(57)【要約】【課題】  面状発光素子等からの光を効率良く正面方向に取り出すことができるプリズムシートを提供すること。【解決手段】  有機ＥＬ素子２０の発光層２２から拡散しつつ出射された光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが大きい光束については、プリズムシート３０に入射し、凸部３２の傾斜面３２ｂを通過する際に、Ｘ方向に関して光成分が集光される。また、プリズムシート３０に入射した光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが大きくない光束については、凸部３２の平坦面３２ａに入射した場合、この平坦面３２ａをほぼ直進して凸部３２の正面方向に射出される。結果的に、発光層２２の法線方向である照明装置１０の正面方向に対して高輝度の表示を行うことができる。【選択図】  図１
2007188065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面と、
前記入射面の反対側に形成され複数の凸部を有する射出部と、
を備える光学素子であって、
前記凸部を前記入射面に垂直な基準面に投影した基準形状が略台形状であり、
前記基準形状の高さをｈ１とし、前記基準形状の２つの斜辺を延長してできる三角形の高さをｈ２とした場合に、以下の条件
１≦（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００≦３５
を満たす光学素子。
【請求項２】
前記基準形状は、略等脚台形状である請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記凸部を前記入射面と前記基準面とに垂直な直交面に投影した直交形状が略台形状である請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項４】
前記凸部は、四角錘台形状を有する請求項３記載の光学素子。
【請求項５】
前記凸部は、正四角錘台形状を有する請求項４記載の光学素子。
【請求項６】
前記凸部は、
該凸部の上端に形成され、前記入射面に略垂直に入射する光を透過する平坦面と、
該凸部の側方に形成され、前記入射面に略垂直に入射する光を反射する傾斜面とを有する請求項１から請求項５のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項７】
前記基準形状の底辺と斜辺とのなす角をβ（°）とし、前記射出部の屈折率をｎとした場合に、以下の条件
３３＜β／√ｎ＜３９
を満たす請求項１から請求項６のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項８】
ＰＭＭＡにより形成され、
前記基準形状の底辺と斜辺とのなす角をβ（°）とした場合に、以下の条件
４０．３°＜β＜４７．６°
を満たす請求項１から請求項７のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項９】
前記射出部は、前記凸部を互いに隣接した状態で連続的に配置した形状を有する請求項１から請求項８のいずれか一項記載の光学素子。
【請求項１０】
面状発光素子と、
前記面状発光素子の第１面側に配置される請求項１から請求項９のいずれか一項記載の光学素子と、
前記面状発光素子の前記第１面とは反対側である第２面側に配置される反射素子と
を備える照明装置。
【請求項１１】
前記面状発光素子は、ランバーシアン型の配光特性を有する請求項９記載の照明装置。
【請求項１２】
前記面状発光素子は、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、及びＬＥＤ素子のいずれかで形成される請求項１０及び請求項１１のいずれか一項記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状発光素子等から射出された光の進行方向を変換することができる光学素子と、このような光学素子を備えた照明装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリズムシートを用いることで、面状照明装置から射出された光の進行方向を面状照明装置の発光面の法線方向に集めて、当該法線方向における輝度を高くする技術が知られている。この種のプリズムシートは、例えば透明な平板の一面に隙間無く三角プリズムや正四角錘を配列した構造を有し、斜面の傾斜角度を適当な範囲とすることによって目的とする光路変換特性を得ている（特許文献１参照）。なお、このプリズムシートについては、正四角錘を正四角錘台にしても実質的機能が損なわれない旨記載されている。
【特許文献１】特開２００５−５５４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、本発明者は、プリズムシートの形状等に関する様々なシミュレーションを行った結果として、三角プリズム等の傾斜角度を調整するだけでは、目的とする光路変換特性が必ずしも得られず、面状発光素子からの光を効率良く発光面の法線方向すなわち正面方向に取り出すことが難しいことを発見した。
【０００４】
そこで、本発明は、面状発光素子等からの光を効率良く正面方向に取り出すことができる光学素子を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、上記のような光学素子を組み込んだ照明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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子は、入射面と、入射面の反対側に形成され複数の凸部を有する射出部とを備える光学素子であって、凸部を入射面に垂直な基準面に投影した基準形状が略台形状であり、基準形状の高さと、基準形状の２つの斜辺を延長してできる三角形の高さとが、所定の条件を満たす光学素子を提供する。
【０００７】
以下、本発明に係る好ましい様態を説明する。  本発明に係る光学素子は、（ａ）入射面と、（ｂ）入射面の反対側に形成され複数の凸部を有する射出部とを備える。そして、本光学素子においては、凸部を入射面に垂直な基準面に投影した基準形状が略台形状であり、基準形状の高さをｈ１とし、基準形状の２つの斜辺を延長してできる三角形の高さをｈ２とした場合に、以下の条件
１≦（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００≦３５
を満たす。
【０００８】
上記光学素子では、凸部を入射面に垂直な基準面に投影した基準形状が略台形状であるので、入射面に対して小さな傾き角を有して入射した光束の一部については、凸部のうち台形の上辺に対応する平坦面を通過して光学素子の略正面方向（第１面方向）に射出され、入射面に対して大きな傾き角を有して入射した光束の一部については、凸部のうち台形の斜辺に対応する傾斜面を通過して屈折されつつ光学素子の略正面方向に射出される。ここで、凸部が三角形の頂部を切り取った断面を有すると考えた場合の欠け量ＴＡ＝（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００（％）が３５％を超えると光の進む向きを変える作用を有する傾斜面が少なくなる。つまり、欠け量ＴＡを３５％以下とすることで、傾斜面を十分確保でき傾斜面を介して進む向きを変えた光束を正面方向に十分な光量で射出させることができる。一方、欠け量ＴＡが１％未満となると正面方向の光束を直進させつつ射出させる作用を有する平坦面が少なくなる。つまり、欠け量ＴＡを１％以上とすることで、例えば光源に設けたミラーとの多重反射によって凸部の頂部に集まり易い光束を略正面方向に十分な光量で射出させることができる。なお、欠け量ＴＡが０％であると、凸部の尖った先端が欠け易くなり、破片によって光が予期しない方向に曲がって正面方向に入射される光が十分に得られないという問題が生じる。
【０００９】
本発明の具体的な態様又は観点では、上記光学素子において、基準形状が略等脚台形状である。この場合、凸部の両側面から同様の光路変換特性で光束を射出させることができる。
【００１０】
また、本発明の別の態様では、凸部を入射面と基準面とに垂直な直交面に投影した直交形状が略台形状である。この場合、基準面のみならず直交面に関しても所望の光路変換特性が得られるので光学素子の正面方向に効率良く光を取り出すことができる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、凸部が四角錘台形状を有する。この場合、凸部を２次元的に効率良く配列することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、凸部が正四角錘台形状を有する。この場合、基準面及び直交面に関して同一の光路変換特性を達成することができ、光学素子の正面方向に効率良く光を取り出すことができる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、凸部が、該凸部の上端に形成され、入射面に略垂直に入射する光を透過する平坦面と、該凸部の側方に形成され、入射面に略垂直に入射する光を反射する傾斜面とを有する。このような条件は、凸部の透明材料の屈折率等によって調節することができる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、基準形状の底辺と斜辺とのなす角をβ（°）とし、射出部の屈折率をｎとした場合に、以下の条件
３３＜β／√ｎ＜３９
を満たす。ここで、値ＤＰ＝β／√ｎは、入射光の進行方向を変換する作用の程度を表すパラメータである。値ＤＰ＝β／√ｎが例えば３３より大きい場合、進行方向を変換する作用が強くなって光学素子の正面方向に光を取り出す効果が十分に得られやすくなると考えられ、値ＤＰ＝β／√ｎが例えば３９よりも小さい場合、進行方向を変換する作用が弱くなって光学素子の正面方向に入射される光が増大する傾向が生じると考えられる。
【００１５】
本発明のさらに別の様態では、光学素子がＰＭＭＡにより形成され、基準形状の底辺と斜辺とのなす角をβ（°）とし、射出部の屈折率をｎとした場合に、以下の条件を満たす。
４０．３°＜β＜４７．６°
【００１６】
本発明のさらに別の態様では、射出部が凸部を互いに隣接した状態で連続的に配置した形状を有する。この場合、入射光を無駄なく取り込んで効率的にその進行方向を変換することができる。
【００１７】
本発明に係る照明装置は、（ａ）面状発光素子と、（ｂ）面状発光素子の第１面側に配置される上述の光学素子と、（ｃ）面状発光素子の前記第１面側とは反対側である第２面側に配置される反射素子とを備える。
【００１８】
上記照明装置では、以上で説明した光学素子を用いており、面状発光素子から取り出される光の正面輝度を高めることができる。
【００１９】
本発明の別の態様では、面状発光素子がランバーシアン型の配光特性を有する。この場合、凸部の上端の平坦面から光学素子の正面方向に射出される光と、凸部の側方の傾斜面から光学素子の正面方向に射出される光とをバランス良く増加させることができ、光の利用効率を高めることができる。
【００２０】
本発明の具体的な態様では、上記照明装置において、面状発光素子が有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、及びＬＥＤ素子のいずれかで形成される。この場合、小型で高効率の照明装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１（ａ）は、第１実施形態の照明装置の部分拡大平面図であり、図１（ｂ）は、同照明装置の部分拡大側断面図である。
【００２２】
この照明装置１０は、面状発光素子としての有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）２０と、光学素子としてのプリズムシート３０と、反射素子としてのミラー部材４０とを備える。
【００２３】
有機ＥＬ素子２０は、透明基板２１上に形成された発光層２２からなる。ここで、発光層２２は公知の構造を有する。すなわち、発光層２２では、一対の電極間に有機発光材料を含有する有機層が狭持され、電極間に電流が流されるとホール（ 正孔）と電子とが再結合して励起子が生成し、有機発光材料が励起状態となり、これが基底状態に戻る際に光を発する。なお、発光層２２は、ランバーシアン型の配光特性を有するものとなっている。つまり、発光層２２から射出される光は、発光層２２の法線方向を基準とした射出角をθとし正面輝度をＩ０としたとき、Ｉ０・ｃｏｓθで表される配光パターンを有する。つまり、側方から見た分布は、発光中心の正面方向を直径とするような円形断面を有する。
【００２４】
プリズムシート３０は、有機ＥＬ素子２０の正面側（第１面側）に設けられており、透明な板状の基板部３１と、多数のプリズム状の凸部３２からなる射出部３３とを有する。基板部３１は、ガラスやアクリル樹脂などで構成され、有機ＥＬ素子２０側の底部に平坦な入射面３４を有する。この入射面３４は、有機ＥＬ素子２０との境界面となっている。射出部３３は、入射面３４の反対側に形成されており、射出部３３を構成する凸部３２は、三角形の頂部を切り取ったような台形断面を有するプリズムである。より具体的に説明すると、凸部３２を入射面に垂直なＸＺ面（すなわち基準面）に投影した断面形状（すなわち基準形状）は等脚台形となっており、この等脚台形をＹ方向に移動させた軌跡が凸部３２の形状となっている。結果的に、射出部３３は、Ｙ方向に延びる台形プリズムである凸部３２をＸ方向に隙間無く隣接した状態で連続的に配置した構造を有する。各凸部３２は、上端に形成された平坦面３２ａと、側方に形成された傾斜面３２ｂとを有する。平坦面３２ａは、台形の上辺に対応し、傾斜面３２ｂは、台形の斜辺に対応する。なお、基板部３１と射出部３３の屈折率は、互いに異なるものとすることもできるが、以下で説明する実施形態では、簡単のため同一屈折率であるものとして取り扱っている。
【００２５】
ミラー部材４０は、有機ＥＬ素子２０の裏面側（第２面側）に設けられており、透明な板状の基板部４１と、基板部４１の一方に形成された反射層４２とを有する。基板部４１は、例えばガラスやアクリル樹脂などで構成されており、反射層４２は、有機ＥＬ素子２０側の上面に形成された平坦な反射膜である。なお、基板部４１は、ガラスやアクリル樹脂に限らず様々な材料で形成でき、基板部４１自体で反射するものであれば、反射層４２を設ける必要はない。さらに、通常の有機ＥＬ素子２０の場合、裏面電極が金属反射膜とされるので、この場合、ミラー部材４０が不要となり或いはミラー部材４０を省略することができる。
【００２６】
この照明装置１０において、有機ＥＬ素子２０の発光層２２から拡散しつつ出射された光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが大きい光束については、プリズムシート３０に入射し、凸部３２の傾斜面３２ｂを通過する際に屈折され、Ｚ方向に進む光成分が大きくなる。また、プリズムシート３０に入射した光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが小さい光束については、凸部３２の平坦面３２ａに入射した場合、この平坦面３２ａをほぼ直進して凸部３２の正面方向に射出される。一方、発光層２２の法線方向に対する傾きが小さい光束が凸部３２の傾斜面３２ｂに入射した場合、入射光束は傾斜面３２ｂで反射された後、さらに照明装置１０の中で繰り返し反射され、最終的には平坦面３２ａにほぼ垂直に入射し凸部３２の正面方向に出射される。結果的に、発光層２２の法線方向である照明装置１０の正面方向に対して高輝度の表示を行うことができる。
【００２７】
以下、平坦面３２ａにほぼ垂直に入射し凸部３２の正面方向に射出される光路の一例を、図を用いて具体的に説明する。
【００２８】
図２は、図１に示す照明装置１０の詳細な形状を説明する断面図である。ここで、説明の便宜上、予め以下のような幾何的な形状の定義をしておく。まず、ミラー部材４０の反射層４２からプリズムシート３０も射出部３３下端の下端面３２ｆまでの距離をＬとする。また、射出部３３を構成する凸部３２において、中央の平坦面３２ａと両側の傾斜面３２ｂとによって基準形状である輪郭形状が形成され、傾斜面３２ｂを構成する２つの斜辺を延長してできる三角形の頂点をＡＰとする。凸部３２のうち、この頂点ＡＰを挟んで右側と左側の幅は互いに等しくピッチの半値Ｈで与えられる。また、凸部３２の根元の角度、すなわち傾斜面３２ｂの下端面３２ｆに対する傾斜角をβ（°）とする。さらに、凸部３２の高さ、すなわち下端部３２ｆから平坦面３２ａまでの距離をｈ１とし、凸部３２の頂部を延長した場合の高さ、すなわち下端面３２ｆから頂点ＡＰまでの距離をｈ２とする。
【００２９】
本実施形態の一例として、この凸部３２では、傾斜面３２ｂの傾斜角βが４５°を中心とする４０°〜５０°程度の範囲である場合において、発光層２２の法線方向に略沿って射出され入射面３４に略垂直に入射する光束（法線光束）が傾斜面３２ｂで全反射されるものとする。このような条件は、射出部３３すなわち凸部３２の屈折率の設定によって可能である。ここで、プリズムシート３０に入射した光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが小さい光束Ｌ１（図２参照）について考える。以上のような条件において、発光層２２の法線方向に対する傾きが小さい光束Ｌ１が凸部３２の平坦面３２ａに入射した場合、光束Ｌ１は、この平坦面３２ａをほぼ直進して凸部３２の正面方向に射出される。一方、傾きが小さい光束Ｌ１が凸部３２の傾斜面３２ｂに入射した場合、光束Ｌ１は、この傾斜面３２ｂで全反射される。このような全反射光Ｌ２は、最初の傾斜面３２ｂに対向するもう１つの斜面３２ｂでも全反射されて、発光層２２側に戻される戻り光Ｌ３となるが、発光層２２の背後には、ミラー部材４０が設けられており、再度凸部３２に向かって進行する前進光Ｌ４となる。ミラー部材４０で反射された前進光Ｌ４は、略正面方向に進む光束であり、結果的に再度傾斜面３２ｂに入射する場合もあると考えられるが、平坦面３２ａに入射した場合には、平坦面３２ａを通過して凸部３２の正面方向に射出される射出光Ｌ５となる。以上のような理由から、傾斜面３２ｂの傾斜角βが４０°〜５０°で、正面方向の光束（法線光束）を全反射させるプリズムシート３０については、凸部３２の上部に平坦面３２ａを設けることが特に望ましいと考えられる。
【００３０】
凸部３２は、既に説明したように三角形の頂部を切り取ったような断面形状を有しており、その欠け量ＴＡ（％）は（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００で与えられる。本発明者は、この欠け量ＴＡを発光層２２の配光特性に合わせて適宜調節することによって、照明装置１０の正面輝度を著しく向上させ得ることを以下の実施例により確認した。
【００３１】
（実施例１）
実施例１において、プリズムシート３０の基板部３１の材質をＰＭＭＡ等の樹脂（ｎ＝１．４９，１．６０）とし、プリズムシート３０の基板部３１については、サイズを１１５０×１１５０×０．１３ｍｍとした。また、有機ＥＬ素子２０の透明基板２１については、サイズを１１５０×１１５０×０．０５ｍｍとし、材質をＢＫ７とした。また、ミラー部材４０の基板部４１については、形状を直径２０００ｍｍ、厚さ５０μｍの円板とし、材質をＢＫ７とした。プリズムシート３０に設けた凸部３２の傾斜角βは、４５°とした。また、プリズムシート３０の基板部３１及び有機ＥＬ素子２０等の厚みＬを２００μｍとし、プリズム状の凸部３２のピッチ２Ｈを１００μｍとした。
以上の構成において、欠け量ＴＡを０〜５０％の範囲で変化させた。凸部３２の基準形状は等脚台形であり、ピッチ２Ｈ＝１００μｍであることから、ｈ２＝５０μｍとなり、ｈ１は５０〜２５μｍの範囲で変化することは明らかである。例えば欠け量ＴＡが１０％であるとき、ｈ１＝４５μｍとなる。
【００３２】
図３は、実施例１より得られた照明装置１０の正面輝度と欠け量ＴＡとの関係を示すグラフである。この場合、ｎ＝１．４９，β＝４５°としている。グラフからも明らかなように、欠け量ＴＡが１０％であるときに正面輝度が最大値を示す。
また、プリズムシート３０に設けた凸部３２の欠け量ＴＡが１〜３５％の場合、正面輝度が０．２３６（最大値０．２９５の８０％）以上となっている。また、欠け量ＴＡが５〜１７％の場合、正面輝度が０．２６６（最大値０．２９５の９０％）以上、欠け量ＴＡが７〜１３％の場合、正面輝度が０．２８０（最大値０．２９５の９５％）以上となっている。
ｎ＝１．６０，β＝４５°とした場合も、同様に欠け量ＴＡが１０％であるときに正面輝度が最大値を示す。
【００３３】
表１及び表２に、ｎ＝１．４９，β＝４５°、及びｎ＝１．６０，β＝４５°である場合の、本実施形態の照明装置１０の正面輝度と欠け量ＴＡとの関係を示す。
ここで、正面輝度比とは、凸部３２を形成しない場合と比較した正面輝度を表す。
【表１】
2007188065.tif 000003
【表２】
2007188065.tif 000004
表１の例では、正面輝度が欠け量１０％で最大値０．２９５となる。これは、凸部３２を形成することにより、正面輝度が凸部３２を形成しない場合の２．１５倍になることを示す。
表２の例では、正面輝度が欠け量１０％で最大値０．２７９となる。これは、凸部３２を形成することにより、正面輝度が凸部３２を形成しない場合の２．０３倍になることを示す。
すなわち、正面輝度は、プリズムシート３０の屈折率ｎや、傾斜面３２ｂの傾斜角βにも依存するが、欠け量ＴＡが１０％前後であるときに最大値を示す傾向が確かめられた。
【００３４】
以下、凸部３２の欠け量ＴＡが１０％前後のときに正面輝度が極大値をとる理由について考察する。凸部３２には、進行方向が正面方向に近い光線はそのまま通過させ、正面方向からの傾きが大きい光線については、進行方向が正面方向になるよう調整した後出射する、という作用が期待される。前者の作用には、凸部３２の平坦面３２ａが有効である。また、後者の作用には、凸部３２の傾斜面３２ｂ及びミラー部材４０、平坦面３２ａの組み合わせが有効である。
凸部３２の欠け量ＴＡが増大する場合、凸部３２の平坦面３２ａが増加し、進行方向が元来正面方向に近い光線を効率良く出射することができる。一方、凸部３２の傾斜面３２ｂは減少するため、進行方向が元来正面方向から外れている光線に対する調整機能は弱くなり、正面方向への出射効率が小さくなる。結果的に、欠け量ＴＡの増加に伴って正面輝度が一旦増加し、ある値を境にして、欠け量ＴＡの増加に伴って正面輝度が減少するものと考えられ、図３に示すような特性曲線が得られると考えられる。また、欠け量１０％付近では上記２種の作用が上手くバランスしているため、正面輝度が極大値をとると推測される。
【００３５】
以上の実施例より、プリズムシート３０の屈折率ｎが１．４９〜１．６０程度で、傾斜面３２ｂの傾斜角βが４５°程度である場合には、以下のような傾向を有する。すなわち、正面輝度がその最大値の９５％以上となるような欠け量ＴＡの範囲は、概ね７〜１３％であり、すなわち
７≦（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００≦１３    …    （１）
となる。
また、正面輝度がその最大値の９０％以上となるような欠け量ＴＡの範囲は、概ね５〜１７％であり、すなわち
５≦（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００≦１７    …    （２）
となる。
また、正面輝度がその最大値の８０％以上となるような欠け量ＴＡの範囲は、概ね１〜３５％であり、すなわち
１≦（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００≦３５    …    （３）
となる。
なお、従来型の照明装置は、プリズムシートを設けない場合に比較して正面輝度を最大で１．７程度高めるだけであることを実験的に確認している。つまり、プリズムシート３０の凸部３２に１０％程度の欠けを意図的に形成することで、凸部３２を形成しない場合に比較して正面輝度を２倍以上に高めることができるだけでなく、凸部３２に欠けを形成しない従来型の照明装置に比較しても正面輝度を１．２倍以上に高めることができる。
【００３６】
次に、実施例１より得られた凸部３２の屈折率ｎ及び傾斜角βと正面輝度の関係について図を用いて説明する。
図４は、実施例１においてプリズムシート３０に設けた凸部３２の傾斜角βを、４０°，４５°，５０°と変化させた場合の照明装置１０の正面輝度と凸部３２の傾斜角βとの関係の一例を示すグラフである。図４（ａ）はプリズムシート３０の屈折率をｎ＝１．４９として得た結果であり、図４（ｂ）はプリズムシート３０の屈折率をｎ＝１．６０として得た結果である。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、ｎ＝１．４９の場合において、欠け量ＴＡ＝０％の比較例では、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて正面輝度が減少している。一方、欠け量ＴＡ＝１０〜３０％の実施例では、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて、正面輝度が一旦増加し、β＝４４°〜４６°で極大値をとった後に減少している。なお、欠け量ＴＡ＝５０％の例でも、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて正面輝度が一旦増加し、β＝４５°付近で極大値をとった後に減少している。
【００３８】
図４（ｂ）に示すように、ｎ＝１．６０の場合において、欠け量ＴＡ＝０％の比較例では、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて正面輝度が一旦増加し、β＝４４°あたりで極大値をとった後に減少している。ただし、欠け量ＴＡ＝０％の場合、凸部３２が平坦面３２ａを有しておらず、元々正面方向からの傾きが小さい光線を正面方向に取り出す作用がないため、結果的に正面に取り出すことができる光量が少ない。さらに、凸部３２の尖った先端は、金型により正確に転写するのは困難で先端形状が不規則になってしまったり、あるいは仮に正確に転写できても先端が欠け易く、その破片によって光が予期しない方向に曲がって凸部３２の正面方向に出射される光が十分に得られない可能性がある。一方、欠け量ＴＡ＝１０〜３５％の実施例では、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて、正面輝度が一旦増加し、β＝４４°〜４６°で極大値をとった後に減少している。なお、欠け量ＴＡ＝５０％の例でも、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて正面輝度が一旦増加し、β＝４６°付近で極大値をとった後に減少している。
【００３９】
次に、凸部３２の屈折率ｎと傾斜角βとの関係について説明する。図４（ａ）や図４（ｂ）を観察すれば明らかなように、凸部３２の屈折率ｎが増加すれば、正面輝度の最大値を与える傾斜角βも増加していることが分かる。よって、図４（ａ）及び（ｂ）の両グラフにおいて、正面輝度の最大値を一致させるような共通のパラメータが存在すると仮定して、このようなパラメータをβ／ｎｘ（ｘ＝０．１〜２）とおいてフィッティングを行った結果、β／√ｎを共通のパラメータとすることで、図４（ａ）のデータと、図４（ｂ）のデータとのピークが略一致することが分かった。以上のようなパラメータβ／√ｎは、入射光の進行方向を変換する作用の程度を表すパラメータと見ることができる。すなわち、凸部３２の傾斜角βが大きくなれば、発光層２２から正面方向に射出する光に対する屈折作用が大きくなり、凸部３２の屈折率の平方根√ｎが大きくなれば、発光層２２から正面方向に射出する光に対する屈折作用が同様に小さくなる。両者が同様に増加してバランスすれば、傾斜面３２ｂが入射光の進行方向を変換する作用は比較的一定に保たれると考えられる。
【００４０】
図５は、パラメータβ／√ｎを横軸とした正面輝度の変化を説明するグラフである。図５（ａ）はプリズムシート３０の屈折率をｎ＝１．４９として得た結果であり、図５（ｂ）はプリズムシート３０の屈折率をｎ＝１．６０として得た結果である。図５（ａ）及び５（ｂ）に共通して、β／√ｎ＝３５．５あたりに極大値が現れていることが分かる。
【００４１】
両グラフからも明らかなように、本実施形態の照明装置１０において、十分に大きな正面輝度を得るためには、以下の条件式
３３＜β／√ｎ＜３９    …    （４）
が満たされていることが望ましい。ここで、βの範囲は、ｎ＝１．４９の場合４０．３°＜β＜４７．６°、ｎ＝１．６０の場合４１．７°＜β＜４９．３°である。
なお、値ＤＰ＝β／√ｎが例えば３３以下の場合、凸部３２の傾斜面３２ｂにおいて、これを通過する光の進行方向を変換する作用が弱くなって光学素子の正面方向に光を取り出す効果が十分に得られにくくなると考えられ、値ＤＰ＝β／√ｎが例えば３９よりも大きい場合、傾斜面３２ｂを通過する光の進行方向を変換する作用が強くなって光学素子の正面方向に出射される光が減少する傾向が生じると考えられる。
【００４２】
さらに望ましくは、以下の条件式
３４＜β／√ｎ＜３７    …    （５）
が満たされていることが望ましい。ここで、βの範囲は、ｎ＝１．４９の場合４１．５°＜β＜４５．２°、ｎ＝１．６０の場合４３．０°＜β＜４６．８°である。この場合、照明装置１０から射出される光の正面輝度がより高い状態に設定されることが分かる。
【００４３】
さらに望ましくは、以下の条件式
３４．５＜β／√ｎ＜３６．５    …    （６）
が満たされていることが望ましい。ここで、βの範囲は、ｎ＝１．４９の場合４２．１°＜β＜４４．６°、ｎ＝１．６０の場合４３．６°＜β＜４６．２°である。この場合、照明装置１０から射出される光の正面輝度がさらに高い状態に設定されることが分かる。
【００４４】
式（４）〜式（６）におけるβの値の範囲を表３に示す。
【表３】
2007188065.tif 000005
【００４５】
以上説明した第１実施形態の照明装置１０において、プリズム状の凸部３２は隙間無くＸ方向に配列されているが、各凸部３２の間に、例えばＸＹ面に平行でＹ方向に延びる細い帯状の射出面からなる隙間部分を設けることもできる。
【００４６】
また、以上の照明装置１０において、各凸部３２上端の平坦面３２ａをわずかに凹や凸となっている「曲面（本明細書において、このような曲面も「平坦面」に含まれるものとする。）」に置き換えることができ、この場合も上記第１実施形態の照明装置１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、各凸部３２の基準形状は、上端が平らである完全の台形形状に限られず、少なくとも三角形の頂点を切り取った略台形形状であれば良い。この場合、距離Ｌ、ピッチの半値Ｈ、傾斜角β、及び距離ｈ２の定義は変わらないが、下端面３２ｆから平坦面３２ａまでの距離ｈ１を下端面３２ｆから凸部３２上端の曲面の頂点（中央）に置き換えることで、上記式（１）〜（６）が実質的に有効になる。なお、平坦面３２ａを曲面（本明細書では「平坦面」に含まれる。）に置き換えた場合、光の進行方向の過度な変換を回避することができ、正面から照明装置１０を観察した場合のぎらつきを抑えてやわらかい印象の照明光を提供できる。しかも、凸部３２上端を凸面とすることで製造が容易になり、凸部３２に欠けが生じる現象をさらに抑えることができる。
【００４７】
また、第１実施形態の照明装置１０において、プリズムシート３０を２段に重ねることができる。この際、各プリズムシート３０の凸部３２がそれぞれ直交するＸＹ方向に延びるようにすることで、ＸＺ面とＹＺ面の双方に関して効率良く光学素子の正面方向から光を出射させることができる。
【００４８】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る照明装置について説明する。第２実施形態の照明装置は、第１実施形態の装置を一部変更したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態の装置と共通しており、図面において共通する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００４９】
図６（ａ）は、第２実施形態の照明装置の部分拡大平面図であり、図６（ｂ）は、同照明装置の部分拡大側断面図である。この照明装置１１０において、光学素子としてのプリズムシート１３０は、透明な板状の基板部３１の上部に、多数のピラミッド状の凸部１３２からなる射出部１３３を有する。各凸部１３２は、三角形の頂部を切り取ったような台形断面を有する正四角錘台形状の透明部材である。より具体的に説明すると、凸部１３２を入射面に垂直なＸＺ面（すなわち基準面）に投影した断面形状（すなわち基準形状）は等脚台形となっており、かつ、凸部１３２を入射面及びＸＺ面に垂直なＹＺ面（すなわち直交面）に投影した断面形状（すなわち直交形状）も等脚台形となっている。そして、各凸部１３２は、基板部３１上において、Ｘ方向及びＹ方向にマトリックス状に隙間無く隣接した状態で連続的に配置されている。各凸部１３２は、上端に形成された平坦面１３２ａと、Ｘ軸に沿った側方に形成された傾斜面１３２ｂと、Ｙ軸に沿った側方に形成された傾斜面１３２ｃとを有する。つまり、平坦面１３２ａは、断面台形の上辺に対応し、傾斜面１３２ｂ，１３２ｃは、断面台形の斜辺に対応する。
【００５０】
図７は、凸部１３２の拡大斜視図である。凸部１３２の形状及び寸法は、図２の場合と略同様に定義される。凸部１３２において、対向する一対の傾斜面１３２ｂ，１３２ｂを延長して得られるＹ方向に延びる交線と、対向する一対の傾斜面１３２ｃ，１３２ｃを延長して得られるＸ方向に延びる交線との交わる頂点をＡＰ’とする。凸部１３２のピッチの半値は、凸部１３２の底面１３２ｆを構成する正方形の一辺の半分に対応してＨで与えられ、凸部１３２の傾斜角は、傾斜面１３２ｂ，１３２ｂと底面１３２ｆとのなす角としてβで与えられる。さらに、凸部１３２の高さすなわち底面１３２ｆから平坦面１３２ａまでの距離をｈ１とし、凸部１３２の頂部を延長した場合の高さすなわち下端面１３２ｆから頂点ＡＰ’までの距離をｈ２とする。
【００５１】
この照明装置１１０において、有機ＥＬ素子２０の発光層２２から拡散しつつ出射された光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが大きい光束については、プリズムシート１３０に入射し、凸部１３２の傾斜面１３２ｂ，１３２ｂを通過する際に、発光層２２の法線方向に対してＸ方向及びＹ方向のそれぞれに傾きを持つ光の進行方向が変換される。また、プリズムシート１３０に入射した光束のうち、発光層２２の法線方向に対する傾きが小さい光束については、凸部１３２の平坦面１３２ａに入射した場合、この平坦面１３２ａをほぼ直進して凸部１３２の正面方向に射出される。結果的に、発光層２２の法線方向である照明装置１１０の正面方向に対して高輝度の表示を行うことができる。
【００５２】
なお、傾斜面１３２ｂ、１３２ｃの傾斜角βが４５°を中心として４０°〜５０°の範囲で、発光層２２からの正面方向の射出光を全反射させる条件のプリズムシート１３０については、凸部１３２の上部に平坦面１３２ａを設けることが特に望ましい点は第１実施形態の場合と同様である。
【００５３】
（実施例２）
第２実施形態の照明装置１１０についても、第１実施形態の場合と同様の確認を行った。プリズムシート１３０の材質をＰＭＭＡ等の樹脂とし、プリズムシート１３０の基板部１３１については、サイズを１．１５×１．１５×０．１３ｍｍとし、材質をＰＭＭＡ等の樹脂とした。また、プリズム状の凸部１３２のピッチ２Ｈを０．２ｍｍとした。また、有機ＥＬ素子２０の透明基板２１については、サイズを１．０×１．０×０．５ｍｍとし、材質をＢＫ７とした。また、ミラー部材４０の基板部４１については、形状を直径２．０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの円板とし、材質をＢＫ７とした。プリズムシート１３０に設けた凸部１３２の傾斜角βは、４３°〜４７°の範囲で変化させ、欠け量ＴＡは、０〜５０％の範囲で変化させた。
凸部１３２の基準形状および直交形状が等脚台形であり、ピッチ２Ｈ＝０．２ｍｍであることから、β＝４５°の場合、ｈ２＝１００μｍとなり、ｈ１は１００〜５０μｍの範囲で変化することは明らかである。例えば欠け量ＴＡが１０％であるとき、ｈ１＝９０μｍとなる。
【００５４】
図８（ａ）は、実施例２より得られた照明装置１１０の正面輝度と欠け量ＴＡとの関係の一例を示すグラフであり、第１実施形態の図３に対応する。図８（ａ）に示す例では、ｎ＝１．４９，β＝４５°としている。グラフからも明らかなように、欠け量ＴＡが１０数％であるときに正面輝度が最大値を示す。また、プリズムシート１３０に設けた凸部１３２の欠け量ＴＡが１〜３５％（ｈ１は９０〜７５μｍ）の場合、正面輝度が０．２３５で、最大値０．２４１の９８％以上となっている。
【００５５】
正面輝度がその最大値の９９．５％以上となるような欠け量ＴＡの範囲は、概ね７〜２０％（ｈ１は９３〜８０μｍ）であり、また、正面輝度がその最大値の９９％以上となるような欠け量ＴＡの範囲は、概ね６〜２２％（ｈ１は９４〜７８μｍ）であった。
【００５６】
つまり、欠け量ＴＡの範囲を概ね１〜３５％、すなわち
１≦（ｈ２−ｈ１）／ｈ２×１００≦３５    …    （３）
とすることで、正面輝度がその最大値の８５％以上となり、照明装置１１０の正面輝度を高めることができる。
【００５７】
図８（ｂ）は、プリズムシート１３０に設けた凸部１３２の傾斜角βを、４３°〜４７°の範囲で変化させた時の、照明装置１１０の正面輝度と傾斜角βとの関係の一例を示すグラフであり、第１実施形態の図４（ａ）に対応する。グラフからも明らかなように、ｎ＝１．４９の場合において、傾斜角βが４０°から５０°に増加するにつれて、正面輝度が一旦増加し、β＝４４°〜４５°で極大値をとった後に減少している。
【００５８】
詳細な説明は省略するが、以上の照明装置１１０に関する検討の結果、本実施形態の照明装置１１０において、十分に大きな正面輝度を得るためには、パラメータβ／√ｎの範囲が３３〜３９であることが望ましいことが分かった。さらに、パラメータβ／√ｎの範囲が３４〜３７であることがより望ましく、パラメータβ／√ｎの範囲が３４．５〜３６．５であることが最も望ましい。
パラメータβ／√ｎのそれぞれの範囲に対応するβの値は第１実施形態の表３と同様である。
【００５９】
以上説明した第２実施形態の照明装置１１０において、プリズム状の凸部１３２は隙間無くマトリックス状に配列されているが、これらの凸部１３２の間に格子状の射出面からなる隙間部分を設けることもできる。
【００６０】
また、以上の照明装置１１０において、各凸部１３２上端の平坦面１３２ａをわずかに凹や凸となっている曲面（本明細書においては、このような曲面も「平坦面」に含まれるものとする。）に置き換えることができ、この場合も同様の効果を得ることができる。すなわち、各凸部１３２の基準形状は、上端が平らである完全な台形形状に限られず、少なくとも三角形の頂点を切り取った略台形形状であれば良い。
【００６１】
また、以上の照明装置１１０において、各凸部１３２を正四角錘台形状ではなく、底面が長方形の四角錘台形状とすることもできる。この場合、ＸＺ面に関する光路変換特性とＹＺ面に関する光路変換特性とを異なるものとできる。
【００６２】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記照明装置１０，１１０において、有機ＥＬ素子２０に代えて、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ素子等の面発光可能な各種光源を組み込むことができる。
【００６３】
また、プリズムシート１３０の材質にはＰＭＭＡ等の樹脂に限らず、例えば、ポリメタクリル酸メチル（屈折率ｎ＝１．４９）、アートン（ｎ＝１．５１、登録商標）、ゼオノア（ｎ＝１．５２、登録商標）、ガラス（ｎ＝１．５３）、ポリ塩化ビニル（ｎ＝１．５４）、ポリエチレンテレフタレート（ｎ＝１．５７）、ポリカーボネート（ｎ＝１．５８）、ポリスチレン（ｎ＝１．５９）等の材料や、これらの材料にコーティング等が施された材料等を用いることができる。
【００６４】
また、プリズム状の凸部３２及び１３２のピッチ２Ｈは、５０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。ピッチ２Ｈが上記範囲の下限を上回ることにより、凸部を金型で正確に形成することが容易となる。また、ピッチ２Ｈが上記範囲の上限を下回ることにより、プリズムシート全体の厚みが薄くなり、結果として照明装置の厚みが厚くなってしまうことを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態の照明装置の平面図であり、図１（ｂ）は、照明装置の側方断面図である。
【図２】図１（ａ）、図１（ｂ）に示す照明装置の詳細な形状を説明する拡大断面図である。
【図３】第１実施形態の照明装置における正面輝度と欠け量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）、図４（ｂ）は、正面輝度と凸部の傾斜角との関係の一例を示すグラフである。
【図５】パラメータβ／√ｎを横軸とした正面輝度の変化を説明するグラフである。
【図６】図６（ａ）は、第２実施形態の照明装置の平面図であり、図６（ｂ）は、照明装置の側方断面図である。
【図７】図１に示す照明装置の凸部の拡大斜視図である。
【図８】図８（ａ）は、第２実施形態の照明装置における正面輝度と欠け量との関係の一例を示すグラフであり、図８（ｂ）は、正面輝度と凸部の傾斜角との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１０，１１０…照明装置、  ２０…有機ＥＬ素子、  ２１…透明基板、  ２２…発光層、  ３０，１３０…プリズムシート、  ３１…基板部、  ３２，１３２……凸部、  ３２ａ，１３２ａ…平坦面、  ３２ｂ，１３２ｂ、１３２ｃ…傾斜面、  ３３，１３３…射出部、  ３４…入射面、  ４０…ミラー部材、  ４１…基板部、  ４２…反射層、  ＡＰ，ＡＰ’…頂点
【図１】
2007188065.tif 000006
【図２】
2007188065.tif 000007
【図３】
2007188065.tif 000008
【図４】
2007188065.tif 000009
【図５】
2007188065.tif 000010
【図６】
2007188065.tif 000011
【図７】
2007188065.tif 000012
【図８】
2007188065.tif 000013