(57)【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Ｘ−Ｙ平面に平行な矩形状の出射面を持ち、規則的に配置した複数の線状光源と、反射板と、前記線状光源及び前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する第１光線方向制御手段及び第２光線方向制御手段とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、
前記反射板は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置しており、
前記線状光源は、前記反射板よりも正面側に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想面内に、Ｙ軸に平行かつＸ軸に沿って等間隔に配列されて配置しており、
前記第１光線方向制御手段と、前記第２光線方向制御手段とは、前記線状光源よりも正面側に配置され、前記線状光源からの光が該第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段の両方に受光されるように配置しており、
前記第１光線方向制御手段は、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、出射面側に通過させて出射エネルギーを正面方向に集中させ、
前記第２光線方向制御手段は、受光した光を屈折させて光のＸ軸方向の分散を集光して、出射面側に通過させて正面方向の出射エネルギーを平均化し、
任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍと前記第２光線方向制御手段との距離をＨとした場合、前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で発する光が前記出射面から出光する割合である全光線透過率が５０％以上であり、且つ、該全光線透過率が、前記線状光源Ｍの位置から正面方向に発する光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍であり、
前記第１光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物が前記Ｘ−Ｙ平面と平行に配置されており、
前記第１光線方向制御手段が前記板状構造物の出射面側の面のＸ軸に平行な複数の凸部からなり、該凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きの最大値が３０°以上かつ６０°以下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Ｘ−Ｙ平面に平行な矩形状の出射面を持ち、規則的に配置した複数の線状光源と、反射板と、前記線状光源及び前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する第１光線方向制御手段及び第２光線方向制御手段とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、
前記反射板は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置しており、
前記線状光源は、前記反射板よりも正面側に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想面内に、Ｙ軸に平行かつＸ軸に沿って等間隔に配列されて配置しており、
前記第１光線方向制御手段と、前記第２光線方向制御手段とは、前記線状光源よりも正面側に配置され、前記線状光源からの光が該第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段の両方に受光されるように配置しており、
前記第１光線方向制御手段は、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、出射面側に通過させて出射エネルギーを正面方向に集中させ、
前記第２光線方向制御手段は、受光した光を屈折させて光のＸ軸方向の分散を集光して、出射面側に通過させて正面方向の出射エネルギーを平均化し、
任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍと前記第２光線方向制御手段との距離をＨとした場合、前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で発する光が前記出射面から出光する割合である全光線透過率が５０％以上であり、且つ、該全光線透過率が、前記線状光源Ｍの位置から正面方向に発する光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍であり、
前記第１光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物が前記線状光源が配置される仮想平面と平行に配置されており、
前記第１光線方向制御手段が前記板状構造物の光が入射する側の面のＸ軸に平行な複数の畝状凸部からなり、該畝状凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きの最大値が１０°以上かつ４０度以下であることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対して角度αで発する光の１０〜５０％は、前記方向と成す角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射することを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
【請求項４】
前記第２光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物は前記線状光源に対向する平坦な入射面と、Ｘ軸に平行な複数の畝状凸部からなる前記第２光線方向制御手段が形成されている出射面とを有し、前記畝状凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きθが、該板状構造物の屈折率がｎであるとき、０≦｜Sin−１（ｎ・sin（θ−Sin−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ｜≦（π／１２）を満たし、かつ傾きθ２がSin−１(１／ｎ)未満である領域ｘを含み、該領域ｘは前記凸部の頂部を含み、該領域ｘのＸ軸と平行な方向成分の長さｐと断面全体の輪郭線のＸ軸と平行な方向成分の長さＰの割合が０．１５〜０．８０であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
第１光線方向制御手段と前記第２光線方向制御手段とが同じ板状構造物にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行なＸ−Ｙ平面に平行な矩形状の出射面を持ち、規則的に配置した複数の線状光源と、反射板と、前記線状光源及び前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する第１光線方向制御手段及び第２光線方向制御手段とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、
前記反射板は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置しており、
前記線状光源は、前記反射板よりも正面側に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想面内に、Ｙ軸に平行かつＸ軸に沿って等間隔に配列されて配置しており、
前記第１光線方向制御手段と、前記第２光線方向制御手段とは、前記線状光源よりも正面側に配置され、前記線状光源からの光が該第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段の両方に受光されるように配置しており、
前記第１光線方向制御手段は、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、出射面側に通過させて出射エネルギーを正面方向に集中させ、
前記第２光線方向制御手段は、受光した光を屈折させて光のＸ軸方向の分散を集光して、出射面側に通過させて正面方向の出射エネルギーを平均化し、
任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍと前記第２光線方向制御手段との距離をＨとした場合、前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で発する光が前記出射面から出光する割合である全光線透過率が５０％以上であり、且つ、該全光線透過率が、前記線状光源Ｍの位置から正面方向に発する光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍であり、
前記第２光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物は前記線状光源に対向する平坦な入射面と、Ｘ軸に平行な複数の畝状凸部からなる前記第２光線方向制御手段が形成されている出射面とを有し、前記畝状凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きθが、該板状構造物の屈折率がｎであるとき、０≦｜Sin−１（ｎ・sin（θ−Sin−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ｜≦（π／１２）を満たし、かつ傾きθ２がSin−１(１／ｎ)未満である領域ｘを含み、該領域ｘは前記凸部の頂部を含み、該領域ｘのＸ軸と平行な方向成分の長さｐと断面全体の輪郭線のＸ軸と平行な方向成分の長さＰの割合が０．１５〜０．８０であることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置が備える第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段よりなる光制御部材。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の上記照明装置上に透過型表示素子を設けたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の線状光源を有する照明装置及びこれを用いた画像表示装置に関するものであり、特に、大型で高輝度と輝度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等に好適に用いられる直下方式の照明装置これが備える光制御部材及びこれを用いた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置用の照明装置を例にすると、導光板の側端に配した光源の光を導光板で正面方向に誘導し、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、光を拡散板で均一化する直下方式が挙げられる。
直下方式は、光源を装置の背面に備えることから厚さが厚くなる傾向があり、このため、携帯電話やモバイルパソコンなどの薄さを要求される分野では、光源を側端に備えることで有利となるエッジライト方式が主流であった。
【０００３】
一方で、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および高輝度化の要求が高まってきた。特にディスプレイの大型化に伴い、上記エッジライト方式では、光源を配置できる周辺部の長さの表示面積に対する割合が減少して、光量が不足するため、充分な輝度を得ることができない。
そこで、面光源上に複数の輝度向上のためのフィルムを配置して、光の利用効率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、輝度向上フィルムは、コストアップに繋がること、また使用するフィルムの数が多くなることから、生産性や薄型化の観点から必ずしも有利とはいえない。また、エッジライト方式ではディスプレイの大型化に伴い導光板の重量が増加するといった問題もある。このように、エッジライト方式では、近年のディスプレイの大型化、高輝度化のといった市場の要求に応えることは困難となってきた。
【０００５】
そこで、複数光源による直下方式が注目されている。この方式は、光源から放射される光の利用効率、即ち光源から放射される光束のうち発光面から放射される光束の割合が高く、かつ、光源の数を自由に増加させることができる。
すなわち、光量を自由に増加させることができるため、要求される高輝度が容易に得られ、また、大型化による輝度低下や輝度均一性の低下がない。さらに、光を正面に向ける導光板が不要となるため、軽量化を図ることができる。
また、他の照明装置として、例えば照明看板などでは、構成が単純であり、輝度向上のための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、複数光源による直下方式が主流である。
【０００６】
しかしながら、直下方式では、ランプイメージの解消、薄型化、省エネルギーといった独特の課題を解決しなければならない。特に、前記ランプイメージは、エッジライト方式よりもはるかに顕著な輝度ムラとして現れる。このため、従来、エッジライト方式で用いられてきた手段、即ち、フィルム表面に拡散材を塗布した拡散フィルムなどの手段では、ランプイメージの解消が困難である。
【０００７】
そこで、拡散材を含有した拡散板が広く用いられている。この方式では、たとえば、図１４に示すように、背面側に反射板を配置した光源の前面側に拡散板を設置している。そして、良好な拡散性と光利用効率を得るために、メタクリル系樹脂、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て、光拡散板を作製する方法（例えば、特許文献２参照）が検討されている。
【０００８】
しかし、これら拡散材を用いる方法では拡散材への光の吸収や、不要な方向への光の拡散のため光の利用効率が低下し省エネルギーの観点から好ましくない。また、光源を近接して多数配置することでランプイメージは軽減できるが、消費電力が増加する問題がある。
【０００９】
一方、反射板に独特の形状をもたせて、ランプイメージを消去する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、反射板形状と光源との位置合わせが必要であること、反射板の形状のため、薄型化が阻害される場合があること、などから好ましくない。
【００１０】
また、光源に対向して反射性部材を設置する方法（例えば、特許文献４参照）、光源ごとに、例えばフレネルレンズのような光線方向変換素子を配す方法など（例えば、特許文献５参照）も提案されているが、特許文献３に記載の方法と同様に、前記部材と光源との正確な位置合わせが必要であることから、生産性が劣るといった課題が生じる。
大型照明装置においては、携帯電話やモバイルパソコンなどに比べて、薄型化についての要求は厳しくないため、光源と拡散板との距離を短くすることや、光学フィルムの枚数削減などで対応できる。
【００１１】
また、省エネルギーを実現するには、光利用効率を高めることが必要である。直下方式は、前述のように光源本数を増やすことができ、高輝度を得ることが容易であるが、省エネルギーの視点からは、ランプイメージ解消のために大量の拡散材を用いるなどの、光利用効率を大きく下げる手段によることは避けなければならない。
【特許文献１】特開平２−１７号公報
【特許文献２】特開昭５４−１５５２４４号公報
【特許文献３】特許２８５２４２４号公報
【特許文献４】特開２０００−３３８８９５号公報
【特許文献５】特開２００２−３５２６１１号公報
【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、出射面における輝度が高く、且つ、光利用効率が高く、大型化に伴う部材の光学設計変更や輝度低下や輝度均一性低下がないことから大型化への対応が容易で、光源と他の部材の厳密な位置合わせをすることなくランプイメージが解消され、光源と他の部材を近づけたりフィルム構成を単純化したりするという薄型化にも対応できる、複数光源直下方式の照明装置これが備える光制御部材およびこれを用いた画像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】
そこで本発明者らは図１４に例示したような一般的な直下方式の照明装置の光拡散板を我々が提案する第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段とに置き換えることで、上記の課題を解決できることを見出した。
本発明では、第２光線方向制御手段により光拡散材の利用の回避もしくは大幅な削減を実現し、光の利用効率の向上を達成でき、さらに第１光線方向制御手段により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により、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できる。
【００１４】
また第２光線方向制御手段を畝上の複数の凸部とし、その断面形状を最適化することで、第２光線方向制御手段へ光が入射する面上の全ての点で、入射光の出光方向を同様に制御するような一様な性質を持たせることができ、サイズ変更に有利なだけでなく、光源との位置合わせも不要となる。
【００１５】
また正面方向への出光強度の分布を一定にすることで、正面方向の面内輝度ムラ（以下、単に「輝度ムラ」と称することがある）を解消することができる。さらに第２光線方向制御手段の持つ輝度ムラ解消、輝度向上などの複合的な機能により、他の機能性光学フィルムの利用を解消もしくは削減でき、生産性や薄型化などにも有利となる。さらに第２光線方向制御手段の正面方向への出光割合を高めることで正面強度を高めることも可能である。加えてこれらの照明装置の出射側に透過型表示素子を配置することで画像表示装置を得られる。
【００１６】
本発明で提供する照明装置はＸ軸方向と、Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向とからなる矩形状の出射面を持つ照明装置であって、前記照明装置は複数の線状光源と、第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段とを備え、該第１光線方向制御手段はＹ軸方向の視野角特性を絞るための部材であり、該第２光線方向制御手段は、正面方向の輝度ムラを解消するための部材である。
【００１７】
出光強度の分布がほぼ一定であれば、輝度ムラが解消され、輝度の均一性が得られる。前記のように線状光源を配列した照明装置では、出光強度の分布は、各線状光源の出光強度の分布の総和であり、出射面側の任意の位置で分布がほぼ一定となれば、輝度ムラは解消される。
【００１８】
本発明の照明装置は正面方向への出光強度の分布をほぼ一定とすることで、正面方向の輝度ムラを解消する。
加えてこれらの照明装置の出射側に透過型表示素子を配置することで画像表示装置を得られる。
ここで正面方向とは第２光線方向制御手段の主面の法線方向を中心とした微小立体角を意味する。
【００１９】
以下に本発明が提供する手段について詳細に説明する。
本発明の照明装置の一態様は
Ｘ軸と、Ｘ軸に垂直なＹ軸とに平行なＸ−Ｙ平面に平行な矩形状の出射面を持ち、
複数の線状光源と、反射板と、第１光線方向制御手段と、第２光線方向制御手段とを備える照明装置であって、
前記反射板は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置しており、
前記線状光源は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想面内に、平行かつ等間隔に、配置しており、かつＹ軸に平行に、Ｘ軸に沿って配列しており、
前記第１光線方向制御手段と、前記第２光線方向制御手段とは、前記線状光源からの光が該第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段の両方に受光されるように配置しており、
前記第１光線方向制御手段は、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、出射面側に通過させて出射エネルギーを正面方向に集中させ、
【００２０】
第２光線方向制御手段のある板状構造物の主面と線状光源が配置されている仮想平面とが平行であることで、線状光源から第２光線方向制御手段までの距離が一様になるため、それぞれの線状光源の第２光線方向制御手段への入光強度の分布は均等になり、全体の入光強度の分布は線状光源の配列方向であるＸ方向に沿って、線状光源の位置に従った周期的な分布となるため、輝度ムラの解消が容易である。
【００２１】
該第２光線方向制御手段のある板状構造物の主面は、線状光源に対向し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光する出射面とからなる。
【００２２】
さらに、本発明者らは上記課題に鑑みて、以下の検討をなし本発明に至った。
複数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、各線状光源に対向する位置では大きく、隣接する光源同士の間に対向する位置では小さい。そこで、線状光源に対向する位置から出光する光を、光制御部材の第２光線方向制御手段での適度な反射によって弱めると共に、反射光を反射板で拡散光として、再び光制御部材に戻して出射させる。
【００２３】
これにより、光の利用効率を大きく低下させることなく、線状光源に対向する位置とそれ以外の位置から出射する光のエネルギーとが等しくなり、ランプイメージが解消されること、ならびに、この目的を達成するために、光制御部材の、線状光源に対向する位置と隣接する２つの線状光源の中間点に対向する位置の全光線透過率の比を適当な範囲に制御する、という手段を見出すに至った。
【００２４】
本発明者らは更に詳細に検討し、最適な全光線透過率の比の範囲を見出した。また、この方法によって、光利用効率を下げる拡散材の使用を回避もしくは大幅に減少することができ、高い光利用効率が達成されることを見出した。
【００２５】
また、線状光源と光制御部材の位置あわせを不要とするためには、光制御部材における入射面上の任意の点で、全光線透過率について同じ性質をもつ必要がある。すなわち、入射面上の任意の点で均一な光学的性質を持つことが必要であると結論した。ここで「点」とは少なくとも視覚に影響を及ぼさない微小な領域を示す。
【００２６】
上記の検討結果に基づいて成された本発明に係る照明装置は、規則的に配置した複数の線状光源と、反射板と、前記線状光源及び前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する第１光線方向制御手段及び第２光線方向制御手段とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、前記反射板は、前記Ｘ−Ｙ平面に平行に配置しており、前記線状光源は、前記反射板よりも正面側に配置され、前記Ｘ−Ｙ平面に平行な仮想面内に、Ｙ軸に平行かつＸ軸に沿って等間隔に配列されて配置しており、前記第１光線方向制御手段と前記第２光線方向制御手段とは、前記線状光源よりも正面側に配置され、前記線状光源からの光が該第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段の両方に受光されるように配置しており、前記第１光線方向制御手段は、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、出射面側に通過させて出射エネルギーを正面方向に集中させ、前記第２光線方向制御手段は、受光した光を屈折させて光のＸ軸方向の分散を集光して、出射面側に通過させて正面方向の出射エネルギーを平均化し、任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍと前記第２光線方向制御手段との距離をＨとした場合、前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で発する光が前記出射面から出光する割合である全光線透過率が５０％以上であり、且つ、全光線透過率が、線状光源Ｍの位置から正面方向に発する光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍である照明装置を提供する。
【００２７】
この構成によれば、上記第２光線方向制御手段に対してＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で入射した光の全光線透過率が５０％以上であり、且つ、該全光線透過率が、前記Ｚ軸に平行な方向から入射した光の場合の全光線透過率の１．０５倍〜３倍、即ち、上記線状光源に対向する真上位置に入射する光の全光線透過率よりも適度に高くなる。従って、前記記第２光線方向制御手段から出射する光エネルギーの出射面内分布は均一化される。また、記第２光線方向制御手段の任意の点で好ましい光学的性質が得られる。
【００２８】
さらに、Ｙ軸に平行な方向で発散して線状光源から出射された光が、前記第１光線方向制御手段により正面方向に集光されるため、正面方向の輝度を高めることができる。
【００２９】
本発明に係る照明装置の一態様は、
前記第１光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物が前記Ｘ−Ｙ平面と平行に配置されており、
前記第１光線方向制御手段が前記板状構造物の出射面側の面のＸ軸に平行な複数の凸部からなり、該凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きの最大値が３０°以上かつ６０°以下である。
第１光線方向制御手段を板状構造物とすることで、機械的強度が確保でき、フィルム状態で反りに伴い発生する光学特性の変化を軽減することが出来る。
【００３０】
図１９で第１光線方向制御手段の作用を説明する。Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行なＹ−Ｚ平面内での光の伝搬を考える。
第１光線方向制御手段を構成する板状構造物の線状光源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。
【００３１】
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光源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の裏側に設けられた反射板により反射され、再度第１光線方向制御手段に入射し上述の現象が繰り返される。
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。
【００３２】
本発明に係る照明装置の他の一態様は、
前記第１光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物が前記Ｘ−Ｙ平面と平行に配置されており、
前記第１光線方向制御手段が前記板状構造物の光が入射する側の面のＸ軸に平行な複数の畝状凸部からなり、該畝状凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きの最大値が１０°以上かつ４０度以下である。
前記板状構造物の主面は前記第１光線方向制御手段のある入射面とこれに対向する出射面とからなる。
【００３３】
図２３で第１光線方向制御手段の作用を説明する。前記板状構造物の法線方向とＹ軸方向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軸方向の一方をプラス、他方をマイナスとする。図２３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Ｗ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ｔとする。
【００３４】
第２光線方向制御手段の法線方向とＹ軸方向に平行な面内で、第２光線方向制御手段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ｔに入射するとより法線方向から離れる角度で出射する。
第１光線方向制御手段の通過する光の角度分布の調整は凸部W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。
【００３５】
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、光は再度光源側に反射される。反射された光は線状光源の裏側に設けられた、反射板により再度第２光線方向制御手段に入射し上述の現象が繰り返される。
従って、第２光線方向制御手段の光が入射する面側にＹ軸方向と平行な畝状の凸部Wの形成により、Ｘ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出来る。
【００３６】
凸部Ｗの高さが高くなるとＸ軸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ｔの割合が大きくなる。つまり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。
凸部Ｗ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。
【００３７】
また凸部Ｗ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。
さらに凸部ＷのＹ軸方向の断面形状は頂部を通る第２光線方向制御手段の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軸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出来るので、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。
【００３８】
本発明に係る照明装置の一態様及び他の一態様は、前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対して角度αで発する光の１０〜５０％は、前記方向と成す角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射する。
この構成によれば、角度αで入射した光の１０〜５０％が出射角度−１５°〜＋１５°で出射するので、前記光制御部材の出射面において光制御部材の正面方向、即ち、入射面の法線方向から出射する成分の割合が著しく増大する。
【００３９】
本発明に係る照明装置の一態様及び他の一態様は、
前記第２光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物は前記線状光源に対向する平坦な入射面と、Ｘ軸に平行な複数の畝状凸部からなる前記第２光線方向制御手段が形成されている出射面とを有し、前記畝状凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線のＸ軸に対する斜面の傾きθが、該板状構造物の屈折率がｎであるとき、０≦｜Sin−１（ｎ・sin（θ−Sin−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ｜≦（π／１２）を満たし、かつ傾きθ２がSin−１(１／ｎ)未満である領域ｘを含み、該領域ｘは前記凸部の頂部を含み、該領域ｘのＸ軸と平行な方向成分の長さｐと断面全体の輪郭線のＸ軸と平行な方向成分の長さＰの割合が０．１５〜０．８０である。
【００４０】
この構成によれば、出射面に凸部が形成されており、該凸部の頂部を含み出射面に直交する面で切った少なくとも所定の一方向の断面の輪郭線の傾きが前記θ未満であることで、角度αで入射した光の正面から大きく外れた不要な方向への出光を抑制し、該出射面に対する傾きθ２の絶対値がSin−１(１／ｎ)未満の領域Ｘを前記輪郭線上の出射面と平行な方向成分として出射面の０．１５〜０．８０の割合で含み、且つ領域Xが頂部を含むことで、異なる光拡散性を示す領域となり、領域Xの割合を調整することで集光と拡散のバランスを調整でき、入射した光を好適な角度分布に出光することができる。
【００４１】
本発明に係る照明装置の一態様及び他の一態様は、
前記第２光線方向制御手段が板状構造物にあり、
前記板状構造物は前記線状光源に対向する平坦な入射面と、Ｘ軸に平行な複数の畝状凸部からなる前記第２光線方向制御手段が形成されている出射面とを有し、前記畝状凸部の前記Ｘ−Ｚ平面に平行な断面の輪郭線が、延長線の交差する角度θ３が鋭角である２つの略直線と、該２つの略直線の各一端同士を結ぶ凸状の曲線とを含む。
この構成によれば、上記凸部の輪郭線が、鋭角θの交差方向に延びる２つの略直線と、それらの各一端同士を結ぶ凸状の曲線とを有する形状であるので、前記略直線の部分と曲線の部分とでは集光効率及び拡散効率が互いに異なる。
【００４２】
好適には、上記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成され、該出射面に直交し、且つ、該出射面上の前記凸部の頂部を含む前記線状光源と平行な方向で断面した光出射部分における稜線が、前記線状光源に対して平行な方向に延びる直線である。
この構成によれば、出射面に形成した稜線の直線方向が、線状光源の長手方向と平行であるので、特に線状光源の真上に進行して光制御部材に入射した光は、出射面側の凸部により一部が全反射される。
【００４３】
本発明に係る照明装置の一態様及び他の一態様は、第１光線方向制御手段と前記第２光線方向制御手段とが同じ板状構造物にあることを特徴とする。これにより第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段のある部材間の界面をなくすることができ、界面での反射による光の損失を低減することができる。
【００４４】
本発明に係る光制御部材は、上述したいずれかの照明装置が備える第１光線方向制御手段及び第２光線方向制御手段よりなる光制御部材を提供する。
この光制御部材により正面方向の出射光分布を均一化するとともに、正面輝度を高めることができる。なお、前記光制御部材は、第1光線方向制御手段と第２光線方向制御手段とが同一の部材上に設けられたものであってもよいし、第1光線方向制御手段を備えた部材と第２光線方向制御手段を備えた部材とが、別々の部材であって、それらの組み合わせであってもよい。
【００４５】
本発明に係る画像表示装置は、上述したいずれかの照明装置上に透過型表示素子を設けたことを特徴とする画像表示装置を提供する。
この構成によれば、照明装置上に液晶パネル等の透過型表示素子を設けたので、前記光制御部材により効率良く集光及び拡散された光線が、透過型表示素子を透過する。
【発明の効果】
【００４６】
本発明に係る照明装置は、隣接する２つの線状光源の中間点に対向する部分での全光線透過率を、線状光源に対向する位置に入射する光の全光線透過率よりも適度に高くすることで、出射する光エネルギーを均一化することができることから、ランプイメージが解消され、輝度が高く、且つ、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができる。
【００４７】
本発明に係る照明装置においては、前記出射面において照明装置の正面方向に出射する光線の割合が増加するので、上述した照明装置のいずれかに記載の発明の効果に加えて、その分だけ前記正面方向の輝度が向上するという格別の効果を奏する。
【００４８】
本発明に係る照明装置において、正面方向から大きく外れた不要な方向への出光を抑制し、集光と拡散のバランスを調整でき、入射した光を好適な角度分布に出光することができる。
【００４９】
本発明に係る照明装置において、前記略直線の部分と曲線の部分とでは、光出射面に於ける集光及び拡散の程度が互いに異なるので、上述した照明装置のいずれかに記載の発明の効果に加えて、出射面における集光性能及び拡散性能が一層向上し、もって、出射面内輝度の均一化をより効果的に高めることができる。
【００５０】
また、出射面に形成した稜線の直線方向が、線状光源の長手方向と平行であるので、特に線状光源の真上に進行して光制御部材に入射した光は、出射面側の凸部により一部が全反射される。
【００５１】
本発明に係る照明装置は、第１光線方向制御手段と前記第２光線方向制御手段とを同じ板状構造物に設けることで、両者の間の界面をなくすることができる。その結果、界面での反射による光の損失を低減することができ、出光強度の向上が図られる。
【００５２】
本発明に係る光制御部材は、上述したいずれかに記載の照明装置が備える光制御部材である。光制御部材は、入射面側から該入射面に入射した光を一部は反射し、一部は透過する。この機能によって出光強度を一定にできる。
【００５３】
本発明に係る画像表示装置は、光制御部材により集光及び拡散された光線が透過型表示素子を透過するので、簡単な構成でありながら、線状光源の位置調整が不要であり、ランプイメージを解消でき、且つ、優れた出射面内均一な明るさを有する画像表示装置を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明は、本発明は、光入射側から光出射側に向かって（正面側に向かって）前記反射板、線状光源並びに第１光線制御手段および第２光線制御手段よりなる光制御部材がこの順に配置され、前記第１光線方向制御手段は、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、出射面側に通過させて出射エネルギーを正面方向に集中させ、前記第２光線方向制御手段は、受光した光を屈折させて光のＸ軸方向の分散を集光して、出射面側に通過させて正面方向の出射エネルギーを平均化し、任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍと前記第２光線方向制御手段との距離をＨとした場合、前記線状光源Ｍの位置から前記Ｘ軸とＺ軸とに平行なＸ−Ｚ平面に平行かつＺ軸に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で発する光の全光線透過率が５０％以上であり、且つ、全光線透過率が、前記線状光源Ｍの位置から正面方向に発する光の全光線透過率の１．０５倍乃至３倍であることにより、構成がシンプルで生産性が向上し、線状光源の位置調整が不要となり、ランプイメージを解消すると共に、出射面内における輝度均一化に優れた照明装置及び画像表示装置を安価に得るという目的を実現した。
【００５５】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図１６に従って説明する。図１に示すように、光入射側から光出射側に向かって反射板２、複数の線状光源１、並びに第１光線制御手段および第２光線制御手段よりなる光制御部材４がこの順序で配置され、該光制御部材４は規則的な複数の凸部４１，４２を有する。複数の凸部４１は第１光線方向制御手段として機能し、複数の凸部４２は第２光線方向制御手段として機能する。第１光線方向制御手段である凸部４１としては光が入射する面である入射面に配置された複数のレンズ、出射側に配置された複数のレンズもしくは複数のプリズムが挙げられる。また第２光線方向制御手段である凸部４２としては出射面側に配置された複数のレンズもしくは複数のプリズムが挙げられる。
【００５６】
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Ｘ−Ｙ平面に平行な矩形状の出射面を持つ照明装置であって、線状光源１は前記Ｘ−Ｙ平面に平行な１つの仮想平面内に、Ｙ軸方向と平行に、かつＸ軸方向に沿って配置されている。また、前記反射板、前記線状光源及び光制御部材は、前記Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸に平行に、正面側に向かって、この順に配置されている。
【００５７】
ここで第２光線方向制御手段は、前記配列した線状光源の出射面側に配置され、かつ、第２光線方向制御手段が畝状の凸部４２であり、該畝状凸部４２を構成する構造体の主面は線状光源１が配列している前記仮想平面と平行であり、出射面側に表面に凸部４２を複数形成しており、該凸部４２は頂部にあたる畝状の稜線がＹ軸方向に平行に形成されており、かつ、Ｘ軸方向に沿って配列している照明装置である。
【００５８】
背面にＸ軸方向とＹ軸方向に平行に配置した反射板２の反射率は９５％以上であることが望ましい。線状光源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、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。この観点から発泡ＰＥＴ樹脂などが望ましい。
【００５９】
第２光線方向制御手段である凸部に形状を賦形する方法には制限はないが、押出し成形、射出成形、紫外線硬化型樹脂を用いた２Ｐ成形等があげられる。成形方法は凸部の大きさ、必要形状、量産性を考慮して適宜用いればよい。主面サイズが大きい場合は、押出し成型が適している。
また、通常第２光線方向制御手段である凸部は連続して配列するが、凸部の間に平坦部を設けてもよい。平坦部を設けることにより、金型の凸部が変形しにくい形状となるため、有利である。また、線状光源の直上での光が正面方向に出射されるため、線状光源の直上での輝度のみを上げるときに有効である。逆に、平坦部を持たない形状の場合は、凸部の斜面の傾きの角度ですべての光を制御できるため、正面方向への出光強度の分布が均一となる。
【００６０】
また、第２光線方向制御手段である凸部が同じ形状であることが望ましい。第２光線方向制御手段の光学的性質は一様であるので、位置合わせが不要で、ディスプレイサイズや線状光源の本数や配置の変更にも即座に対応でき、生産性よく照明装置を製造することができる。
また第２光線方向制御手段が板状部材にあり、かつ第２光線方向制御手段が出射面に形成された凸部である時、該板状部材は第２光線方向制御手段と同じ材料でもよく、通常光学材料の基材として用いられる材料であれば望ましく用いることができ、通常、透光性の熱可塑性樹脂を用いる。たと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などが挙げられる。
【００６１】
本発明の第２光線方向制御手段は必要に応じて異なる複数の材料を用いて作ることもできる。例えば第２光線方向制御手段である凸部をフィルム上に形成した後、凸部を形成していないフィルム面に支持板を貼り合わせて、光制御部材の一部とすることもできる。この構成によると、例えば凸部の形成に紫外線硬化樹脂を用いる場合に、凸部付近以外に汎用の透光性樹脂を用いることで高価な紫外線硬化樹脂の使用量を削減することができる。
前記第１光線方向制御手段および前記第２光線方向制御手段は、同じ構造体上に設けられていてもよいし、異なる構造体上に設けられていてもよい。
【００６２】
第１光線方向制御手段が前記配列した線状光源の出射面側に配置され、かつ、第１光線方向制御手段を構成する構造体の主面は線状光源１が配列している前記仮想平面と平行であり、出射面側もしくは光が入射する面側の表面に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Ｘ軸方向に平行に形成されており、かつ、Ｙ軸方向に沿って配列している。
背面に配置した反射板２は線状光源１から背面に向かう光や、第１光線方向制御手段や第２光線方向制御手段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。
【００６３】
第１光線方向制御手段もしくは第２光線方向制御手段の何れかは板状構造物にあることが望ましい。それらがそれぞれ異なる部材であるときには、線状光源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。
【００６４】
図１７は線状光源を平行に配列した場合の、正面方向への出光強度と線状光源の位置との関係を表す図である。ここに示すように、複数の線状光源１を配置して成る照明装置にあっては、正面方向（図中では上）への出光強度は、各線状光源１の直上部分と、該直上部分と隣り合う線状光源１それぞれの直上の間の部分（斜め上部分）とでは大きく異なる。これは本発明の照明装置では第２光線方向制御手段の入射面への正面方向への入射強度が、各線状光源１の直上部分と、斜め上部分とで大きく異なることを意味する。
【００６５】
このように、反射板２と第２光線方向制御手段の間に複数の線状光源１を配置して成る照明装置にあっては、図２に示す様に、前記第２光線方向制御手段の入射面に相当する仮想面へ入射した光は、各線状光源１の直上部分と、隣り合う線状光源１同士の間の部分とでは光入射エネルギーが異なる。
即ち、各線状光源１位置に対向する真上領域では、線状光源１に近いため入射エネルギーが大きい一方、複数の線状光源１同士の間の位置に対向する非真上領域（各線状光源１の斜上部分）では、線状光源１から離れているため入射エネルギーは小さい。
【００６６】
また、図３に示す様に、前記仮想面に対する入射エネルギーの角度分布図、即ち、入射角度に対する輝度の分布図では、仮想面に対し垂直方向に入射した光線の輝度が最大値を示す。一方、図４に示す様に、仮想面に対する出射エネルギーの角度分布図、即ち、出射角度に対する輝度の分布図では、仮想面に対し斜め方向に入射した光線の輝度、特に、前記隣り合う線状光源同士の間の中央位置近傍における光線の輝度が最大値を示す。
【００６７】
本発明に係る照明装置においては、図５に示すように、任意の線状光源Ｍと、該線状光源Ｍに対し最近傍に位置する別の線状光源Ｎとの距離をＤ、該線状光源Ｍと第２光線方向制御手段との距離をＨとした場合、該第２光線方向制御手段を有する光制御部材４の入射面上における任意の点について、該入射面に入光した光が該光制御部材４の出射面から出光する割合であるところの全光線透過率に関しては、５０％以上乃至１００％の範囲であって、かつ、次のような関係を有する。
すなわち、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倍であることを特徴としている。また、該全光線透過率の割合Ｒ１／Ｒ２は１．０５〜２．００倍であることが、光利用効率の観点からより好ましい。
【００６８】
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、光制御部材の表面に凹凸形状を形成している場合において、例えば、凹凸形状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、該凹凸形状の特徴を全光線透過率に反映するために、少なくとも凹凸形状部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。
【００６９】
図６に、平坦な入射面を有する測定対象物７へ入射角βで入射した平行光８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５の開口部６の下側にこれを閉鎖するように測定対象物７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８を、測定対象物７の法線方向に対しβの角度で入射させる。
而して、測定対象物７を透過した光は積分球５内で乱反射され、図示していないフォトマルチプライヤーに代表される検出器でその反射エネルギーを測定する。ここで、測定対象物７を図示のように設置して、角度βで平行光８を入射した場合の検出器の出力をＶ（β）、測定対象物７が設置されていない場合の検出器の出力をＶ０とすると、角度βにおける全光線透過率はＶ（β）／Ｖ０で得られる。
【００７０】
図５に示す様に、前記角度αは、線状光源Ｍまたは線状光源Ｎから発した光が、該線状光源Ｍと線状光源Ｎ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Ｍ，Ｎの真上の部分と、線状光源Ｍと線状光源Ｎ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。
さらに、前記光制御部材４の全光線透過率は入射角度のみに依存し、光制御部材４に対する入射位置には依存しないため、複数の各線状光源と光制御部材４との位置調整が不要である。つまり、照明装置の組立時に、光制御部材４の面内方向における位置を厳密に設定する必要はない。従って、本発明の光制御部材４を大面積で作製した後、必要寸法に応じて任意の位置から切出したものを使用することができるため、照明装置の生産性を著しく向上させることができる。
【００７１】
以下、光制御部材４を構成する第２光線方向制御手段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、すなわち第２光線方向制御手段の例について説明する。まず、該具体的手段の第１の例としては、図１に示したように、光制御部材４の出射面に複数の凸部４２を設けて第２光線方向制御手段とした態様が挙げられる。凸部４２がストライプ状に形成された好適な断面形状を、図７に示す。
該凸部４２の断面形状は、Ｘ−Ｙ平面に直交し、Ｙ軸方向に沿って切断した場合の輪郭線から成る。即ち、輪郭線は、Ｘ−Ｚ平面に平行な断面にある。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）１０と、該２つの略直線（部）１０の各一端同士を結ぶ曲線（部）１１とから構成され、かつ、輪郭線の頂部が凸状の曲線１１である。ここで、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。
【００７２】
図１５、図１６に出射面に断面が略楕円形状の凸部４２を形成した場合の光線の挙動を示した。凸部を略楕円形状で構成することで、凸部裾部１８の傾きの絶対値を０≦｜Sin−１（ｎ・sin（θ−Sin−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ｜≦（π／１２）を満たすθ以下であるようにとっている。
図１５では、法線に対して角度αで入射する斜め入射光１２は凸部裾部１８において屈折作用により光制御部材４から略正面方向に出射させることができる。
これは次の理由による。
凸部裾部１８の傾きをγ、第２光線方向制御手段への入射角度をφ1、第２光線方向制御手段を構成する部材の屈折率をｎとすると図１０に示す様に、第２光線方向制御手段となる凸部４２の一方の裾部１８から透過する光のＺ軸方向に対する角度φ5は下記の通り求めることができる。
φ2=Ｓｉｎ−１｛（ｓｉｎφ1）／ｎ｝
φ3＝γ−φ2
φ4＝Ｓｉｎ−１（ｎ×ｓｉｎφ3）
φ5＝φ4−γ
すなわち、φ5＝Sin−１（ｎ・sin（γ−Sin−１（（１／ｎ）・sinφ1）））―γ
【００７３】
本発明の主旨から光線の出射方向は正面方向であることが好ましい。従って、φ1＝αの場合、−１５°≦φ5≦１５°であることが望ましい。また−１０°≦φ5≦１０°であることがより望ましい。さらには−５°≦φ5≦５°となるようにγを選択することが好適である。
例えば、線状光源間の距離Ｄを３３ｍｍ、線状光源の中心から第２光線方向制御手段までの最短距離Ｈを１５ｍｍ、第２光線方向制御手段を構成する部材の屈折率ｎを１．５４とすると、５２°≦γ≦６９°（４２°≦θ≦７６°）であることが望ましい。また、５７°≦γ≦６８°（４４°≦θ≦６６°）であることがより望ましい。さらには、６２°≦γ≦６７°（４６°≦θ≦５６°）となるように、γを選択することが好適である。
【００７４】
凸部頂部１９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ｘを持っている。このように領域ｘ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１８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。
【００７５】
また図１６に示す様に第２光線方向制御手段に垂直に入射した光１４は一部が方向を分散しつつ出射すると同時に、凸部表面に入射した光の一部は反射光１６として入射側に戻ることで、全光線透過率を抑えることが可能となる。これによって輝度均一性が高く、高輝度な照明装置を得ることができる。
【００７６】
第２光線方向制御手段を構成する凸部４２の形状としては、２つの断面略直線１０と断面曲線１１を有する立体形状に形成することもできる。この理由について以下に説明する。図８に示す様に、前記凸部４２の立体形状を、鋭角θ３をなす２つの略斜面部（断面略直線１０に相当）と曲面部（断面曲線１１に相当）とによって構成することにより、第２光線方向制御手段の仮想入射面１５に斜めに入射した斜め入射光１２は、断面略直線１０の部分において屈折作用により、第２光線方向制御手段の出射面側から略垂直方向（入射面１５の略垂直方向と同方向）に出射させることができる。
【００７７】
また、図９に示す様に、光制御部材４に垂直に入射した光１３は、前記凸部４２の曲面部において出射方向を分散すると同時に、凸部４２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１３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、且つ、高輝度な照明装置を容易に得ることができる。
【００７８】
前記第２光線方向制御手段を構成する凸部４２の投影面積Ｐに対する曲線部１１の投影面積Ａの割合Ａ／Ｐについては、４０〜８０％であることが望ましい。例えば、図７中の面積割合Ａ１／Ｐ１が前記面積割合Ａ／Ｐに相当する。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１０の面積が減少することにより、斜め入射光１２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。
【００７９】
図１１に、本発明で実施可能な第２光線方向制御手段の凸部４２の別の形状を示す。この場合、凸部４２の谷部分に断面曲線（部）１４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。さらに、第２光線方向制御手段を有する光制御部材４内部で様々な方向に光を伝搬させて分散効果を高めるための手段としては、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。
【００８０】
また、光源が線状光源であるので、出射面側の複数の凸部４２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の長手方向と平行にする必要がある。これにより、第２光線方向制御手段における出射光の角度分布調整が一層容易となる。
【００８１】
上記第２光線方向制御手段の凸部４２の高さまたは深さは、１μｍ以上かつ５００μｍ以下が望ましい。５００μｍを越えると、凹凸が観察されるため品位の低下を招く。また、１μｍ未満であると、光の回折現象により着色が発生して品位の低下を生じる。さらに、特に液晶パネルを利用する際には、液晶の画素の配列方向と平行な方向の凹凸の平均幅が、液晶の画素ピッチの１／１．５以下であることが望ましい。平均幅が画素ピッチの１／１．５を越えると、液晶パネルの表面によりモアレ現象が発生し、液晶パネルの画質を大きく低下させる。
【００８２】
上記に示したプリズムなどの表面パターンを設ける場合は、押出し成形、射出成形、紫外線硬化型樹脂を用いた２Ｐ成形等の何れも用いることができる。成形方法は、プリズムの大きさ、必要形状、量産性を考慮して適宜用いればよく、特に限定されない。
なお、本発明の照明装置上に透過型の表示素子を設けることで、表示面における輝度均一性に優れる画像表示装置を容易に得ることが出来る。
【００８３】
図１８に第２光線方向制御手段が板状構造物にあり、かつ第１光線方向制御手段が出射面側の面の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、第２光線方向制御手段は第１光線方向制御手段よりも光源側に配置されている。本構成では第１光線方向制御手段は板上もしくはフィルム上に形成されていればよい。
【００８４】
また図２０に第１光線方向制御手段が板状構造物にあり、かつ第１光線方向制御手段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、板状構造物は第１光線方向制御手段よりも観察側に配置されている。本構成では第２光線方向制御手段は板上もしくはフィルム上に形成されていればよい。
【００８５】
図２２に第１光線方向制御手段が板状構造物にあり、かつ第１光線方向制御手段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、板状構造物は第１光線方向制御手段よりも光源側に配置されている。本構成では第２光線方向制御手段は板状もしくはフィルム上に形成されていればよい。
【００８６】
図２４に第２光線方向制御手段が板状構造物にあり、かつ第１光線方向制御手段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、板状構造物は第１光線方向制御手段よりも光源側に配置されている。本構成では第１光線方向制御手段は板状もしくはフィルム上に形成されていればよい。
【００８７】
第１光線方向制御手段の凸部の高さは１μｍ〜５００μｍが望ましい。５００μｍより大きくなると、出射面を観察した際、凸部が確認されやすくなるため品位の低下を招く。また１μｍより小さくなると光の回折現象により着色が発生し品位の低下を生じる。さらに、透過型液晶パネルを透過型表示装置素子として設けた本発明の画像表示装置においては、Ｙ軸方向の凸部の幅が、液晶のＹ軸方向画素ピッチの１／１００〜１／１．５であることが望ましい。これより大きくなると液晶パネルとのモアレが発生し画質を大きく低下させる。
【００８８】
また第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段が凸部により構成される場合、第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段は通常光学材料として用いられる材料であれば望ましく用いることができ、通常、透光性の熱可塑性樹脂を用いる。たと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などが挙げられる。また基材となるフィルムやシート上に第１光線方向制御手段を紫外線硬化性樹脂により２Ｐ成形することも可能である。
【００８９】
図２５に示す様に、第１光線方向制御手段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、第２光線方向制御手段と同一の構造物にあることが好ましい。第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段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出来る。
第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段が同一の板状構造物にある場合は、先ず、第１光線方向制御手段もしくは第２光線方向制御手段を形成した板状構造物を作製した後、その反対面に第１光線方向制御手段もしくは第２光線方向制御手段を２Ｐ成形などにより形成することで得ることが出来る。
さらには、第１光線方向制御手段の雌型、第２光線方向制御手段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。
【００９０】
図２６には、第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段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を示す。この様な構成の場合は、先ず、第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段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出来る。
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。
第２光線方向制御手段の出射面側に光拡散機能を有する光拡散シートを設けても良い。光拡散シートによる拡散によりより均一な正面輝度分布を得ることができる。
【００９１】
図２１に示す様に、第１光線方向制御手段の表面には複数の略半球状の微小凹凸が形成され、かつ第２光線方向制御手段より出射面側に配置されていることが好ましい。前述したように、第２光線方向制御手段に対し斜め方向に入射した光は第２光線方向制御手段凸部の一部から正面方向に光を出射する。つまり第２光線方向制御手段の凸部を詳細に観察するとＸ軸方向と平行な微細な明暗が発生する。微小凹凸によってＹ軸方向の角度分布も分散させることで上記微細な明暗を解消することができる。また微小凹凸はランダムに配置されていることが望ましい。発光面上にＬＣＤなどを設けた場合、周期性を有する画素と第２光線方向制御手段の凸部の配列周期との干渉により生じるモアレをランダムに配置した微小凹凸による散乱効果により低減することができる。
【００９２】
該微小凹凸は第１光線方向制御手段の凸部を形成後、微粒子を分散した溶液をスプレー等での塗布、もしくはロール状の雌型を準備し微粒子を分散した樹脂を押出しによる成形、さらには平板状のメス型を準備し微粒子を分散した紫外線硬化型の樹脂を用いて２Ｐ成形することにより得ることができる。
この際の微粒子の屈折率と第１光線方向制御手段を構成する凸部３との屈折率差は０．１以下であることが望ましい。さらには０．０５以下であることがより好適である。０．１より大きくなると屈折率差による散乱作用により集光機能が低下するためである。
【実施例】
【００９３】
本実施例の照明装置の構成は図１の略図で示される。
まず図示していないＹ軸方向の長さ４５８ｍｍ、Ｘ軸方向の長さ７３０ｍｍ、Ｙ軸方向とＸ軸方向に垂直な厚さ方向の長さ３５ｍｍで、出射側にＹ軸方向の長さ６９８ｍｍ、Ｘ軸方向の長さ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２を配置する。
【００９４】
次に前記反射板の出射側に２ｍｍの間隔をおいて、該反射板と平行に線状光源を配置する。線状光源１としては直径３ｍｍ、長さ７００ｍｍの複数の冷陰極管をＹ軸方向に沿ってＸ軸方向に平行に配置する。実施例１〜５および比較例１では冷陰極管１６本を２２ｍｍずつの間隔をおいて配置する。実施例６〜９および比較例２では冷陰極管１２本を３０ｍｍずつの間隔をおいて配置する。
【００９５】
次に第１光線方向制御手段（比較例１および２では備えない）と第２光線方向制御手段とから構成される光制御部材を開口部に被せるように配置する。実施例１〜５および比較例１では、前記光制御部材は前記線状光源１の出射側に１４ｍｍの間隔をおいて、該反射板２と平行となる。実施例６〜９および比較例２では、前記光制御部材は前記線状光源１の出射側に１３．５ｍｍの間隔をおいて、該反射板２と平行となる。
実施例１〜５および比較例１では、線状光源１の中心から第２光線方向制御手段までのＨは１５．５ｍｍ、隣接する線状光源１の中心同士の距離Ｄは２５ｍｍであり、前記角度αは３９°である。実施例６〜９および比較例２では、線状光源１の中心から第２光線方向制御手段までのＨは１５ｍｍ、隣接する線状光源１の中心同士の距離Ｄは３３ｍｍであり、前記角度αは４８°である。
【００９６】
実施例１〜３および５〜９の第２光線方向制御手段は以下の手順により作製した。出射面に形成する畝状の凸部４２は、切削加工によって幅約０．３ｍｍの表１に記載した断面形状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た。
【００９７】
また実施例１〜３および５〜９の第１光線方向制御手段は以下の手順により作製した。第１光線方向制御手段は、切削加工によって幅約０．１ｍｍの表１に記載した断面形状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た。
【００９８】
次いで、厚さ２ｍｍの樹脂板表面に粘着剤を介して上記第１光線方向制御手段を形成したフィルムを該樹脂板の片面に、もしくは第２光線方向制御手段を形成したフィルムを該樹脂板の片面に光学的に密着させ、他の制御手段を備えるフィルムと組み合わせて光制御部材を得た。もしくは第１光線方向制御手段を形成したフィルムと第２光線方向制御手段を形成したフィルムの両者を該樹脂板両面に光学的に密着させて光制御部材を得た。前記樹脂板としては実施例９を除き透明なアクリル板を用いた。
【００９９】
実施例９は、前記透明樹脂板の代わりに、光拡散材の微粒子としてシロキサン系重合体粒子（トスパール１２０：ＧＥ東芝シリコーン（株）製、数平均粒子径２μｍ、ＣＶ値３％）を０．０４Ｗｔ％含有した成型板を用いて、第２光線方向制御手段を有する構造体を作製する。
光拡散材を含有する成型板は次のようにして作成する。
他の実施例で光制御部材の作成に用いる透明樹脂板の材料と同じメタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂のペレットと、光拡散材と、紫線吸収剤である２−（５−メチル−２ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール０．１質量％とをヘンシェルミキサーで混合後、押出機を用いて溶融混練し、押出樹脂温度２００℃にて、幅１０００ｍｍ、厚み２ｍｍの成型板を作製する。これを切削することで、縦４３６ｍｍ、横７０７ｍｍとする。
【０１００】
実施例４の、第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段を同一面上に有する光制御部材は以下の手順により作製した。
まず、第１光線方向制御手段を反転した雌型を切削加工によって幅約０．１ｍｍの表１に記載した断面形状の溝状の凹部を平行に連続して作製する。これと直行する方向に第２光線方向制御手段を反転した雌型を切削加工によって幅約０．３ｍｍの表１に記載した断面形状の溝状の凹部を連続して作製する。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た。その後厚さ２ｍｍの透明なアクリル板表面に粘着剤を介して上記第１光線方向制御手段および第２光線方向制御手段を同一面上に形成したフィルムを光学的に密着させた。
表１に各実施例および各比較例の構成と輝度測定の結果を示す。
【表１】
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表１より本発明の第１光線方向制御手段と第２光線方向制御手段の双方を備える光拡散部材を用いることにより、第２光線方向制御手段のみを備える光拡散部材を用いた場合に比べ正面輝度の向上が図られることがわかる。
【０１０１】
図１２に、本発明で用いることのできる別の構成例を示す。本構成では、光拡散フィルムシート２２の上に偏光分離フィルム２３を重ね合わせている。偏光分離フィルム２３が直交する直線偏光を分離する場合には、発光面上に液晶パネルを載せ、偏光分離フィルム２３の透過偏光軸と液晶パネル入射面の偏光分離フィルム２３の透過軸を一致させることで、より高輝度な液晶表示装置を得ることができる。
また、偏光分離フィルム２３が右回りおよび左回りの円偏光を分離する場合には、偏光分離フィルム２３の出射面に１／４波長板を重ね合わせ、１／４波長板透過後に直線偏光に変換し、その直線偏光方向が、液晶パネル入射面の偏光分離フィルム２３の透過軸と一致する方向になればよい。
【０１０２】
次に、液晶表示装置（画像表示装置）の概略構成例に関しては、光制御部材４の上に液晶パネルを載置することにより、該パネル表示面内において輝度が均一な液晶表示装置を得ることができる。本発明の照明装置上に透過型表示素子を用いることで、構成が簡単な画像表示装置を容易に得ることができる。透過型表示素子の代表例としては、液晶パネルが挙げられる。
【０１０３】
ここで、画像表示装置とは、照明装置と表示素子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言う。図１３に、照明装置と表示素子を組み合わせて成る画像表示装置の構成例を示す。本構成では、光制御部材４の上に光拡散フィルムシート２２を重ね、この上に偏光分離フィルム２３を重ね合わせ、さらに、この上に液晶パネル２４を重ね合わせている。この場合、偏光分離フィルム２３の透過偏光軸と液晶パネル２４の入射面の偏光フィルムの透過軸とを互いに一致させている。
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る複数の光源上に設けた仮想面に入射する光線の入射エネルギーを模式的に説明する入射エネルギー分布図である。
【図３】本発明に係る線状光源真上での光制御部材(仮想面)に入射する光線の輝度（入射エネルギー）を模式的に説明する輝度分布図である。
【図４】本発明に係る複数の線状光源間での光制御部材(仮想面)に入射する光線の輝度（出射エネルギー）を模式的に説明する輝度分布図である。
【図５】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６】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一例を説明する概略構成図である。
【図７】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８】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９】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１０】本発明に係る光制御部材に対し出射面凸部で屈折し出射する光の光路と角度との関係を説明する概略構成図である。
【図１１】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１２】本発明に用いることのできる照明装置の構成例の別の一例を示す説明図である。
【図１３】本発明の面照明装置に液晶パネルを載せて液晶表示装置とした構成例を示す説明図である。
【図１４】従来の照明装置の概略構成図である。
【図１５】本発明に係る光拡散板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１６】本発明に係る光拡散板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１７】本発明に係る複数の光源上に設けた仮想面に入射する光線の入射エネルギーを模式的に説明する入射エネルギー分布図である。
【図１８】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２０】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２１】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２２】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２３】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２４】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２５】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２６】本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１      線状光源
２      反射板
４      光制御部材
４１    凸部（第１光線方向制御手段）
４２    凸部（第２光線方向制御手段）
５      積分球
６      開口部
７      測定対象物
８      平行光
９      凸部
１０    略直線（部）
１１    曲線（部）
１２    斜め入射光
１３    垂直入射光
１４    入射光
１５    入射面
１６    反射光
１８    凸部裾部
１９    凸部頂部
２０    光拡散板
２０ａ  開口部
２２    光拡散フィルムシート（拡散板）
２３    偏光分離フィルム
２４    液晶パネル（透過型表示素子）
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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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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