(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光に対して、光線方向の制御機能を有する光学構造が付加された光学シートとを有する照明装置において、前記光学シートは、少なくとも前記光源からの光が通過する開口部と、前記光源からの光が遮断する領域をもっている第１の光学シートと、前記開口部を通過してきた光が透過し、その透過してきた光の光線方向をそろえるレンズ効果を有する第２の光学シートから構成され、第１の光学シートが、第２の光学シートにより生じる焦点あるいは焦点の集合領域を常に含んでいるように配置された光学シートにおいて、第１の光学シートの開口部が第２の光学シート側のある一方向から平行光を入射させたときの焦点位置とほぼ一致している状態と同じく第２の光学シート側の前記方向と異なる方向から平行光を入射させたときの焦点位置にほぼ一致している状態とを、それぞれ作り出せるように、第１の光学シートと第２の光学シートを相対的に水平移動させる手段を有することを特徴とする照明装置
【請求項２】
光源と、前記光源からの光に対して、光線方向の制御機能を有する光学構造が付加された光学シートとを有する表示装置において、前記光学シートは、少なくとも前記光源からの光が通過する開口部と、前記光源からの光が遮断する領域をもっている第１の光学シートと、前記開口部を通過してきた光が透過し、その透過してきた光の光線方向をそろえるレンズ効果を有する第２の光学シートから構成され、第１の光学シートが、第２の光学シートにより生じる焦点あるいは焦点の集合領域を常に含んでいるように配置された光学シートにおいて、第１の光学シートの開口部が第２の光学シート側のある一方向から平行光を入射させたときの焦点位置とほぼ一致している状態と同じく第２の光学シート側の前記方向と異なる方向から平行光を入射させたときの焦点位置にほぼ一致している状態とを、それぞれ作り出せるように、第１の光学シートと第２の光学シートを相対的に水平移動させる手段を有することを特徴とする表示装置
【請求項３】
請求項１乃至２に記載の前記第２の光学シートにおいてレンズ効果を示す構造部間に前記レンズ効果が小さい平坦面を有する領域が存在することを特徴とする照明装置及び表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の表示装置と照明装置において、前記光源の周囲を覆っており、前記光源側の面が前記光源からの光を反射するようになっているハウジングを有することを特徴とする表示・照明装置
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の第１、第２光学シートの移動手段として圧電素子を利用したことを特徴とする照明装置及び表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至４に記載の第１、第２光学シートの移動手段として電磁石を利用したことを特徴とする照明装置及び表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至４に記載の第１、第２光学シートの移動手段としてバネを利用したことを特徴とする照明装置及び表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主に照明装置に関し、特に、本発明は、光学構造物と作動装置を用いて出射光線の照射角を可変させる照明装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明分野やディスプレイ分野や光通信分野など多くの場面で、出射光線の輝度制御や指向性制御という要求が存在する。例えば、液晶ディスプレイに用いられるバックライトの輝度を調節することで液晶ディスプレイの表示の明るさを制御するという要求や、バックライトの光指向性を制御することで、視野角を制御し、ある時は、広い範囲で液晶ディスプレイの表示を見ることを可能にし、狭い範囲しか液晶ディスプレイの表示を見られなくし、のぞき見防止を可能にするというような要求がある。
【０００３】
また、照明・表示装置の輝度特性や、視野角を制御するという要求の他に、自動車の前照灯のロービーム・ハイビームの使い分けや、ある一定の視野角で、表示方向だけを変化させることが可能な液晶ディスプレイ等、光線の照射角を状況に応じて使い分けるという、出射光線の照射角の制御という要求がある。
【０００４】
このような要求は、バックライト等光源の照射角、その光源を囲むハウジングの出射口上に、入射光を所定の方向に揃える機能を有する光線を制御する光学シートを１枚、あるいは複数枚重ねることにより、光線の輝度特性や視野角を制御することができる光学シートにより行われている。この光学シートを用いることにより、照明・表示装置の薄型化に寄与できる。
【０００５】
近年、通常用いられている光学シートには、輝度向上効果、視野角向上効果は盛り込まれているが、本発明にある出射光線の照射角を制御する機能はついていない。（特許文献１）
【特許文献１】特公平７−７１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記出射光線の照射角を制御するためには、光源を直接動かすなど、照明の照射角を直接的に変化させる方法がある。しかし、特に液晶ディスプレイなど、薄型・軽量が望まれる表示・照明装置には、バックライトなどの光源を直接動かすことなく、他の手段で照明・表示装置の照明角を制御できることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、出射光線の照射角を制御する光学シートとして、次のような光学シートを用いて、配置することにより照射角を制御できる照明・表示装置を作製した。
【０００８】
光源と、前記光源からの光に対して、光線方向の制御機能を有する光学構造が付加された光学シートとを有する照明・表示装置において、前記光学シートは、少なくとも前記光源からの光が通過する開口部と、前記光源からの光が遮断する領域をもっている第１の光学シートと、前記開口部を通過してきた光が透過し、その透過してきた光の光線方向をそろえるレンズ効果を有する第２の光学シートから構成され、第１の光学シートが、第２の光学シートにより生じる焦点あるいは焦点の集合領域を常に含んでいるように配置された光学シートにおいて、第１の光学シートの開口部が第２の光学シート側のある一方向から平行光を入射させたときの焦点位置とほぼ一致している状態と同じく第２の光学シート側の前記方向と異なる方向から平行光を入射させたときの焦点位置にほぼ一致している状態とを、それぞれ作り出せるように、第１の光学シートと第２の光学シートを相対的に水平移動させる手段を有している。
【０００９】
焦点（２０）とは、光学系において光軸に平行な入射線が像を結ぶ点であり、半球のレンズがたくさん集まった形状のマイクロレンズアレイ（図５）であれば、それぞれの半球のレンズにおいて光軸に平行な入射線が像を結ぶそれぞれの点が焦点（２０）となる。
焦点の集合領域（２１）とは、例えば、レンズがかまぼこ状に連続的にのびている形状であるレンチキュラーレンズ（図３）において、焦点が連続的に集合している領域のことをしめす。
【００１０】
図１に本発明の照明装置の代表的な構成例を示す。光源（１）を覆うハウジング（２）の内面を高反射率部材で構成する。該ハウジング（２）の光出射口（３）部分に第１の光学シート（４）及び第２の光学シート（５）を設ける。第１の光学シート（４）は光線入射側に、光を通過させず、反射効果を示す部分（６）を設け、その一部に光を透過する開口部（７）を設けてある。光源から照射された光はこの開口部を通して第２の光学シート（５）に入射する。第２の光学シート（５）はレンズ効果を示す部分（８）を有しており、その焦点がシート裏面近辺に来るように設計されている。また、これら、第２の光学シート（５）、第１の光学シート（４）は作動装置（９）によって第１の光学シートの開口部が第２の光学シート側のある一方向から平行光を入射させたときの焦点位置と同じく第２の光学シート側の前記方向と異なる方向から平行光を入射させたときの焦点位置との２点間を移動できるようになっている。移動方向はシート面に対してほぼ水平方向である必要がある。
【００１１】
第１の光学シート（４）の開口部（７）が例えば光学シート面に対して垂直方向から平行光を照射したときの第２の光学シート（５）のレンズ構造部（８）の焦点位置にあるときは図２（ａ）に示すように、第２の光学シート（５）の開口部（７）から入射した光の殆どがその直上のレンズ構造部（８）に入射し、シートに対して垂直な方向に光軸が揃えられる。開口部（７）以外の部分に照射された光はその高い反射率を有するハウジング（２）の反射部材あるいは光学シートの反射部分によって反射され、何回か反射を繰り返した後に開口部（６）に到達する。この結果、強い指向性を持った光線が射出される照明装置となる。
【００１２】
第１の光学シート（４）の開口部（７）が光学シート面に対して垂直方向から角度θ傾いた方向から平行光を照射したときの第２の光学シート（５）のレンズ構造部（８）の焦点位置近傍、前記垂直な方向から照射した場合の焦点位置から水平方向に距離S離れた位置に移動したときは、図２（ｂ）に示すように、照度をそれほど変えずに照射方向を角度θ方向に変えることができる。
【００１３】
厳密に言うと第１の光学シートの開口部（４）を光学シート面に対して垂直方向から平行光を照射したときの第２の光学シート（５）のレンズ構造部（８）の焦点位置に設けた場合、角度θ方向から平行光を照射したときの焦点位置は前記垂直照射の場合の焦点位置と同じ平面（光学シートと水平な平面）内には存在せず、第２の光学シートのレンズ構造部（８）側に僅かにずれた位置に存在する。従って厳密に焦点位置を合わせたい場合は水平移動だけでなく、垂直方向の移動も必要となる。しかし、水平、垂直、両方向に移動を行うと作動装置（９）が複雑になってしまい、装置が大がかりでコストのかかるものになってしまう。実用上は焦点距離の１０％以下程度のずれであればそれほど大きな影響はなく、水平方向の移動のみで代用することが望ましい。
【００１４】
なお、ディスプレイ用途などのように照射角特性を変えても中心輝度が変わらないようにしたい場合は照明装置の供給電力を調整して一定に保つ機構を設ける必要がある。
前記作動装置としては２枚の光学シートの位置関係を制御できるものならどのようなものでもよく、圧電素子、電磁石、モーター、バネなどが用いられる。
【００１５】
なお、本構成例では光出射口部分に本発明の光学シート２枚のみが用いられているが、たとえば前記光学シートの光入射側に市販の拡散板、光出射側に散乱シートを設けるなどのように、他の光学シートを複数枚用いてもなんら問題ない。また、本文中の表面とは、光学的な表面を意味しており、反射部材の表面に透明な保護膜などが設けられていても何ら問題ない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、第１の光学シートの開口部が第２の光学シート側のある一方向から平行光を入射させたときの焦点位置とほぼ一致している状態と同じく第２の光学シート側の前記方向と異なる方向から平行光を入射させたときの焦点位置にほぼ一致している状態とを、それぞれ作り出せるように、第１の光学シートと第２の光学シートを相対的に水平移動させることによって、照射角ピークが変化する。この変化を利用して、照射角特性を制御できる照明装置、および表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる照明装置および表示装置について図に基づいて説明するが、本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１８】
（実施例１）
まず、第２の光学シート（５）としてホットエンボス法によって図３（ａ）に示す構造のレンチキュラーレンズシートを作製した。成型材料としては屈折率1.5のアクリルを用いて、レンチキュラーレンズの曲率半径を0.8ｍｍ、レンズピッチを1ｍｍ、レンズ頂点位置からシート裏面までの厚さを2.28ｍｍとした。
【００１９】
前記シートとは別に第１の光学シート（４）として厚さ100μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に光を通過させないために、銀をスパッタリング成膜し、フォトリソグラフィー法によって開口部を設けた。開口部の形状はスリット状として、開口幅を0.4ｍｍとした。
【００２０】
この２枚の光学シートを、図８に示すように、光源の上方に設置した。第１の光学シート（４）の開口部は焦点位置と、焦点位置から水平方向に0.3ｍmずらした位置に作動装置（９）を用いて可変できるようにした。
【００２１】
作動装置は図４（ａ）に示すように電磁石（１４）と永久磁石（１１）を組み合わせた構成とした。電磁石（１４）で鉄芯（１２）（１３）に磁力を流して第１の光学シート（４）を第２の光学シート（５）であるレンズシートの焦点位置から水平移動させる。一度片側に張り付けば、永久磁石によってその位置が保持されるので、電磁石の電力は切っても良い。この照明装置の輝度特性を距離Ｓを変えて測定した。測定結果を図１０に示す。
【００２２】
（実施例２）
第２の光学シート（５）としてホットエンボス法によって図３（ｂ）に示す構造のレンチキュラーレンズシートを作製した。成型材料としては屈折率1.5のアクリルを用いて、レンチキュラーレンズの曲率半径を80μｍ、レンズピッチを200μｍ、レンズ間の平坦部分幅を49.6μｍ、レンズ頂点位置からシート裏面までの厚さを210μｍとした。
【００２３】
前記シートとは別に第１の光学シート（４）として厚さ50μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に銀をスパッタリング成膜し、フォトリソグラフィー法によって開口部を設けた。開口部の形状はスリット状として、開口幅を40μｍとした。
【００２４】
この２枚の光学シートを図１に示すようにハウジングの開口部に設置した。ハウジング内面についても銀をスパッタリング成膜し、更に銀スパッタ層の上に拡散反射をするように酸化チタン粒子をバインダーに分散して塗布した。積分球で測定した反射率は96％となった。開口部は焦点位置とそこから水平方向に76μｍずらした位置に作動装置（９）を用いて可変できるようした。
【００２５】
作動装置は図４（ｂ）に示すように圧電（ピエゾ）素子（１６）を用いて第１の光学シート（４）を左右に動かした。この照明装置の輝度特性を距離Ｓを変えて測定した。測定結果を図１１に示す。
【００２６】
（実施例３）
まず、第２の光学シート（５）としてホットエンボス法によって図５に示す構造のマイクロレンズアレイシートを作製した。成型材料としては屈折率1.5のアクリルを用いて、マイクロレンズの曲率半径を20μｍ、レンズ頂点位置からシート裏面までの厚さを55μｍとした。レンズの配置は六方最密配置として、レンズ頂点間の最短距離（レンズピッチ）を35μｍとした。
【００２７】
前記シートとは別に第１の光学シート（４）としてシートの片面に銀をスパッタリング成膜し、フォトリソグラフィー法によって図６に示す開口部を設けた。開口部の形状は円状として、開口径を10μｍとした。
【００２８】
この２枚の光学シートを図１に示すようにハウジングの開口部に設置した。ハウジング内面についても銀をスパッタリング成膜し、更に銀スパッタ層の上に拡散反射をするように酸化チタン粒子をバインダーに分散して塗布した。積分球で測定した反射率は96％となった。開口部は焦点位置とそこから水平方向に18μmずらした位置に作動装置（９）を用いて可変できるようした。
【００２９】
作動装置は図７に示すように手動で作動させる構成とした。ボタン（１８）を押し回すと焦点位置から離れ、ボタン（１８）を回すと板バネ（１７）によって焦点位置に戻る。この照明装置の輝度特性を距離Ｓを変えて測定した。測定結果を図１２に示す。
【００３０】
（実施例４）
まず、第２の光学シート（５）としてホットエンボス法によって図３（ｂ）に示す構造のレンチキュラーレンズシートを作製した。成型材料としては屈折率1.5のアクリルを用いて、レンチキュラーレンズの曲率半径を80μｍ、レンズピッチを200μｍ、レンズ間の平坦部分幅を49.6μｍ、レンズ頂点位置からシート裏面までの厚さを210μｍとした。
【００３１】
前記シートとは別に第１の光学シート（４）として厚さ50μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムの片面に銀をスパッタリング成膜し、フォトリソグラフィー法によって開口部を設けた。開口部の形状はスリット状として、開口幅を40μｍとした。
【００３２】
この２枚の光学シートを図１に示すようにハウジングの開口部に設置した。ハウジング内面についても銀をスパッタリング成膜し、更に銀スパッタ層の上に拡散反射をするように酸化チタン粒子をバインダーに分散して塗布した。積分球で測定した反射率は96％となった。開口部は焦点位置とそこから水平方向に76μｍずらした位置に作動装置（９）を用いて可変できるようした。
【００３３】
図１２における描画ユニット（１９）は、光源からの光を照射させることにより、画像あるいは映像を表示する表示装置として一般に用いられているものであればよく、例えば、液晶パネルが挙げられる。ここでは、前記光学シートの上に、描画ユニット（１９）として液晶パネルを設置した。
【００３４】
作動装置は図４（ｂ）に示すように圧電（ピエゾ）素子（１６）を用いて第１の光学シート（４）を左右に動かした。この表示装置の輝度特性を距離Sを変えて測定した。測定結果を図１３に示す。
【００３５】
（測定結果の説明）
図１０〜１３では作製した照明装置の輝度の視野角依存性を示している。焦点位置とずらした位置で光源電力は同じ値に固定したデータを示してある。垂直方向から水平光を照射したときの焦点位置に開口部があるときは照射方向が光学シート面に対して垂直（０°）に輝度ピークが存在し、前記垂直照射焦点位置から水平方向に開口部を離すと照射方向も垂直方向から傾いてくることがわかる。
【００３６】
従って、実施例１から３の様態に従うことにより照明装置、実施例４の様態に従うことにより表示装置、においてそれぞれ照射方向が制御できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の照明装置の構成例の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の効果を示す説明図である。
【図３】本発明に用いるレンチキュラーレンズシートの一例を示す断面図である。
【図４】本発明に用いる照明装置の作動装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明に用いるマイクロレンズアレイシートの一例を示す斜視図および断面図である。
【図６】本発明に用いる光学シートの一例を示す断面図である。
【図７】本発明の照明装置の構成例の一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の照明装置の構成例の一例を示す概略構成図である。
【図９】本発明の表示装置の構成例の一例を示す概略概略図である。
【図１０】本発明の照明装置の輝度特性の一例を示す特性図である。
【図１１】本発明の照明装置の輝度特性の一例を示す特性図である。
【図１２】本発明の照明装置の輝度特性の一例を示す特性図である。
【図１３】本発明の照明装置の輝度特性の一例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    光源
２    ハウジング
３    光出射口
４    第１の光学シート
５    第２の光学シート
６    反射効果を示す構造部
７    光を透過する開口部
８    レンズ効果を示す部分
９    作動装置
１０    光源光
１１    永久磁石
１２    鉄芯
１３    鉄芯
１４    電磁石
１６    圧電（ピエゾ）素子
１７    スライドスイッチ
１８    ボタン
１９    液晶パネル
２０    焦点
２１    焦点の集合領域
【図１】
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【図２】
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【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９】
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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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