず好ましくない。なお、本発明においては、上記のように光線方向変換材と基材との屈折率差により、いわゆる内部拡散性を付与することができるが、光線方向変換材を基材表面に浮き出させて表面凹凸を形成させることにより、いわゆる外部拡散性を付与することもできる。
【０１４４】
また、本発明で使用される光線方向変換材は、基材樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有するものであることが好ましい。光線方向変換材の屈折率が基材の屈折率よりも大きい場合には、光拡散性は高くなるものの、基材樹脂と光線方向変換材とのアッベ数の差が大きくなり、拡散光が見る角度によって色の差が生じやすくなり好ましくない。このため、基材と光制御部材との屈折率の差は、通常小さ過ぎたり、大きすぎたりしないものが好ましい。
【０１４５】
無機系の光線方向変換材としては、例えば、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、シリカ、ガラス、タルク、マイカ、ホワイトカーボン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等が挙げられ、これらは脂肪酸等で表面処理が施されたものであっても良い。また、有機系光線方向変換材としては、例えば、スチレン系重合体粒子、アクリル系重合体粒子、シロキサン系重合体粒子、フッ素系重合体粒子等が挙げられ、空気中での３質量％減少温度が２５０℃以上である高耐熱光拡散剤や、アセトンに溶解させたときのゲル分率が１０％以上の架橋重合体粒子が好適に用いられる。これらの光線方向変換材の内、シリカ、ガラス、アクリル系重合体粒子、シロキサン系重合体粒子を用いることが好ましく、アクリル系重合体粒子、シロキサン系重合体粒子を用いることがより好ましい。また、これらの光線方向変換材は、必要に応じてその２種類以上を用いることができる。
【０１４６】
本発明の光制御部材４で用いられる基材と光線方向変換材とを混合する方法としては、特に限定されず、例えば、基材ペレットに予め光線方向変換材を混合してこれを押出成形または射出成形してペレットなどの形態で光制御部材４とする方法；基材を押出成形または射出成形する際に光線方向変換材を添加し成形してペレットなどの形態で光制御部材４とする方法；一度基材と光線方向変換材とをマスターバッチ化した後に再度所望の配合量とするべく基材とマスターバッチ品とを押出成形または射出成形してペレットなどの形態で光制御部材４とする方法を採用することができる。
【０１４７】
さらに、光線方向変換部としては、光制御部材４の入射面に平行光を複数の角度に偏向させる手段を用いてもよい。具体的には、光制御部材４の入射面に、ランダムまたは周期性を有する凹凸構造を形成することが挙げられる。このとき該凹凸構造のある入射面の好適な表面状態は、全光線透過率、ヘイズ、算術表面粗さを目安にすることができる。凹凸の程度は算術平均粗さＲａが３μｍ以下であることが望ましい。これより大きくなると、拡散効果が大きくなりすぎるために、正面輝度が低下する。
【０１４８】
光線方向変換部が入射面に法線方向から入射した光の方向を変換する割合は、次のようにして測定する。測定する光制御部材４に出光制御部を設けない構成からなる光線変換能測定用部材を別途用意する。出光制御部が光制御部材４の出射面上に形成した凸部である場合は、光線変換能測定用部材の出射面は入射面と平行な平滑面である。該光線変換能測定用部材の入射面に法線方向から平行光を照射し、ヘイズメーターで出光方向が変化した光の割合を測定する。また通常、出光制御部の光線方向制御は通常計算で予測でき、この場合、光制御部材４の輝度角度分布を直接測定することで光線方向変換部が入射面に法線方向から入射した光の方向を変換する割合を計算することもできる。
【０１４９】
前記光源１から前記入射面に入射した光が前記光線方向変換部を通過して前記出光制御部に到達する割合についても、前記光線変換能測定用部材の全光線透過率を測定して、この値とでき、出光制御部の光線方向制御を予測できる場合、光制御部材４の全光線透過率を直接測定して、計算することもできる。
【０１５０】
次に、集光手段１６について説明する。本発明の光制御部材４に集光手段１６をもたせることで、Ｙ方向の視野角を絞り出射エネルギーを正面方向に集中させることができ、高輝度化、特に多くの用途で有用な正面輝度の向上を達成することができる。集光手段１６は、Ｘ軸方向に伸びる複数の畝状の凸部によって実現できる。この凸部のＹＺ平面に平行な断面の形状によってＹ軸方向の光を集光し正面方向に向けることができる。この凸部は、光制御部材４と一体に形成しても良く、別の部材上に形成してもよい。部材は、フィルム状であっても板状であっても良い。別の部材に形成する場合は、光制御部材４または集光手段１６のどちらかは、板状であることが望ましい。集光手段１６である凸部は、光制御部材４を含むこれら部材の光源１側または出射面側に設けられる。また、光制御部材４の凸部６の形成されている面より光源側に位置することもあり、出射面側に位置することもある。また、同一の面内に位置することもある。集光手段１６である凸部のＹＺ平面に平行な断面の形状は、レンズ形状、あるいはプリズム形状などが挙げられる。
【０１５１】
図２８に、本発明の一形態の例を示す。集光手段１６が光制御部材４の出射面側に位置し、集光手段１６である凸部がＸ軸に平行な複数の畝状凸部からなる場合の構成例である。本構成では集光手段１６は板上もしくはフィルム上に形成されていればよい。また、図２９は上記の例において、集光手段１６が拡散性微粒子を含有する態様を示している。
【０１５２】
図３６（ａ）を用いて、集光手段１６が出射面側にある場合の、集光手段１６の作用を説明する。ＹＺ平面で切った断面内での光の伝搬を考える。
【０１５３】
集光手段１６を構成する板状構造物の線状光源３側の面から入射した光は光が入射する面での屈折、出射面側に設けた凸部斜面の屈折によって、入射角度よりも、その絶対値が小さい角度で出射する光が生じる。つまり出射角度分布を狭くすることが可能である。凸部の形状によっては凸部斜面での全反射により光は再度線状光源３側に反射される場合も発生する。反射された光は線状光源３裏面に設けられた反射板５により反射され、再度集光手段１６に入射し上述の現象が繰り返される。
【０１５４】
凸部斜面の最大傾斜角度は３０°〜６０°にあることが好ましい。３０°以下であると、正面方向へ屈折する光が減少し集光機能が低下し、６０°以上であると斜め方向への出射光が増加するため同様に集光機能が低下する。
【０１５５】
図３６（ｂ）を用いて、集光手段１６が入射面側にある場合の、集光手段１６の作用を説明する。前記板状構造物のＹＺ平面に平行な面内での光の進行を考える。ここで説明の便宜上、Ｙ方向の一方をプラス、他方をマイナスとする。図３６（ｂ）においては右方向がプラス、左方向がマイナスを示している。また凸部の頂部を堺にプラス方向の領域をｓ、マイナス方向の領域をｈとする。
【０１５６】
ＹＺ平面で切った断面内で、主面の法線方向に対しプラスの方向で入射した場合、領域ｓに入射すると光が入射する面での屈折作用により入射角度よりもより法線方向に近い角度で出射する。一方領域ｈに入射するとより法線方向から離れる角度で出射する。
【０１５７】
集光手段１６を通過する光の角度分布の調整はＹ軸方向に配列した凸部の形状を調整することで可能である。つまり好適な形状を選択することで、出射光の角度分布を狭くすることが可能である。また、板状構造物の光が入射する面側への入射角度が大きくなると、出射面での全反射により、光は再度線状光源３側に反射される。反射された光は線状光源３裏面に設けられた、反射板５により再度出射面Ｘ軸方向に配列した凸部に入射し上述の現象が繰り返される。
【０１５８】
従って、反射部配置面９より入射面側に、長手方向がＸ軸方向と平行な畝状の集光手段１６である凸部を形成することにより、Ｙ軸方向の出射光角度分布を狭くし、正面方向の輝度を高めることができる。集光手段１６である凸部の高さが高くなるとＸ方向に斜めから観察した場合の領域ｓの割合が小さくなり、逆に領域ｈの割合が大きくなる。つまり集光手段としての凸部の高さが高くなりすぎると光は集光せず、より広がりをもった出射光分布となり、逆に正面方向の輝度は低下する。
【０１５９】
集光手段１６である凸部の斜面の最大傾斜角度は１０°〜４０°にあることが好ましい。さらに２０°から３０°がより好ましい。また凸部のＹ軸方向の断面形状の頂部は曲面からなることが望ましい。断面形状の頂部が直線で形成されていると、欠けや崩れが発生しやすくなり、これに伴う輝点や黒点により外観品位の低下を招くからである。
【０１６０】
さらに集光手段１６である凸部をＹＺ断面で切った形状は頂部を主面の法線を中心とした線対称形であることが望ましい。これによりＸ方向の出射光角度分布を０°方向を中心にプラスおよびマイナス方向で対称形にすることができるので、プラス方向とマイナス方向でバランスの取れた視野角特性を得ることができる。
【０１６１】
光制御部材４もしくは集光手段１６である凸部が配置している部材の何れかは板状構造物にあることが望ましく、さらに線状光源３側に配置されている部材が板状構造物であることがより好ましい。線状光源３側の部材が板状構造物であることで、機械的強度を増し、反りによる光学特性の低下を防ぐことができる。
【０１６２】
また図３０に集光手段１６が板状構造物にあり、かつ集光手段１６が板状構造物の出射面側の面のＸ軸に平行な複数の畝状凸部からなる場合の構成例を示す。この場合、光制御部材４は集光手段１６よりも観察側に配置されている。本構成では光制御部材４は板状もしくはフィルム状である。
【０１６３】
図３１に集光手段１６が板状構造物にあり、かつ集光手段１６が板状構造物の光が入射する面側の面のＸ軸に平行な複数の畝状凸部からなる場合の構成例を示す。この場合も、光制御部材４は集光手段１６よりも観察面側に配置されている。本構成では光制御部材４は板状もしくはフィルムである。
【０１６４】
図３２に光制御部材４が板状であり、かつ集光手段１６が板状構造物の光が入射する面側の面のＸ軸に平行な複数の畝状凸部からなる場合の構成例を示す。この場合、光制御部材４は集光手段１６よりも線状光源３側に配置されている。本構成では集光手段１６は板状もしくはフィルム上に形成されていればよい。
【０１６５】
さらに集光手段１６が凸部であり、該凸部を有する構造物が板状である場合、該板状構造物の光が入射する面の表面積と光が出射する面の表面積が異なる。吸水により板状構造物が膨張、もしくは脱水により板状構造物が収縮する場合、上記表面積の差により光が入射する面と光が出射する面の膨張率または収縮率が異なり、板状構造物に反りが発生する。前記板状構造物が温度６０℃、湿度８０％の雰囲気下において吸水率が０．５％以下の透明な熱可塑性樹脂からなることで、この反りを軽減することができる。吸水率が同条件下で０．５％を超えると、反りの量が過大となり、外観の品位低下を招く。
【０１６６】
また集光手段１６として凸部が板状構造物の光が入射する面にＹ軸方向に配列して形成され、同じ板状構造物の光が出射する面にＸ軸方向に配列した凸部が形成される場合、光が入射する面の表面積と光が出射する面の表面積差が小さくなるため、反りに対して有利である。また集光手段１６としての凸部のなす方向と凸部のなす方向とが直行する場合、板状構造物の剛性を増すため反りに対してより有利である。
【０１６７】
図３３に示す様に、集光手段１６が板状構造物の光が入射する面に形成された凸部である場合、光制御部材４と同一の構造物にあることが好ましい。光制御部材４と集光手段１６が分離されている場合に比べ空気との界面を２つなくすことができ出射光の効率を向上させることができる。この場合、反射部配置面９は部材内部に位置する。つまり、反射部配置面９は入射面と出射面の間に位置し、さらに入射面と出射面の両方に平行に位置することが望ましい。
【０１６８】
Ｙ軸方向の集光手段１６が光制御部材４にある場合は、先ず、光制御部材４を作製した後、その平坦面側に前記手法により反射部７を作成し、その後、光制御部材４の平坦面に集光手段１６である凸部を２Ｐ成形などにより形成することで得ることができる。
【０１６９】
さらには、Ｘ軸方向に配列した凸部の雌型、Ｙ軸方向に配列した凸部の雌型を用意し射出成形などにより同時に成形することも可能である。
【０１７０】
図３４には、集光手段１６である凸部および光制御部材４が同一の板状構造物の光が出射する面に形成された凸部である場合の例を示す。前記集光手段１６は、凸部の表面の法線方向がＸ方向と垂直であり、Ｙ方向と垂直ではない部分であり、光線のＹ方向の方向制御をする。光制御部材４の凸部６の表面の法線方向がＹ方向と垂直であり、Ｘ方向と垂直ではない部分であり、光線のＸ方向の方向制御をする。この様な構成の場合は、先ず、集光手段１６である凸部および光制御部材４の凸部６の両者を有する雌型を作製した後、板状部材の表面に２Ｐ成形などにより形成することで得ることができる。
【０１７１】
さらには、雌型を用意し射出成形などにより成形することも可能である。図３４に示す光制御部材４のＹ座標に垂直な断面の形状はＹ座標により異なる。正面方向のランプイメージの解消原理は、光制御部材４の凸部６における斜面の傾きの占める割合によるので、該断面形状の傾きの分布を平均した平均傾き分布が、望ましい傾き分布になっていれば良い。望ましい傾き分布とはすなわち光制御部材４の凸部６が集光手段１６である凸部と同一の面にない場合と同じであることを指し、例えば上記の請求項８や９で示される形状であることが望ましい。
【０１７２】
また、集光手段１６として反射板５の形状を用いる態様が挙げられる。図３５に反射板形状の一例を示す。この構成によれば、反射板５の主面の出光側表面略全面がＸ軸に平行であり、Ｙ軸に沿った、凹状および／または凸状のストライプ形状であることから、反射板５が受けた光のＹ軸方向の出光方向の出光角度分布を制御できる。
【０１７３】
凹状および／または凸状のストライプ形状の傾きが大きいほど浅い角度の光を正面方向に向けることができるが、一般に浅い角度の光は光線距離が長いため、あまり影響は大きくない。また傾きを大きくすると、反射光がさらに反射板５の別の位置にぶつかって反射回数が増えすぎる場合があり、結果として光のロスにつながる。またｙ方向の両方向から反射板全面が光を受けることで均一性を高めやすくなるが、傾きが大きすぎると一方向の光が入射しづらくなるため望ましくない。
【０１７４】
反射板５の材料としては、反射性を有するアルミ、銀、ステンレスなどの金属、白色塗装、また反射率を高めるため、微細発泡させた樹脂などが挙げられる。樹脂などの基板の表面に金属を蒸着させるなど、反射性部材を表層にのみ設けてもよい。これは軽量化や原料価格の上で有利となる場合がある。反射板５は反射率が高いものが光利用効率を高める上で望ましい。この観点からは、銀、発泡ＰＥＴ樹脂などが望ましい。また光を拡散反射するものが出射光の均一性を高める上で望ましい。この観点からは発泡ＰＥＴ樹脂などが望ましい。
【０１７５】
前記反射板５の主面の出光側表面の凹状および／または凸状のストライプ形状の例としては、略全面が１つまたは複数の凹状になっている形状、略全面が１つまたは複数の凸状になっている形状、１つまたは複数のプリズム状などが挙げられる。１つの形状であれば比較的製造が容易であり、複数の場合は装置を薄型にするのに有効である。規則的に配列する必要があり、同じ大きさ、形状であることが光の出光方向制御を容易にする、生産性を高めるなどの点で望ましい。
【０１７６】
凹状および／または凸状のストライプ形状の傾きが大きいほど浅い角度の光を正面方向に向けることができるが、一般に浅い角度の光は光線距離が長いため、あまり影響は大きくない。また傾きを大きくすると、反射光がさらに反射板の別の位置にぶつかって反射回数が増えすぎる場合があり、結果として光のロスにつながる。またｙ方向の両方向から反射板全面が光を受けることで均一性を高めやすくなるが、傾きが大きすぎると一方向の光が入射しづらくなるため望ましくない。
【０１７７】
凹状および／または凸状のストライプ形状がプリズム形状である場合、線状光源に対向しているプリズムの頂部のｙｚ断面の頂角は７０〜１３０度であることが望ましく、９０〜１２０度であることがさらに望ましく、１００〜１１０度であることがさらに望ましい。また隣接するストライプ形状の間に平坦部を設けることで、反射回数を調整することができ、光を膳方向から受けやすくなるので望ましい。
【０１７８】
凹部および／または凸部のサイズはｙ方向の幅が０．１ｍｍ〜５０ｍｍであることが望ましい。０．１ｍｍ以下だと正確な形状形成が困難となる。より望ましく０．５ｍｍ以上である。また５０ｍｍ以上だと装置が厚くなるため望ましくない。より望ましくは２０ｍｍ以下である。
【０１７９】
また反射板５の厚みは０．５mm〜５０mmであることが望ましい。０．５mm以下だと温度による変形が起こりやすく、光線方向の制御に好ましくない影響を与える。より望ましくは１mm以上である。また５０mm以上だと装置が厚くなるため望ましくない。より望ましくは２０mm以下である。
【０１８０】
凹部および／または凸部は表面を賦形した樹脂シートを重ね合わせるなどの手段で実現できる。反射板全体が表面の凹部および／または凸部に沿った形状であってもよく、これによって板の片面に凹凸を形成する場合よりも軽量化が可能で、金属板を変形させるといった簡便な方法で製作できる。また板の片面に凹凸を形成する方法で作製することは、熱可塑性樹脂の押し出し成形やプレス成形、紫外線硬化樹脂による凹凸賦形などで作成する際便利である。金属板を変形させるといった方法よりも、より微細な形状を容易に作製でき、装置の薄型化に有利である。
【０１８１】
光制御部材４は、光源１の出射側に位置しているが、このとき光制御部材４を保持する必要がある。一般的には、反射板５の出射面側に突起１７を設け、光制御部材４を支える手段をとる。このとき、光制御部材４の観察面側から突起１７の影が見えるという問題がある。本発明においては、突起１７の材料を光透過性とすることにより、この問題を解決した。
【０１８２】
図３７に、前記突起１７が光透過性材料からなる場合の構成の一例を示す。また、突起１７の水平断面が円形形状とし、光制御部材４と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であるため、高い光透過性を有する光制御部材４を採用した場合でも突起の陰影が見えにくく、輝度が高く明るい照明装置を提供することが可能となる。この場合従来と同様、突起１７により光制御部材４のたわみを保持できるため、光制御部材４の反りやたわみを抑えることが可能である。
【０１８３】
まず、突起１７によって光制御部材４に影が出る原因について説明する。前記光制御部材４の出射面側は表面に畝状の凸部６を複数形成しており、該凸部６は頂部にあたる畝状の稜線がＹ方向に平行に形成されており、かつ、Ｘ方向に沿って配列している光制御部材４では、不透明材料からなる突起１７により光源１からの光線が遮蔽されると、図３８に示すようにこの光線は光制御部材４に到達することができず、その結果、光制御部材４の出光面から見ると前記突起１７の影が見えることになる。特に、本発明における出射面側に畝状の凸部６を形成する光制御部材４を使用した場合は、不透明材料からなる突起１７の影が２重に見えるといった問題が発生する場合がある。
【０１８４】
一方、従来の光制御部材４の代わりに使用されていた光拡散性微粒子を多量に含む光拡散板では、光散乱作用が強いため、光拡散板の入射面に突起部による光遮蔽部があった場合でも、他の光入光部からの散乱光により、光拡散板出射面において突起１７の影を認識されることはほとんどなかった。突起１７の影を認識可能となる光散乱作用の度合いは、光拡散性微粒子の特性にも影響されるが、おおよそ光拡散性微粒子の濃度に依存し、１質量部未満の光拡散性微粒子を含む光拡散板である場合に突起１７の影が認識されることとなる。
【０１８５】
このため、本発明の照明装置に用いる突起１７は、光拡散性微粒子の含有量が１質量部未満である光制御部材４に対してもその影を投影しない形状または材質であることが必要である。具体的に好ましい突起１７の形状・材質などについて以下に説明する。
【０１８６】
突起１７の水平断面形状としては、円形であることが重要であるが、厳密な意味での円形である必要はなくほぼ円形である場合も含まれる。例えば、長軸の長さに対する短軸の長さの比が０．８以上の楕円や正１６角形以上の正多角形も本発明における円形とみなすことができるがそれらの形状に限られないことはいうまでもない。本発明の一態様である照明装置では、光源１から光制御部材４に入射した光は一部は光制御部材４で屈折しつつ出射面を透過し、一部は出射面で光制御部材４内部に反射する。このため、突起１７の水平断面が四角形等の所謂エッジを有する形状の場合、エッジの両側で光線の進む方向が急激に変化するため、光制御部材４の出射面で突起１７の影が発生し易くなる。一方、突起１７の水平断面が比較的扁平な楕円形状の場合、光源１からの突起を通過した光の広がり状態が楕円の長軸方向と短軸方向で大きく異なるため、この場合にも観察する方向により突起１７の影が発生し易くなる。つまり、突起１７の水平断面形状をほぼ円形とすることにより、あらゆる方向から観察した場合であっても、突起の影を認識しがたくなり好ましい。
【０１８７】
また、本発明の照明装置に用いる突起１７は光透過性材料で形成されていることが重要である。突起１７を形成する材料としては、透明材で形成するのが好ましく、いわゆる透明であれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでも好ましく用いられる。その具体例としては、（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、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、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、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。突起が、不透明な材料から形成されている場合には、光拡散板に影を投影してしまい、好ましくない。なお、影を発生させない光透過性材料の光透過率は６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。
【０１８８】
そして、本発明の照明装置に用いる突起１７の形状としては、断面がほぼ円形で、光制御部材を保持するべく、直径１〜１０ｍｍ程度、好ましくは直径１〜６ｍｍ程度のものが採用されるが、光制御部材４と接する突起先端部の直径は１ｍｍ以下であることが重要であり、０．１〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。前記光制御部材４の入射面側に凸凹部が形成される場合には、前記凸凹部のピッチの倍以上であることが光制御部材４を保持する上で好ましく、先端部の直径は０．１〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、０．１〜０．８ｍｍの範囲であることがより好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。光源１からの光は一般に拡散光であるため、影となる光線の光路を考えた時、拡散光の作用により突起の影は薄くなる。しかし、光制御部材４と突起１７が接している点では、光の拡散作用がほとんどないため、突起の影がそのまま見えることになる。従って、突起と光制御部材４の接する点は、通常小さければ小さいほど好ましいといえる。
【０１８９】
図３９（ａ）に、水平断面形状が円形の径３ｍｍ、先端径１ｍｍφの突起１７を、また、図３９（ｂ）に、水平断面の形状が円形で先端径３ｍｍφの突起を示す。（ａ）の形状は、観察面より突起の影が見えにくいが、（ｂ）の形状は突起１７の影が見えやすい。また、突起１７の先端部は平面である場合に限らず、前記光制御部材４の入射面側に形成される凹凸部と突起１７先端部の接触に支障のない範囲で緩やかな凹凸を有していてもよい。
【０１９０】
突起１７の配置形態としては、反射板上に配置した形態の他、光制御部材４上に影となって投影されないものであれば他の形状または構造であっても構わない。例えば、反射板５に埋め込む形にしてもよいし、また、光源１と光制御部材４とを一つの突起１７で双方を支える形にしても良い。また、光制御部材４の入射側に集光手段４が配置されている場合には、突起１７の先端は集光手段４と接していればよいことは当然である。
【０１９１】
背面にＸ方向とＹ方向に平行に配置した反射板５の反射率は９５％以上であることが望ましい。光源１から背面に向かう光や、光制御部材４で反射して背面に向かう光をさらに出射側に反射することで、光を有効に利用できるため光利用効率が高くなる。反射板５の材質としては、アルミ、銀、ステンレスなどの金属泊、白色塗装、発泡ＰＥＴ樹脂などが挙げられる。反射板５は反射率が高いものが光利用効率を高める上で望ましい。この観点からは、銀、発泡ＰＥＴ樹脂などが望ましい。また光を拡散反射するものが出射光の均一性を高める上で望ましい。この観点からは発泡ＰＥＴ樹脂などが望ましい。
【０１９２】
光制御部材４の基材の材料としては、少なくとも可視光に透明な物質であれば特に限定されるものではなく、ガラス、各種プラスチック材料が望ましく使用される。該プラスチック材料としては、ポリエステル系樹脂、メタアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂およびこれらの混合物等を用いることができるが、これらに限定されるものではなく、屈折率などの光学特性などを考慮して適宜選択する。凸状曲面が非常に微細である場合、紫外線硬化樹脂も好ましく用いられる。
【０１９３】
光源１としては冷陰極管などの線状光源３、ＬＥＤなどの点状光源２を用いることができる。光源１と光制御部材４との距離は、特に限定はないが、近いとランプイメージが強くなり遠いとランプイメージが弱くなる傾向がある一方、薄型化の要求もあるため５〜３０ｍｍが好ましく１０〜２０ｍｍがより好ましい。光源間隔は、短いとランプイメージが弱くなり、長いと強くなるが、５ｍｍ以下では、光源数の増加とそれに伴う消費電力の増加などの問題が生じる場合があり、２００ｍｍ以上では光源直上と光源間での明暗差が強くなりランプイメージの解消が困難になる場合がある。したがって光源間隔は５〜２００ｍｍが望好ましく、１０〜１００ｍｍがより好ましい。光源１の配置については、例えば画像表示装置などの用途では観測面内の輝度がほぼ均一であることが求められることから、同じ機能を持つ光源１を出射面と平行な配置面内に平均的に配置するのが簡便であり、例えば等間隔に配置することで実現できる。
【０１９４】
光制御部材４の作製方法は、金型による製造、フォトリソグラフィー法およびその応用による製造などが挙げられるが、生産性等の点から金型による製造が最も望ましく、量産性に優れた押し出し成形法が最も望ましい。さらに、光制御部材４上に反射部７を作製する方法は、反射部配置面９上の反射部配置位置に上記材料を印刷する方法がある。または、光制御部材４に溝を配し、残りの部分に反射部材を塗布または含浸することにより反射部７を設置し、溝部を開口部８として使用する方法もある。
【０１９５】
また、出射面の凸部６がレンズ形状で、レンズごとに前記線分ＣＣ’間の中点を略中心とする１つの開口部８を設けた光制御部材４を作製する場合、レンズの集光性を利用して反射部配置面９上の開口部８を望ましい前記線分ＣＣ’間の中点を略中心とする位置に合わせることができる。その方法について以下、説明する。
【０１９６】
金型を用いた溶融成形などの手段で、片方の主面に同じ形状のレンズが複数配列した片面レンズ透明板を作製した後、該レンズ側から板の法線方向から平行光を照射することで前記線分ＣＣ’間に相当する箇所を光が通過する。このことを利用して望ましい位置に開口部を形成できる。前記片面レンズ透明板の対向する平滑面に光硬化性樹脂を塗り、該レンズ面側の法線方向から平行光を照射することで、前記線分ＣＣ’間に相当する箇所を硬化させることができる。線分ＣＣ’間に相当する箇所の中心に近いほど光線強度は強いので、光照射時間などを調整すれば、線分ＣＣ’の中心付近に相当する箇所を望ましい幅ｆで硬化させることができる。また充分な光照射時間をかければ、線分ＣＣ’間にほぼ一致する位置を硬化することができる。このようにして一部が硬化した光硬化性樹脂塗布面に、反射部７を光硬化性樹脂の接着性を利用して形成することで所望の幅ｆの開口部８を持つ反射部配置面９を形成することができる。ここで形成する反射部７は薄くて一様な厚みであることが望ましい。これは例えば銀箔のような反射部材となる箔を前記光硬化樹脂塗布面に被せて接着し、光硬化樹脂が硬化している部分の箔を剥がすといった簡便な手段で実現できる。
【０１９７】
また該片面レンズ透明版の平滑面に一様な厚みで反射層を形成した後、レンズ面側の法線方向からレーザー等の平行光を照射し、前記遮光性および反射層の光が照射された部分を溶融、昇華、燃焼、削摩もしくは、爆融により除去して、残った反射層を反射部７とする方法も同様に用いることができる。この場合も前記光硬化性樹脂を用いる方法と同様に光照射時間などを調整することで線分ＣＣ’の中心付近に相当する箇所に望ましい幅ｆの開口部８を構成することができる。
【０１９８】
また開口部８の幅と線分ＣＣ’の長さの関係を簡便に制御する手段として、２種類の片面レンズ透明板を用いる方法がある。前記２種類の片面レンズ透明板は、レンズ形状の焦点距離とこれに関連するレンズの厚みのみが異なり、板の形状やサイズ、レンズピッチなどはすべて等しく、２枚の片面レンズ透明板の主面を正確に重ねると、透明板の各レンズの軸は、対応するもう一枚の透明板上のレンズの軸と一致する。１枚を製造用レンズ板、もう１枚を部材用レンズ板とする。別途用意した少なくとも主面の形状、サイズが前記片面レンズ透明板と等しい両方の主面が平滑な平滑透明板に、前記製造用レンズ板の平滑な主面を、正確に重ねた後、先に述べた方法と同様に、レンズ側からの平行光の照射を利用して、平滑な透明板の片面に反射部７と開口部８を形成する。ここで先述の方法と異なるのは反射部７と開口部８を形成するのが、片面レンズ透明板の平滑面ではなく、これと重ね合わせた平滑な透明板の片面であることである。次に製造用レンズ板をレンズの焦点距離が異なる部材用レンズ板に載せ替えて、貼り合わせることで、容易に開口部の幅と線分ＣＣ’の長さの関係を変更することができる。製造用レンズ板は繰り返し使用することができる。
【０１９９】
製造用レンズ板上のレンズの焦点距離が、部材用レンズ板上のレンズの焦点距離よりも短ければ線分ＣＣ’間にのみ開口部を作製することに適しており、逆に部材用レンズ板のレンズの焦点距離よりも長ければ線分ＣＣ’間以外の部分を含む開口部８を設けることができる。正面方向への出光強度割合を高めるためには前者の方が望ましい。
【０２００】
この２種類の片面レンズ透明板を用いる方法では、前記の片面レンズ透明板１枚から光制御部材４を作製する方法で線分ＣＣ’間に望ましい幅の開口部８を設ける際に必要な、光照射時間などを調整する必要が実質なく簡便に再現性よく開口部８の幅を制御できる。更に線分ＣＣ’間以外に開口部８を設けることもできることから、正面方向への出光強度割合を調整することもできる。しかしながら、板同士の位置合わせが必要なこと、２種類の片面レンズ透明板が必要なこと、更に通常正面方向への出光強度を高める要求から線分ＣＣ’間のみに開口部８を設けることから、片面レンズ透明板１枚から光制御部材４を作製する方法の方が優れている面もあり、適宜選択して用いる。
【０２０１】
本発明の照明装置の別の構成例を図４０に示す。片側に凸状曲面を持つフィルムの対向する平坦部に反射部７を施し、均一な厚みを持つ透明な支持板１１を反射部側に設置することで光制御部材とすることができる。これは、凸状曲面の形成が容易なフィルムを使うことで生産が容易であり、支持板は該フィルムのたわみを防ぐ役割を果たす。
【０２０２】
本発明の光制御部材４を用いた照明装置の構成例を図４１に示す。１つの点状光源２上の観察面側に、本発明の光制御部材４を配し、点状光源２の周囲を反射板５で囲った構成である。凸状曲面と開口部８の形状は、図に示すように観察面側から見ると、同心円状の形状である。また、図に示すように、断面は凸状曲面が配列した形状で、反射部配置面には凸状曲面に対向する開口部８を有す。
【０２０３】
さらに、別の構成例を図４２に示す。光源１の両面に、本発明の光制御部材４を配した、両面式の照明装置である。
【０２０４】
また、本発明の表示装置上に透過型表示素子を設けることで画像表示装置を得ることができる。透過型表示素子の代表例として液晶パネルが挙げられる。画像表示装置とは照明装置と表示装置を組み合わせた表示モジュール、さらにはこの表示モジュールを用いたテレビ、パソコンモニターなどの少なくとも画像表示機能を有する機器のことをいう。
【実施例】
【０２０５】
本発明の実施例の形態を以下に示す。
本実施例の照明装置の構成は図２の略図で示される。
まず、Ｘ方向の長さ４５８ｍｍ、Ｙ方向の長さ７３０ｍｍ、Ｘ方向とＹ方向に垂直な厚さ方向の長さ３５ｍｍで、出射側にＸ方向の長さ６９８ｍｍ、Ｙ方向の長さ４１６ｍｍの矩形の開口部を持つ直方体状の白色のＡＢＳ樹脂製のハウジングを用意する。
次に前記ハウジングの出射側の開口部に対向する位置にある底部を覆うように、発泡ペット樹脂からなる反射率９５％の反射板５を配置する。
【０２０６】
実施例および比較例では、溝状の平行な凹部を設けた金型を用いて、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体を射出成形して得られる、片面に凸部を有する主面サイズが６９５ｍｍ×４１２ｍｍで厚さ２ｍｍの樹脂板の凸部の表面に接着剤を薄く塗布し、厚さ０．５ｍｍの発泡ペット樹脂を乗せて、加圧して貼り合わせることで、反射板５とする。凸部の形状は、幅１mm、頂角４０度のプリズム状である。該反射板は凸部の長手方向がＸ軸に平行になるようにハウジングの底部に配置する。これによって該反射板５は集光手段１６として機能する。この構成は図３５の略図で示される。
【０２０７】
次に前記反射板５の出射側に２ｍｍの間隔をおいて、該反射板５と平行に線状光源３を配置する。線状光源３としては直径３ｍｍ、長さ７００ｍｍの複数の冷陰極管１６本を２２ｍｍずつの間隔をおいてＸ方向に沿ってＹ方向に平行に配置する。
次に光制御部材４を前記線状光源３の出射側に１４ｍｍの間隔をおいて、該反射板５と主面が平行になるよう配置する。該光制御部材４のサイズはＹ方向の長さ７０７ｍｍ、Ｘ方向の長さ４３６ｍｍで、Ｘ方向とＹ方向に垂直な厚さ方向の凸部６の高さを含まない厚み、すなわち該光制御部材４の入射面から出射面に形成した凸部６の底部までの厚みＴは２ｍｍである。
線状光源３の中心から光制御部材４までのＨは１５．５ｍｍ、隣接する線状光源３の中心同士の距離Ｄは２５．０ｍｍである。
【０２０８】
光制御部材４は出射面側にストライプ状の凸状曲面からなる凸部６を複数有し、入射面側に前記ストライプ状の凸部６と平行なストライプ状の反射部７を複数有している。該光制御部材４は以下の製法Ａまたは製法Ｂで作成する。
【０２０９】
＜製法Ａ＞
厚さｕの透明な屈折率１．６のＰＥＴフィルム(商品名  ０３００Ｅ（ダイヤホイルヘキスト(株)）の片面に屈折率１．５５の紫外線硬化樹脂組成物（Ｂ−５Ｈ（日本化薬製））を塗布し、ピッチａで配列した略楕円弧状の溝が形成してある金型ロールの型面に塗布面を押し付け、その状態でＰＥＴフィルム側から紫外線を照射して硬化を行わせ、凸状曲面層をＰＥＴフィルムの片側に有する凸状曲面シートを得る。
【０２１０】
該凸状曲面シートの凸状曲面がない方の面に、光硬化性の粘着材を均一に塗布し、平行光を凸状曲面側よりフィルム面に垂直に照射する。平行光の照射時間を制御することで、開口部８の広さを制御することができる。その後、粘着面に銀箔シートを貼り合わせた後、シートをはがすと、反射部７と開口部８ができる。前記光硬化した部分が開口部８になり、光硬化しなかった部分が反射部７になる。こうして、片面が凸状曲面でもう一方の面にストライプ状の反射部をもつ光制御部材４ができあがる。反射部７の全光線反射率は９５％である。なお、この方法はＣＣ’間のみに開口部８が存在する場合に適している。
【０２１１】
＜製法Ｂ＞
形状の異なる２種類のロール金型を用いて押し出し成形を行い、両面に賦形された板状成形物を成形する。該ロール金型は断面がピッチａの略楕円弧形状配列の溝がロールの長手方向と垂直に複数配列する形状をもつものと、断面が略長方形状の溝が一定間隔でロールの長手方向と垂直に複数配列する形状をもつものであり、それぞれ切削加工により作製する。該板状成形物の材料（基材樹脂）としてはメタアクリル−スチレン共重合体を用いる。押し出し成形に際しては該板状成形物の両表面形状の位置関係を合わせるためロール金型の位置合わせを行い、ロール間隔は所望の板厚ｕに調整する。該板状成形物の両表面の形状と位置関係は、断面が楕円弧形状の平行な畝が複数配列する凸状曲面配列側と、断面が長方形状の凸部と凹部が平行なストライプ状に複数配列した平坦ストライプ配列側が表裏をなしており、板面を挟んで前記凸状曲面と前記凹部が１対１で対応して板状成形物の厚み方向と平行な位置関係で対向している。
【０２１２】
さらに、該平坦ストライプ配列側の凸部に酸化チタン系白色顔料（石原産業株式会社製、タイペーク）をスクリーン印刷法で塗布し、乾燥することで、全光線反射率９５％のストライプ状の反射部７を形成し、光制御部材４ができ上がる。図４３として、製法Ｂによる実施例および比較例の光制御部材４の形状を示す。
【０２１３】
光制御部材４の出射面側の凸部６の凸状曲面は該凸部６の長手方向と垂直な断面形状は、実施例６を除いてすべて、楕円である。
このうち実施例１、７、８、１０〜１３、比較例１〜３は同一の断面形状である。
また、実施例２〜５は同一の断面形状である。
【０２１４】
実施例６については、金型の溝部の形状は、Ｎ＝５０、ｆ（Ｘ）＝ｃｏｓ２α、Ｘmin=−Ｄ、Ｘmax＝Ｄとで定められる傾きΦとＸ方向の幅ｐiとを持ち、各領域−Ｎ〜Ｎが昇順に並ぶような形状であり、全領域を、最小二乗法で曲線に近似している。近似に用いる点としては、凸部の両端部２点及び各領域の全ての接点（２Ｎ）点を用いる。
【０２１５】
実施例８については、前記光制御部材４の製法Bの押し出し成形時に基材樹脂に光線方向変換材であるメタクリル酸メチル系重合体粒子（ＭＢＸＲ−８Ｎ：積水化成品工業（株）社製、数平均粒子径８μｍ、ＣＶ値２５％）０．２５質量％を混練してから押し出し成形する。法線方向より入射した光の４３%が方向を変換する。また、開口部８より入射した光の８９%が出射面に形成された凸部に到達する。
【０２１６】
実施例９については、前記光制御部材４の製法Bの基材樹脂として屈折率１．５８のメタアクリル−スチレン共重合体を用いる。他の製法Bで作成する実施例の基材樹脂は屈折率１．５５のメタアクリル−スチレン共重合体を用いる。
【０２１７】
本実施例および比較例においては、凸状曲面、開口部８および反射部７はすべてストライプ状で、すべて略平行である。さらに凸状曲面の断面形状は対称形であり、開口部８は断面内の線分ＣＣ’の中点Ｆを挟んで略対称形である。
【０２１８】
上記ＡまたはＢの製法で作製できる光制御部材７を７０７ｍｍ×４３６ｍｍの寸法に切断し用いる。反射板５の２ｍｍ上に冷陰極管１６本を２５ｍｍ間隔で平行に配列し、さらにその１４ｍｍ上に該光制御部材４を凸状曲面を上に向けて配置してなる光源直下方式の照明装置を評価する。すべての実施例および比較例において、光制御部材４の反射部７の反射率は９０％である。
【０２１９】
また、実施例１０の照明装置は、集光手段１６として、以下の方法にて作製したフィルムを備える。切削加工によって幅約０．１ｍｍの溝状の凹部を平行に連続して作製した金型を用いて形成する。屈折率１．５５の紫外線硬化樹脂を前記金型の切削面に塗布し、その上にメタクリル酸メチル−スチレン共重合体である屈折率１．５４９の縦４３６ｍｍ、横７０７ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの透明樹脂フィルムを重ね、該透明樹脂フィルムの上から紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化させる。このフィルムを、実施例１の光制御部材４の上に、畝状凸部がＸ軸と平行になるように配置する。
【０２２０】
比較例３は反射部７として、銀色塗料をスクリーン印刷して、全光線反射率６０％の反射部７を配置した。
以下に、実施例および比較例の構成と、その評価結果を示す。
【０２２１】
【表１】
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【０２２２】
表中の評価は次の基準で示している。
輝度ムラについては、１）出射面上各点の出射光の正面方向の均一性、２）出射エネルギーの均一性、３）微細ムラの有無から下記に従って判断している。
１）：正面輝度の均一性は正面輝度の最小値と最大値との比率で判断する。この比が９５％以上の均一性が非常に高いものを３点、また９０％〜９５％の高いものを２点、それ以外を０点とする。
２）：出射エネルギーの均一性は隣接する光源の中間点に対応する位置の出射面上の照度と、光源に対応する位置の出射面上の照度との比で判断する。該照度比が９９％以上１０１％以下のものを２点、９８以上９９％未満または１０１％以上１０２％未満のものを１点、それ以外を０点とする。
３）：微細ムラとは輝度の差が比較的少なく光源の配列とは相関しない細かいムラの有無を観察して判断する。微細ムラの無いものを１点、有るものを０点とする。
【０２２３】
輝度ムラの評価は、これら３種の合計点が５点以上となるものを○、３点または４点のものを△、それ以外を×とする。通常、品位についての要求が特に高い用途、例えばテレビやモニターなどの画像表示用途においては輝度ムラが○のものがより好ましい。照明看板などの用途では△のものも好適に用いることができる。
【０２２４】
角度ムラについては、観察角度の違いによって生じる輝度変化が正面を中心として漸減するのでなく、図９（ｂ）に示すように中心から離れた角度で高い輝度を示す分布のものは×とし、それ以外を○とする。角度ムラは光の利用効率の観点から○であることが好ましいが、×であってもＰＣモニターや交通標識などほぼ正面方向からのみ観察する用途には用いることができるが、これらの用途では当然ながら正面輝度が高いことが特に要求される。
【０２２５】
光利用効率は反射部および反射板の反射率、開口率から算定する。比較例１の構成は輝度ムラが激しく、照明装置として好ましくない。一方、比較例２の構成は輝度ムラがやや高く角度ムラもあり、かつ正面輝度も比較的低いため用途が非常に限定され、好ましくない。さらに、比較例１および３は光利用効率が低いため、好ましくない。
【図面の簡単な説明】
【０２２６】
【図１】光源直下方式の照明装置の一実施態様の概略図である。
【図２】本発明の照明装置の一実施態様の概略図である。
【図３】本発明における光制御部材の作用を示す図である。
【図４】光源上と光源間での光源からの光のエネルギーの比較を示す概略図である。
【図５】光制御部材の反射部により反射した光が均一化して出射した光のエネルギー分布を示す概略図である。
【図６】光制御部材透過後の反射せずに直接出射した光のエネルギー分布を示す概略図である。
【図７】直接出射光と反射により拡散した光を足し合わせた全出射光のエネルギー分布を示す概略図である。
【図８】本発明の光制御部材の一態様を示す断面図において、点Ｂ、点Ｂ’を説明する概略図である。
【図９】（ａ）は全開口率４０％で線分ＢＢ’間のみに開口部８が存在する場合の輝度角度分布であり、（ｂ）は全開口率４０％で線分ＢＢ’間以外の領域の３３％が開口部８である場合の輝度角度分布である。
【図１０】本発明の光制御部材の一態様を示す断面図において、点Ｃ、点Ｃ’を説明する概略図である。
【図１１】点Ｏが反射部配置面の出射側にある場合の一態様を示す断面図である。
【図１２】線分ＣＣ’の中央部付近を説明する図である。
【図１３】（ａ）はｔ／Ｔが大きい場合の光線の進む様子であり、（ｂ）はｔ／Ｔが小さい場合(ｔ／Ｔ＝０)の場合の光線の進む様子であり、（ｃ）はｔ／Ｔが条件を満たしている場合の光線の進む様子である。
【図１４】ｔ／Ｔが大きい場合（ｔ／Ｔ＝０．８５）と適当な場合（ｔ／Ｔ＝０．２５）の輝度角度分布の比較である。
【図１５】１本の線状光源からの光による正面方向への出光強度のＸ方向の分布の例を示す図である。
【図１６】それぞれ、図１５で示した照明装置のｆ（Ｘ）とそれに対応するｇ（Ｘ）を示す図である。
【図１７】線状光源からの光の入射角度αｉと、凸部の領域ｉの斜面の傾きの角度Φiと領域ｉのＸ方向の幅ａiとの関係を示す図である。
【図１８】光制御部材への入射角度と入射強度の関係を説明する図である。
【図１９】本発明の照明装置で光を正面に向ける原理を示す図である。
【図２０】座標Ｘiの点における光源の直径を見込む角度Δαiを示す図である。
【図２１】本発明に係る複数の光源間に位置する光制御部材に入射する光線の入射角度を説明する概略構成図である。
【図２２】本発明に用いることのできる光制御部材の断面形状の一例を示す説明図である。
【図２３】凸部の全領域の形状を曲線で近似した場合の光制御部材のＸ方向の断面形状の例を示す図である。
【図２４】本発明に用いることのできる光制御部材の出射面における凸部の断面形状を説明する概略構成図である。
【図２５】本発明に係る光制御部材に対し斜め方向に光が入射した場合の光線の進行状態を説明する概略構成図である。
【図２６】本発明に係る光制御部材に対し垂直方向に光が入射した場合の光線の進行状態を説明する概略構成図である。
【図２７】（ａ）は一般的な屈折率材料で作製した光制御部材に光が入射し、正面方向に出射する様子を示すずであり、。（ｂ）は高屈折率材料で作製した光制御部材に、（ａ）と同じ角度から光が入射し、正面方向に出射する様子を示す図である。
【図２８】集光手段を出射面側に配置した構造物を、光制御部材の出射面側に配置した場合の構成図である。
【図２９】図２８において、集光手段が出射側表面がランダムな凹凸を有する構造物である場合の構成図である。
【図３０】集光手段を出射面側に配置した板状構造物を、光制御部材の入射面側に配置した場合の構成図である。
【図３１】集光手段を入射面側に配置した板状構造物を、光制御部材の入射面側に配置した場合の構成図である。
【図３２】集光手段を入射面側に配置した構造物を、光制御部材の出射面側に配置した場合の構成図である。
【図３３】集光手段と光制御部材の凸部とを同じ板状構造物の入射面と出射面にそれぞれ形成した場合の構成図である。
【図３４】集光手段と光制御部材の凸部とを同じ板状構造物の出射面に形成した場合の構成図である。
【図３５】反射板に凹凸を設ける態様による本発明の構成例を示す図である。
【図３６】集光手段が出射面側または入射面側にある場合の、集光手段の作用をそれぞれ説明する図である。
【図３７】反射板に突起を備えた本発明の照明装置の好適な例の概略図である。
【図３８】線状光源と光制御部材との間に突起を設けた場合の光線の進行方向を説明する模式図である。
【図３９】実施例及び比較例に係る突起の形状を示す図である。
【図４０】本発明の照明装置の別の実施態様を示す概略図である。
【図４１】本発明の光制御部材を用いた照明装置の構成例である。
【図４２】本発明の光制御部材を用いた照明装置の別の構成例である。
【図４３】実施例１の光制御部材の形状を示す概略図である。
【図４４】本発明に係る光制御部材の全光線透過率の角度依存性を測定する装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０２２７】
１  光源、２  点状光源、３  線状光源、４  光制御部材、５  反射板
６  凸部、７  反射部、８  開口部、９  反射部配置面、１０  入射面、１１  支持板
１２  入射光、１３  出射光、１４  反射光
１５  曲面部、１６  集光手段、１７  突起
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３９】
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【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図３５】
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【図３７】
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【図３８】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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