(57)【要約】【課題】光源から拡散して入射する光を目標とする出射角度範囲内に収束することができる収束シート、収束シートユニット、面光源装置を提供する。【解決手段】ＬＣＤパネル１１と陰極線管１３との間に、断面形状が略台形形状である単位形状１２１をシート面方向に複数並べて陰極線管１３側に配置し、これと直交する断面形状が略直角二等辺三角形である収束レンズアレイ１２３を配置した収束シート１２を設け、陰極線管１３からの拡散照明光を収束させてバックライトとしての光の利用効率を高くする。【選択図】図１
2005316091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート面に直交する方向の断面形状が略台形形状である入射側単位形状がシート面方向に沿って複数並べて入射面側に形成され、光を収束する入射側収束部と、
出射側単位形状が前記入射側単位形状が並ぶ方向と直交するシート面方向に沿って複数並べたレンズアレイが出射面側に形成され、光を収束する出射側収束部と、
を備える収束シート。
【請求項２】
請求項１に記載の収束シートにおいて、
前記出射側単位形状は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であること、
を特徴とする収束シート。
【請求項３】
請求項１に記載の収束シートにおいて、
前記出射側単位形状は、互いに略直交する２平面を含むこと、
を特徴とする収束シート。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、
前記入射側単位形状が並ぶ方向でシート面に直交する方向の断面において、
収束シートの法線と前記入射側単位形状の台形の斜辺部との成す角度をθ度、
収束シートの屈折率をｎとしたときに、
シートに対して入射角０度で入射した光が、前記斜辺部に入射して屈折した後に前記出射面において全反射するように、
ｓｉｎ（９０−θ−ａｒｃｓｉｎ（ｃｏｓθ／ｎ））＞１／ｎ
の関係を満たすこと、
を特徴とする収束シート。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、
前記入射側単位形状の台形の高さを前記入射側単位形状の台形の上底部の幅により除した比が０．５から３の範囲であること、
を特徴とする収束シート。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、
シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が前記斜辺部に入射して屈折した後に、前記斜辺部の反対側に対向して存在する前記入射側単位形状の台形の第２の斜辺部に達する光は、前記２０度入射光の２０％以下の光量であること、
を特徴とする収束シート。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、
前記入射側単位形状の台形の上底に相当する部分は、出射側に窪んだ凹面であること、
を特徴とする収束シート。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、
前記入射側単位形状の台形の斜辺に相当する部分は、曲面、複数の平面、又は、曲面と平面との組合せにより形成されており、
前記曲面又は平面とシートの法線との成す角度は、入射側に近い位置における角度の方が入射側から遠い位置における角度よりも大きいこと、
を特徴とする収束シート。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、
互いに隣接して並ぶ前記入射側単位形状の間に、出射面と略平行な平坦部を有すること、
を特徴とする収束シート。
【請求項１０】
シート面に直交する方向の断面形状が略台形形状である入射側単位形状をシート面方向に複数並べて入射面側に形成され、光を収束する第１の収束シートと、
前記入射側単位形状が並ぶ方向と直交するシート面方向に沿って複数並べられたレンズアレイからなる出射側単位形状が少なくとも出射面側に形成され、光を収束する第２の収束シートと、
を備える収束シートユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載の収束シートユニットにおいて、
前記第２の収束シートの前記出射側単位形状は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であること、
を特徴とする収束シートユニット。
【請求項１２】
ライトバルブの背面から照明光を照射する面光源装置であって、
光源と、
前記光源と前記ライトバルブとの間に設けられる請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の収束シートと、
を備える面光源装置。
【請求項１３】
ライトバルブの背面から照明光を照射する面光源装置であって、
光源と、
前記光源と前記ライトバルブとの間に設けられる請求項１０又は請求項１１に記載の収束シートユニットと、
を備える面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置等の照明に用いられる収束シート、収束シートユニット、面光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過型の液晶ディスプレイ等を背面から照明する面光源として各種方式の面光源装置が提案、実用化している。面光源装置には、主として、面光源でない光源を面光源に変換する方式によりエッジライト型と直下型とがある。
例えば、直下型では、背面より並列の陰極線管を用いて光を導入するようになっており、陰極線管とＬＣＤパネル等のライトバルブとの距離を適度に空け、その間に拡散板を用いそれに光を収束させるシートを複数組み合わせて使用していた。
このような従来の方式では、必要とする光学シートの枚数が多い割に収束特性が不十分であり、それを補う為にＬＣＤパネルを改良して、斜め方向からの入射光に対しても画質を落とさない構造としていた。
【０００３】
しかし、この方式では、光の利用効率が低下する上、ＬＣＤパネルの構成も複雑となり、コスト増の要因になるという問題があった。
特に、直下型では、陰極線管に近接した部分であるか否か（陰極線管に至近の位置であるか、並列に並んだ陰極線管の間隙部分に至近の位置であるか）によって光強度（輝度）にムラが発生し易い。これを抑えるために陰極線管とＬＤＣとの間隔を大きく取ってしまうとディスプレイの厚さが厚くなってしまうという問題があった。また、ムラを抑えるために拡散を強くしたり、透過量を制限したりすると、光の使用量が低減してしまうという問題があった。
【０００４】
例えば、特許文献１及び２に記載の面光源装置では、遮光部分（ライティングカーテン，遮光ドット層）を設けることで均一性を維持しているが、この手法では、上述のように光の使用量が減少してしまっていた。
また、両面にレンチキュラーレンズを設けたシートを使用する方式も例えば、特許文献３で報告されているが、これは、２方向の拡散制御を行うための構成で、光を収束する機能はない。従って、陰極線管との位置関係によってＬＣＤの場所毎に光軸がばらつくことにより、画面を観察する位置によって明るさのムラが発生したりするという問題もあった。
【特許文献１】特開平０５−１１９７０３号公報
【特許文献２】特開平１１−２４２２１９号公報
【特許文献３】特開平０６−３４７６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、光源から拡散して入射する光を目標とする出射角度範囲内に収束することができる収束シート、収束シートユニット、面光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、シート面に直交する方向の断面形状が略台形形状である入射側単位形状（１２１，２２１）がシート面方向に沿って複数並べて入射面側に形成され、光を収束する入射側収束部と、出射側単位形状が前記入射側単位形状が並ぶ方向と直交するシート面方向に沿って複数並べたレンズアレイ（１２３，２２３，１２３Ｂ）が出射面側に形成され、光を収束する出射側収束部と、を備える収束シート（１２，２２）である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の収束シートにおいて、前記出射側単位形状（１２３Ｂ）は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であること、を特徴とする収束シートである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の収束シートにおいて、前記出射側単位形状（１２３，２２３）は、互いに略直交する２平面を含むこと、を特徴とする収束シート（１２，２２）である。
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、前記入射側単位形状（１２１）が並ぶ方向でシート面に直交する方向の断面において、収束シートの法線と前記入射側単位形状の台形の斜辺部（１２１ｂ，１２１ｃ，２２１ｂ，２２１ｃ）との成す角度をθ度、収束シートの屈折率をｎとしたときに、シートに対して入射角０度で入射した光が、前記斜辺部に入射して屈折した後に前記出射面において全反射するように、ｓｉｎ（９０−θ−ａｒｃｓｉｎ（ｃｏｓθ／ｎ））＞１／ｎの関係を満たすこと、を特徴とする収束シート（１２，２２）である。
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、前記入射側単位形状（１２１，２２１）の台形の高さを前記入射側単位形状の台形の上底部の幅により除した比が０．５から３の範囲であること、を特徴とする収束シート（１２，２２）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の収束シート（１２，２２）において、シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が前記斜辺部（１２１ｂ，２２１ｂ，２２１ｄ）に入射して屈折した後に、前記斜辺部の反対側に対向して存在する前記入射側単位形状の台形の第２の斜辺部（１２１ｃ，２２１ｃ，２２１ｅ）に達する光は、前記２０度入射光の２０％以下の光量であること、を特徴とする収束シートである。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、前記入射側単位形状（２２１）の台形の上底に相当する部分（２２１ａ）は、出射側に窪んだ凹面であること、を特徴とする収束シートである。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、前記入射側単位形状（２２１）の台形の斜辺に相当する部分は、曲面、複数の平面、又は、曲面と平面との組合せにより形成されており、前記曲面又は平面とシートの法線との成す角度は、入射側に近い位置（２２１ｄ，２２１ｅ）における角度（１８度）の方が入射側から遠い位置（２２１ｂ，２２１ｃ）における角度（１０度）よりも大きいこと、を特徴とする収束シートである。
請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の収束シートにおいて、互いに隣接して並ぶ前記入射側単位形状（１２１，２２１）の間に、出射面と略平行な平坦部（１２２，２２２）を有すること、を特徴とする収束シートである。
【０００８】
請求項１０の発明は、シート面に直交する方向の断面形状が略台形形状である入射側単位形状をシート面方向に複数並べて入射面側に形成され、光を収束する第１の収束シート（３２１）と、前記入射側単位形状が並ぶ方向と直交するシート面方向に沿って複数並べられたレンズアレイからなる出射側単位形状が少なくとも出射面側に形成され、光を収束する第２の収束シート（３２２，３２３）と、を備える収束シートユニットである。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の収束シートユニットにおいて、前記第２の収束シート（３２３）の前記出射側単位形状は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であること、を特徴とする収束シートユニットである。
【０００９】
請求項１２の発明は、ライトバルブ（１１）の背面から照明光を照射する面光源装置であって、光源（１３）と、前記光源と前記ライトバルブとの間に設けられる請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の収束シート（１２）と、を備える面光源装置である。
【００１０】
請求項１３の発明は、ライトバルブ（１１）の背面から照明光を照射する面光源装置であって、光源（１３）と、前記光源と前記ライトバルブとの間に設けられる請求項１０又は請求項１１に記載の収束シートユニット（３２１，３２２，３２３）と、を備える面光源装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）断面形状が略台形形状である入射側単位形状が形成された入射側収束部と、入射側単位形状が並ぶ方向と直交するシート面方向に沿って複数並べたレンズアレイが形成された出射側収束部とを備えるので、直交する２方向において光を効率よく収束することができ、水平、垂直両方向において目標とする出射角度範囲内に照明光を収束することができる。
【００１２】
（２）出射側単位形状は、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部、又は、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部であるので、円筒面又は球面に比べて、収束特性を任意に制御することができ、より的確に照明光を収束することができる。
【００１３】
（３）出射側単位形状は、互いに略直交する２平面を含むので、収束シートを容易に製造することができる。
【００１４】
（４）ｓｉｎ（９０−θ−ａｒｃｓｉｎ（ｃｏｓθ／ｎ））＞１／ｎの関係を満たすので、シートに対して入射角０度で入射した光が、斜辺部に入射して屈折した後に前記出射面において全反射することができ、全反射させて再利用できる光量を増加させることができる。
【００１５】
（５）入射側単位形状の台形の高さを入射側単位形状の台形の上底部の幅により除した比が０．５から３の範囲であるので、斜辺部に入射した後に対向するもう一方の斜辺部に達する光を少なくすることができ、光の再利用率を高くすることができる。
【００１６】
（６）シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が斜辺部に入射して屈折した後に、斜辺部の反対側に対向して存在する入射側単位形状の台形の第２の斜辺部に達する光は、２０度入射光の２０％以下の光量であるので、光の再利用率を高くすることができる。
【００１７】
（７）入射側単位形状の台形の上底に相当する部分は、出射側に窪んだ凹面であるので、収束効果をより高くすることができる。
【００１８】
（８）入射側単位形状の台形の斜辺に相当する部分は、曲面、複数の平面、又は、曲面と平面との組合せにより形成されており、曲面又は平面とシートの法線との成す角度は、入射側に近い位置における角度の方が入射側から遠い位置における角度よりも大きいので、収束シートに対して大きな入射角で入射する光であっても、斜辺部から出射せずに、収束させて利用することができる。
【００１９】
（９）互いに隣接して並ぶ入射側単位形状の間に、出射面と略平行な平坦部を有するので、迷光を防止して光の再利用率を高めることができるとともに、金型の製造が容易で、かつ、金型の強度の確保、及び、精度の向上を図ることができる。
【００２０】
（１０）第１の収束シートと、入射側単位形状が並ぶ方向と直交するシート面方向に沿って複数並べられたレンズアレイからなる出射側単位形状が形成された第２の収束シートとを備えるので、複雑な単位形状を有していても、容易に収束シートユニットを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
ムラのない均一な照明をするという目的を、光学シートの枚数を増加することなく実現した。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
本実施例における透過型表示装置１０は、ＬＣＤパネル１１，収束シート１２，陰極線管１３，拡散シート１４，反射型偏光性シート１５等を備え、ＬＣＤパネル１１に形成される映像情報を収束シート１２，陰極線管１３，拡散シート１４，反射型偏光性シート１５を備える面光源装置により背面から照明する透過型液晶表示装置である。
【００２３】
ＬＣＤパネル１１は、所謂透過型の液晶表示素子により形成されたライトバルブであって、３０インチサイズ、８００×６００ドットの表示を行うことができる。陰極線管１３の長手方向に沿った方向が、水平方向として使用され、陰極線管１３が並ぶ方向が、垂直方向として使用される。
陰極線管１３は、バックライトの光源部を形成する線光源であり、本実施例では、略７５ｍｍ間隔で等間隔に６本が並列に並べられている。
陰極線管１３の背面には、不図示の反射板を設けており、その設計により画面各部位への入射光照度を均一に近づけるようにしている。
また、陰極線管１３と収束シート１２との間には、拡散シート１４が設けられている。拡散シート１４を設けることにより、陰極線管１３に至近の位置であるか否かによる画面上における輝度のムラは、殆ど解消された状態となり、収束シート１２へ到達することとなる。
【００２４】
図２は、拡散シート１４を示す斜視図である。
拡散シート１４は、陰極線管１３から出射した光を拡散して均一化するシートであり、出射側に光を拡散して出射する拡散レンズアレイ１４１が形成されている。拡散レンズアレイ１４１は、連続する楕円筒の一部を平行に多数並べて配置したレンチキュラーレンズである。拡散レンズアレイ１４１の並ぶ方向は、陰極線管１３の並ぶ方向と一致している（図１参照）。
【００２５】
図３は、拡散シート１４を図２中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。
拡散レンズアレイ１４１は、図３に示した断面において、長半径が０．１２ｍｍ、短半径が０．０６ｍｍの楕円となっており、その長軸が拡散シート１４のシート面に対して直交し、ピッチ０．１ｍｍとなるように配置されている。また、拡散シート１４の厚さは、２ｍｍである。
なお、本実施例において、拡散レンズアレイ１４１の楕円の長半径は、短半径の２倍となっているが、この値（長半径／短半径）は１．５〜３倍であることが陰極線管１３に近接した部分であるか否かにより生じる輝度ムラを防ぐ上で望ましい。
【００２６】
【表１】
2005316091.tif 000003
【００２７】
表１は、拡散レンズアレイ１４１の楕円の長半径と短半径との比（長半径／短半径）を変更した場合の、ムラの発生状況を比較して示した表である。なお、本実施例に示した面光源装置では、収束シート１２があることによってムラの発生が確認しにくいので、収束シート１２を省略して、拡散シート１４と反射型偏光性シート１５とを重ねて観察した形態と、これらの間に新たに別の拡散板を加えた形態について実験した。ここで、新たに加えた拡散板とは、透過率６０％の乳白拡散板であり、拡散シート１４と反射型偏光性シート１５との間に配置した。また、表１中において、○（丸）印はムラが発生していない場合を示し、△（三角）印は僅かにムラの発生が確認できる場合を示し、×（バツ）印は明らかにムラが発生している場合を示している。
【００２８】
表１から判るように、拡散レンズアレイ１４１の楕円の長半径と短半径との比（長半径／短半径）は、２倍がムラを防ぐためには最適であり、他の拡散要素を加えた場合には、１．５〜３倍の範囲で、ムラを防ぐことができる。
なお、拡散レンズアレイ１４１の楕円の長半径と短半径との比（長半径／短半径）が小さい（１倍等）では、陰極線管１３に至近の位置が明るくなり、比が大きい（５倍等）では、陰極線管１３の間隙に至近の位置が明るくなる傾向にあった。
【００２９】
図４は、拡散シート１４に対して入射角０°で入射した光の軌跡を示す図である。
図４では、入射角０°で入射した光線１１本のうち、５本が観察側へ出射し、６本が光源側へ戻っている。
図５は、拡散シート１４に対して入射角２０°で入射した光の軌跡を示す図である。
図５では、入射角２０°で入射した光線１１本のうち、６本が観察側へ出射し、５本が光源側へ戻っている。
図６は、拡散シート１４に対して入射角４０°で入射した光の軌跡を示す図である。
図６では、入射角４０°で入射した光線１１本のうち、８本が観察側へ出射し、３本が光源側へ戻っている。
図７は、拡散シート１４に対して入射角６０°で入射した光の軌跡を示す図である。
図７では、入射角６０°で入射した光線１１本のうち、１０本が観察側へ出射し、１本が光源側へ戻っている。
【００３０】
これら図４〜７から明らかなように、拡散シート１４に対して小さい入射角度で入射する光線は、その多くが光源側へ戻され、大きい入射角度で入射する光線については、光源側に戻されることなく出射することができる。拡散シート１４がこのような作用を有しているので、拡散シート１４を通過する陰極線管１３が発光した照明光は、陰極線管１３に近接した位置では、入射角度が小さいので、陰極線１３側へ戻される割合が多く、陰極線管１３から離れる（並列した陰極線管１３の間隙部分に近づく）に従い、出射する割合が多くなる。よって、拡散シート１４から出射する照明光は、均一化されることとなる。
【００３１】
図８は、収束シート１２を示す斜視図である。
収束シート１２は、拡散シート１４とＬＣＤパネル１１との間に設けられ、陰極線管１３が発光して拡散シート１４によりさらに拡散された拡散光を収束して出射するシートであり、屈折率ｎ＝１．５５の樹脂により形成されている。
収束シート１２の陰極線管１３側（入射側）には、シート面に直交する方向の断面形状が略台形形状である入射側単位形状として、単位形状１２１がシート面方向に複数並べて陰極線管１３側に配置され、入射側収束部が形成されている。この単位形状１２１は、その並ぶ方向と直交する方向に同一断面形状を保ちながら延在している。収束シート１２は、その単位形状１２１の延在する方向が陰極線管１３の長手方向と直交するように配置されている。
【００３２】
また、収束シート１２のＬＣＤパネル１１側（出射側）には、出射側収束部として収束レンズアレイ１２３が形成されている。収束レンズアレイ１２３は、単位形状１２１の延在する方向に沿ってシート面に直交する方向の断面形状が二等辺三角形（図１５参照）となる単位プリズム形状（出射側単位形状）をシート面方向に複数並べて形成されている。
よって、収束シート１２においては、入射側に設けられた単位形状１２１の延在する方向と、出射側に設けられた単位プリズム形状が延在する方向とが、直交して配置されている。
なお、本実施例における収束シート１２は、単位形状１２１の延在する方向が陰極線管１３の長手方向と直交し、収束レンズアレイ１２３の単位プリズム形状が延在する方向が、陰極線管１３の長手方向と一致するように配置されているが、収束シート１２の配置を本実施例のシート面内で９０度回転させてもよい。すなわち、単位形状１２１の延在する方向が陰極線管１３の長手方向と一致し、収束レンズアレイ１２３の単位プリズム形状が延在する方向が、陰極線管１３の長手方向と直交するように配置してもよい。
収束レンズアレイ１２３のより詳しい説明は、後に行う。
【００３３】
図９は、収束シート１２を図８中に矢印で示したＳ３−Ｓ４断面で切断した断面を拡大した図である。なお、図９に示した断面では、収束レンズアレイ１２３の部分は、直線となり、この断面内における光線を追跡する場合には、平面であるものとみなすことができる。よって、以下の図９〜１４の説明では、平面とみなして説明を行う。
単位形状１２１は、上述のように断面形状が台形形状をしており、その上底部分が陰極線管１３側に突出するように形成されている。
本実施例における単位形状１２１は、上底部１２１ａの幅が８０μｍ、斜辺部１２１ｂ，１２１ｃが収束シート１２の法線と成す角度が１０度となっている。また、隣接する単位形状同士の並ぶピッチは１４０μｍであり、さらに、互いに隣接して並ぶ単位形状１２１の間に、収束レンズアレイ１２３部分と平行な幅２０μｍの平坦部１２２が形成されている。なお、単位形状１２１の高さ（上底部から台形の下底に相当する部分までの距離）は、上述の他の寸法により決まり、略１１３μｍである。
【００３４】
図１０は、単位形状１２１の作用を説明する図である。
収束シート１２は、シート面に対する入射角度が大きい光を、できる限り出射面から小さな出射角度で出射させる（ＬＣＤパネル１１に対して垂直に近い角度で入射させる）ようにするために設けられている。そして、そのために単位形状１２１が形成されている。単位形状１２１の上底部１２１ａに入射した入射角度が大きな光線Ａ０は、入射時に屈折して光線Ａ１となり、斜辺部１２１ｃに達する。光線Ａ１は、斜辺部１２１ｃにおいて全反射して、光線Ａ２となり、光線Ａ０と比べて進行方向が大きく修正されて収束レンズアレイ１２３から出射する。なお、図１０に示した光線Ａ０〜Ａ２は、光線Ａ２の出射角度が０度となる場合を示している。
【００３５】
ここで、収束シート１２に入射する光は、その全てが上底部１２１ａに入射するとは限らない。斜辺部１２１ｂに入射する光については、仮に入射後に屈折して出射面（収束レンズアレイ１２３）からそのまま出射してしまうと、収束シート１２を通過する前よりもより大きな入射角度でＬＣＤパネル１１に対して入射することとなってしまう。そこで、この斜辺部１２１ｂに入射する光については、出射面（収束レンズアレイ１２３）によって全反射させて陰極線管１３の方向へ戻してやり、再度利用することによって、光の利用効率を高めるようにしている。
【００３６】
斜辺部１２１ｂに入射する光の再利用率を高めるためには、斜辺部１２１ｂの傾き角度θ（収束シート１２の法線と単位形状１２１の台形の斜辺部１２１ｂ，１２１ｃとの成す角度）と収束シート１２の屈折率ｎとの組合せが、以下の式を満足するように設計することが望ましい。
ｓｉｎ（９０−θ−ａｒｃｓｉｎ（ｃｏｓθ／ｎ））＞１／ｎ
この式を満足することにより、図１０中に示した光線Ｂ０のように収束シート１２に対して垂直に入射する光線が斜辺部１２１ｂに入射しても、光線Ｂ１が出射面（収束レンズアレイ１２３）において全反射して戻されて光線Ｂ２となり、斜辺部１２１ｃから陰極線管１３方向へ戻され、再利用することができる。
本実施例における収束シート１２では、斜辺部１２１ｂ，１２１ｃの傾き角度θ＝１０度、屈折率ｎ＝１．５５であるから、これらを上記式に代入すると、左辺≒０．６５０、右辺≒０．６４５となり、上記式を満足している。
【００３７】
また、斜辺部１２１ｂに入射した光は、もう一方の斜辺部１２１ｃに当たってしまうと、出射面（収束レンズアレイ１２３）により全反射されず、光の再利用を図ることができない。単位形状１２１の台形の高さに相当する寸法が大きくなるに従い、斜辺部１２１ｂに入射した後に、もう一方の斜辺部１２１ｃに当たってしまう光が増加してしまう。そこで、斜辺部１２１ｂに入射した後に、もう一方の斜辺部１２１ｃに当たってしまう光を少なくするために、単位形状１２１の台形の高さを上底部１２１ａの幅により除した比が０．５から３の範囲であることが望ましい。
【００３８】
この幅に対する高さの比の最適値を決定することは、設計によって様々な条件が関係し、簡単に求まるものではない。
ここで、台形の高さが高すぎると斜面からの光が反対側の斜面で全反射するので広角に出射してしまう。また、台形の高さが低すぎると、光を収束させる効果が少なくなってしまう（特に３０°〜６０°の入射光に対しての収束が悪化）。そこで、上述の比を０．５〜３とすることにより、適度な出射角度を保ちながら収束効果を高くすることができる。
本実施例における単位形状１２１では、上底部１２１ａの幅＝８０μｍ、高さ＝１１３μｍであるから、１１３／８０＝１．４１２５であり、上述の条件を満足している。
【００３９】
このような構成とすることにより、斜辺部１２１ｂに入射した後に、もう一方の斜辺部１２１ｃに当たってしまう光を少なくすることができる。本実施例では、シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が斜辺部１２１ｂに入射して屈折した後に、斜辺部１２１ｂの反対側に対向して存在する単位形状の台形の斜辺部（第２の斜辺部）１２１ｃに達する光は、２０度入射光の約６％の光量（シミュレーション結果）となっている。
この割合は、少ないほど望ましいが、シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が斜辺部に入射して屈折した後に、斜辺部の反対側に対向して存在する単位形状の台形の第２の斜辺部に達する光は、２０度入射光の２０％以下の光量であれば、面光源装置として使用する上で、実用上有効である。正面視で見ている光は視野角で２０°位までであり、その範囲での実質的な光のロスを低減することができるからである。
【００４０】
表２は、シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が斜辺部１２１ｂに入射して屈折した後に、斜辺部１２１ｂの反対側に対向して存在する単位形状の台形の斜辺部（第２の斜辺部）１２１ｃに達する光の２０度入射光に対する比率（２０度入射光の斜辺部１２１ｃへの到達率）と、拡散シート１４通過後で本シート通過前の入射角２０度以内の光量に対する本シート通過後の出射角２０度以内の光量の比率との関係を示している。
【００４１】
【表２】
2005316091.tif 000004
【００４２】
表２の結果からも、上述のように、シートに対して入射角２０度で入射する２０度入射光が斜辺部に入射して屈折した後に、斜辺部の反対側に対向して存在する単位形状の台形の第２の斜辺部に達する光は、２０度入射光の２０％以下の光量とすることが望ましいといえる。
【００４３】
図１１は、実施例１の収束シート１２に対して入射角１０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
図１２は、実施例１の収束シート１２に対して入射角３０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
入射角度の小さい図１１の場合には、光線が上底部１２１ａに入射後に屈折をするもののそのままの角度で出射しており、斜辺部１２１ｂに入射した光線については、光源側へ戻っており、再利用されている。
入射角度が図１１よりも大きくなっている図１２の場合には、出射方向が修正される光線（Ｃ）が生じており、光を収束する作用が確認できる。
【００４４】
ここで、収束シート１２に平坦部１２２を設けた理由について説明する。
図１３及び図１４は、収束シートに平坦部を設けなかった場合の光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
図１３は、入射角１０度で平行光線が入射するとき結果を示し、図１４は、入射角３０度で平行光線が入射するときの結果を示している。
本発明を実施するに当たり、平坦部１２２を設けることは必須ではなく、図１３，１４に示すような形態としてもよい。そして、図１３を見る限りにおいては、図４の結果と比較して、効果に大差がないと言える。
【００４５】
しかし、図１４を見ると、斜辺部に入射してから出射面で全反射した後に斜辺部から一度光源側へ出射した光線が、再度斜辺部に入射してしまい迷光Ｄとなっているものがある。このような迷光は、本実施例のように単位形状の間に平坦部１２２を設けることにより、その発生頻度を大幅に下げることができる。
また、図１３，１４に示すような収束シートを形成しようとすると、成型に必要な金型の先端が尖ってしまい、金型の精度及び強度の確保が困難になってしまうところ、平坦部１２２を設けることにより、そのような不都合を回避できる。
【００４６】
図１５は、収束シート１２を図８中に矢印で示したＳ５−Ｓ６断面で切断した断面を拡大した図である。
収束レンズアレイ１２３は、その断面形状が直角二等辺三角形であり、互いに略直交する２平面を含んでいる。
収束レンズアレイ１２３は、この単位形状により、出射する光を収束することができる。
したがって、収束シート１２は、入射側の形状により、陰極線管１３と平行な方向において照明光を収束し、かつ、出射側の形状により、陰極線管１３と直交する方向においても照明光を収束することができる。
【００４７】
反射型偏光性シート１５は、ＬＣＤパネル１１と収束シート１２との間に配置され、視野角を狭めることなく輝度を上昇させるシートである。本実施例では、ＤＢＥＦ（住友スリーエム株式会社製）を使用している。
【００４８】
図１６は、本実施例における面光源装置の垂直方向の輝度分布を各シートの効果が分かるように比較して示した図である。
図１７は、本実施例における面光源装置の水平方向の輝度分布を各シートの効果が分かるように比較して示した図である。
図１６，１７において、実施例１による面光源の特性は、丸印と実線により示している。
【００４９】
（拡散シート１４の効果）
三角印と一点鎖線により示した特性は、実施例１の面光源装置の拡散シート１４を、乳白拡散シートに変更した場合の特性である。
乳白拡散シートを使用したものに比較して、本実施例の拡散シート１４を使用した場合には、略全角度方向において、輝度が上昇している。これは、従来の乳白拡散シートでは、拡散効果が高いものの、利用不可能な方向へ出射する光も多く、それゆえに、利用可能な光量が全体的に低かったのに対し、本実施例における拡散シート１４では、光源からの照明光を入射角度に応じて適度に出射方向を変更することができるので、必要な拡散効果を得ながら光の利用効率を高めることができる。
なお、乳白拡散シートを使用したもの、拡散シート１４を使用したもののいずれの面光源装置であっても、陰極線管１３の位置が目視で確認できるような輝度のムラ、不均一な部分は無く、必要な拡散効果は、十分に得られていた。
【００５０】
（台形断面の単位形状１２１の効果）
正方形印と破線により示した特性は、実施例１の面光源装置の収束シート１２の陰極線管１３側に設けられた断面形状が略台形形状である単位形状１２１を省略して、入射面を平面に変更した場合の特性である。
単位形状１２１は、水平方向において光を収束する作用を有しているので、水平方向の特性（図１７）において、全体的に輝度が上昇している。また、垂直方向（図１６）においては、上述のように水平方向の０度付近の輝度が上昇しており、この水平方向角度０度の位置において垂直方向の輝度を示していることから、０〜３０度付近の輝度が上昇している。
【００５１】
（収束レンズアレイ１２３の効果）
菱形印と点線により示した特性は、実施例１の面光源装置の収束シート１２のＬＣＤパネル１１側に設けられた断面形状が二等辺三角形である収束レンズアレイ１２３を省略して、出射面を平面に変更した場合の特性である。
収束レンズアレイ１２３は、垂直方向において光を収束する作用を有しているので、垂直方向の特性（図１６）において、中央付近の輝度が上昇が顕著であるが全体的に輝度が上昇している。また、水平方向の特性（図１７）においても、垂直方向と同様に中央付近の輝度が上昇が顕著であるが全体的に輝度が上昇している。
【００５２】
本実施例によれば、簡単、かつ、製造も容易な収束シート１２により、陰極線管１３からの拡散光を効率的に収束させて集めることができ、正面付近から観察したときの輝度が高くて見やすい透過型表示装置とすることができる。
特に、収束方向が直交するように単位形状１２１及び収束レンズアレイ１２３を収束シート１２の両面に設けているので、垂直方向、水平方向のいずれの方向においても、高い収束効果を得ることができる。
【実施例２】
【００５３】
実施例２は、実施例１における収束シート１２の単位形状１２１の形状を改良して単位形状２２１とした収束シート２２を備える透過型表示装置の例である。よって、実施例１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図１８は、実施例２における収束シート２２の断面形状を拡大した図である。
単位形状２２１は、断面形状が台形形状である実施例１の単位形状１２１を基本として、その上底部及び斜辺部の形状を改良している。
実施例１の上底部１２１ａが平面であったのに対し、実施例２の上底部２２１ａは、出射側に窪んだ凹面であり、図１８に示す断面において、半径１００μｍの円弧であり、幅が１００μｍとなっている。上底部２２１ａを本実施例のように凹面とすることにより、上底部２２１ａに対して入射した後に斜辺部に当たる光線を多くすることができ、収束効果をより高めることができる。
【００５４】
実施例１の斜辺部１２１ｂ（１２１ｃ）が一つの平面であったのに対し、実施例２の斜辺部は、斜辺部２２１ｂ，２２１ｄ（２２１ｃ，２２１ｅ）の２つの平面を組み合わせた形態となっている。
収束シート２２に対して大きな入射角度で入射する光は、上底部２２１ａに入射後に斜辺部に達するが、その場合に、斜辺部への入射角（斜辺部に対する入射角）が臨界角を超えていないと、斜辺部により全反射されることなく、斜辺部から出射してしまい、迷光となってしまう。これを防止するために、本実施例では、収束シート２２に対して大きな入射角度で入射する光が上底部２２１ａに入射後に到達する斜辺である上底部２２１ａに近い部分の斜辺部２２１ｅ（及び２２１ｄ）の傾き角度を斜辺部２２１ｃ（及び２２１ｂ）よりも大きくし、斜辺部２２１ｅ（２２１ｄ）から出射してしまう光を少なくしている。
具体的には、斜辺部２２１ｂ，２２１ｃの傾き角度は、実施例１と同じ１０度であり、上底部２２１ａに近い部分の斜辺部２２１ｄ，２２１ｅの傾き角度を１８度としている。
【００５５】
なお、斜辺部２２１ｂ（２２１ｃ）と斜辺部２２１ｄ（２２１ｅ）との境界は、下底に相当する部分から台形中心部側へ１９μｍの位置にあり、斜辺部２２１ｄ（２２１ｅ）と上底部２２１ａとの境界は、さらに１５μｍ台形中心部側の位置となっている。これにより、単位形状２２１の高さに相当する寸法は、１５３μｍとなっている。
隣接する単位形状同士の並ぶピッチは１９３μｍであり、また、本実施例においても、隣接する単位形状２２１の間に平坦部２２２を設けており、その幅は、２５μｍである。
【００５６】
図１９は、実施例２の収束シート２２に対して入射角１０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
図２０は、実施例２の収束シート２２に対して入射角３０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
これらの図を実施例１の図１１，１２と比較すると、上底部２２１ａを改良したことにより、上底部２２１ａに対して入射した後に斜辺部に当たる光線が多くなり、収束効果がより高くなっていることがわかる。
【００５７】
図２１は、水平方向における実施例２の収束シート２２の効果を実施例１の収束シート１２と比較して示す輝度分布図である。
図２１において、一点鎖線で表した曲線は、収束シート１２を設けていない場合を示し、実線で表した曲線は、実施例１の収束シート１２を設けた場合を示し、破線で示した曲線は、実施例２の収束シート２２を設けた場合を示している。
実施例１の収束シート１２の効果により拡散光が収束して出射角度が狭く、かつ、収束した部分の輝度が高くなっており、実施例１による収束シート１２が光を収束している効果が確認できる。そして、破線（実施例２）と実線（実施例１）とを比較すると、収束シート１２よりも収束シート２２の方がより収束効果が高くなっている。
【００５８】
本実施例によれば、上底部２２１ａを凹面としたことにより、より多くの光を収束させることができる。
また、上底部２２１ａに近い部分の斜辺部２２１ｅ（及び２２１ｄ）の傾き角度を斜辺部２２１ｃ（及び２２１ｂ）よりも大きくしたので、より大きな入射角度で収束シート２２に対して入射する光を迷光とすることなく収束させることができる。
【００５９】
（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）各実施例において、収束シート１２の単位形状１２１の間に、平坦部１２２を設けた例を示したが、これに限らず、例えば、図２２に示す例のように、平坦部の代わりに、互いに隣接して並ぶ単位形状の間に、単位形状の台形の斜辺に相当する部分を裾広がりに形成して迷光を防止する迷光防止部Ｅ，Ｆを設けてもよい。このような迷光防止を設けることにより、図２２中の光線Ｇ，Ｈのような迷光を防止することができ、光の利用効率を高くすることができる。
【００６０】
（２）各実施例において、収束シート１２の出射側には、断面形状が直角二等辺三角形である収束レンズアレイ１２３を設けた例を示したが、これに限らず、例えば、図２３に示すように、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部により形成されたレンズアレイ１２３Ｂ（レンチキュラーレンズ）を収束シートの出射側に設けてもよいし、長軸がシート面に対して直交する回転楕円体の一部により形成されたレンズアレイを収束シートの出射側に設けてもよい。
【００６１】
（３）各実施例において、入射側に単位形状１２１からなる入射側収束部を形成し、出射側に収束レンズアレイ１２３からなる出射側収束部を形成した１枚の収束シートを用いる例を示したが、これに限らず、例えば、図２４に示すように、第１の収束シート３２１と第２の収束シート３２２の２枚を組み合わせた収束シートユニットとしてもよい。ここで、第１の収束シート３２１は、単位形状１２１に相当する形状を入射側に有したシートであり、第２の収束シート３２２は、収束レンズアレイ１２３に相当する形状を出射側に有したシートである。
また、図２５に示すように、長軸がシート面に対して直交する連続する楕円筒の一部からなるレンチキュラーレンズを出射側単位形状とする第２の収束シート３２３を有した収束シートユニットとしてもよい。
各実施例に示した入射側収束部と出射側収束部とが一体の収束シートでは、レンズ形状によっては、製造が困難になる場合もあり得る。そのような場合には、この変形例のように、入射側収束部と出射側収束部とを別のシートとして組み合わせることにより、製造を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による透過型表示装置の実施例１を示す図である。
【図２】拡散シート１４を示す斜視図である。
【図３】拡散シート１４を図２中に矢印で示したＳ１−Ｓ２断面で切断した断面図である。
【図４】拡散シート１４に対して入射角０°で入射した光の軌跡を示す図である。
【図５】拡散シート１４に対して入射角２０°で入射した光の軌跡を示す図である。
【図６】拡散シート１４に対して入射角４０°で入射した光の軌跡を示す図である。
【図７】拡散シート１４に対して入射角６０°で入射した光の軌跡を示す図である。
【図８】収束シート１２を示す斜視図である。
【図９】収束シート１２を図８中に矢印で示したＳ３−Ｓ４断面で切断した断面を拡大した図である。
【図１０】単位形状１２１の作用を説明する図である。
【図１１】実施例１の収束シート１２に対して入射角１０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
【図１２】実施例１の収束シート１２に対して入射角３０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】収束シートに平坦部を設けなかった場合に入射角１０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
【図１４】収束シートに平坦部を設けなかった場合に入射角３０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
【図１５】収束シート１２を図８中に矢印で示したＳ５−Ｓ６断面で切断した断面を拡大した図である。
【図１６】本実施例における面光源装置の垂直方向の輝度分布を各シートの効果が分かるように比較して示した図である。
【図１７】本実施例における面光源装置の水平方向の輝度分布を各シートの効果が分かるように比較して示した図である。
【図１８】実施例２における収束シート２２の断面形状を拡大した図である。
【図１９】実施例２の収束シート２２に対して入射角１０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
【図２０】実施例２の収束シート２２に対して入射角３０度で平行光線が入射するときの光線追跡シミュレーション結果を示す図である。
【図２１】水平方向における実施例２の収束シート２２の効果を実施例１の収束シート１２と比較して示す輝度分布図である。
【図２２】変形例の迷光防止部を説明する図である。
【図２３】出射側単位形状を楕円筒の一部とした変形例を示す図である。
【図２４】第１の収束シート３２１と第２の収束シート３２２（出射側単位形状が直角三角形）の２枚を組み合わせた収束シートユニットとした変形例を示す図である。
【図２５】第１の収束シート３２１と第２の収束シート３２３（出射側単位形状が楕円筒）の２枚を組み合わせた収束シートユニットとした変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  透過型表示装置
１１  ＬＣＤパネル
１２，２２  収束シート
１２１，２２１  単位形状
１２１ａ，２２１ａ  上底部
１２１ｂ，１２１ｃ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄ，２２１ｅ  斜辺部
１２２，２２２  平坦部
１２３，２２３  収束レンズアレイ
１３  陰極線管
１４  拡散シート
１４１  拡散レンズアレイ
１５  反射型偏光性シート
【図１】
2005316091.tif 000005
【図２】
2005316091.tif 000006
【図３】
2005316091.tif 000007
【図４】
2005316091.tif 000008
【図５】
2005316091.tif 000009
【図６】
2005316091.tif 000010
【図７】
2005316091.tif 000011
【図８】
2005316091.tif 000012
【図９】
2005316091.tif 000013
【図１０】
2005316091.tif 000014
【図１１】
2005316091.tif 000015
【図１２】
2005316091.tif 000016
【図１３】
2005316091.tif 000017
【図１４】
2005316091.tif 000018
【図１５】
2005316091.tif 000019
【図１６】
2005316091.tif 000020
【図１７】
2005316091.tif 000021
【図１８】
2005316091.tif 000022
【図１９】
2005316091.tif 000023
【図２０】
2005316091.tif 000024
【図２１】
2005316091.tif 000025
【図２２】
2005316091.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2005316091.tif 000029