(57)【要約】【課題】光源位置の調整が不要となり、ランプイメージを解消し、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得る。【解決手段】光入射側から光出射側に向かって前記反射板２、光源１及び光制御部材４をこの順に配置する。光制御部材４は入射面と出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、光源Ｘと光制御部材４との距離をＨとした場合、入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してα＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝の角度で入射した光の全光線透過率は５０％以上であり、且つ、入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍であり、光制御部材４の出射面上に複数の凸部が形成され、凸部が屈折率が１．５８以上である材料から構成される。【選択図】図５
2007103322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記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光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、
光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源及び光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、
任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、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、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍であり、
前記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成され、該凸部が屈折率が１．５８以上である材料から構成されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
上記光制御部材の入射面の法線方向に対し角度αで入射した光の１０〜５０％は、出射面の法線方向と成す角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
上記光制御部材の入射面が平坦であり、出射面に前記凸部が形成されており、該出射面に直交し、該凸部の頂部を含む、少なくとも所定の一方向の断面の光出射部分における輪郭線が、該光拡散板の屈折率がｎであるとき、該輪郭線の傾きθが０≦｜Sin−１（ｎ・sin（θ−Sin−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ｜≦（π／１２）を満たし、前記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を含み、該領域Xは前記凸部の頂部を含み、該領域Xの出射面と平行な方向成分の長さｘと輪郭線全体の該出射面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又は２に記載の照明装置
【請求項４】
上記光制御部材は、上記出射面に直交し、且つ、上記凸部の頂部を含む、少なくとも所定の一方向に沿った断面の光出射部分における輪郭線が、延長線の交差する角度θ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】
上記光源が線状光源であり、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とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
上記光源が点状光源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【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光制御部材。
【請求項８】
請求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１７に示すように、背面側に反射板２を配置した光源１の前面側に拡散板２０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。
【００１１】
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。
【００１２】
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】
【００１３】
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】
【００１４】
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、光源に対向する位置から出光する光を、光制御部材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。
【００１５】
これにより、光の利用効率を大きく低下させることなく、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、光源に対向する位置と隣接する２つの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。
【００１６】
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。
また、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。
【００１７】
上記の検討結果に基づいて成された請求項１記載の発明は、規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源およ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光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源及び光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、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、全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍であり、前記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成され、該凸部が屈折率が１．５８以上である材料から構成される照明装置を提供する。
【００１８】
この構成によれば、上記光制御部材の入射面の法線方向に対して所定の角度α＝Ｔａｎ-1｛（Ｄ／２）／Ｈ｝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、前記法線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、前記光制御部材から出射する光エネルギーの出射面内分布が均一化される。また、入射面上の任意の点で好ましい光学的性質が得られる。
【００１９】
また、請求項１記載の発明は、上記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成されているので、上記出射面上に複数の凸部が形成されているので、光制御部材に入射して出射面に向かった光は、複数の凸部により多方向に拡散して出射される。
【００２０】
請求項２記載の発明は、上記光制御部材の入射面の法線方向に対し角度αで入射した光の１０〜５０％は、出射面の法線方向と成す角度が−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。
【００２１】
請求項３の記載は前記入射面が平坦であり、前記出射面に前記凸部が形成されており、該出射面に直交し、該凸部の頂部を含む、少なくとも所定の一方向の断面の光出射部分における輪郭線が、該光拡散板の屈折率がｎであるとき、該輪郭線の傾きθが０≦｜Sin−１（ｎ・sin（θ−Sin−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ｜≦（π／１２）を満たし、前記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を含み、該領域Xは前記凸部の頂部を含み、該領域Xの出射面と平行な方向成分の長さｘと輪郭線全体の該出射面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又は２に記載の光拡散板を提供する。
【００２２】
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。
【００２３】
請求項４記載の発明は、上記光制御部材は、上記出射面に直交し、且つ、上記凸部の頂部を含む少なくとも所定の一方向に沿った断面の光出射部分における輪郭線が、延長線の交差する角度θ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請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置を提供する。
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。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、上記光源が線状光源であり、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請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置を提供する。
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。
【００２５】
請求項６記載の発明は、上記光源が点状光源である請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置を提供する。
この構成によれば、複数の光源が点状光源であっても、上記した線状光源と同様に輝度が均一化する。
【００２６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置が備え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ことができる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求１〜８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を提供する。
【００２８】
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】
【００２９】
請求項１記載の発明は、隣接する２つの光源の中間点に対向する部分で光制御部材に入射する光の全光線透過率を、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、光制御部材から出射する光エネルギーの出射面内分布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。
【００３０】
また、入射面上の任意の点で好ましい光学的性質が得られることから、光源と光制御部材との位置合わせが不要で、ディスプレイサイズや光源の本数や配置の変更にも柔軟に対応でき、生産性よく照明装置を製造することができる。更に、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。
【００３１】
また、請求項１記載の発明は、出射面において光が複数の凸部により効果的に集光され、且つ、多方向に拡散して出射されるので、上記の効果に加えて、集光性能及び拡散性能が従来に比べて向上し、出射面内での輝度の均一化を更に高めることができる。
【００３２】
請求項２記載の発明は、前記出射面において光制御部材の正面方向から出射する光線の割合が増加するので、請求項１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。
【００３３】
請求項３記載の発明は、正面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。
【００３４】
請求項４記載の発明は、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、請求項１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。
【００３５】
請求項５に記載の発明は、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。
【００３６】
請求項６記載の発明は、複数の点状光源を用いることにより、線状光源と同等の輝度均一化を有するので、請求項１〜４のいずれかに記載の発明の効果に加えて、使用条件等に応じて点状光源の個数を決定でき、光源種類の選定の面で設計の自由度が高くなる。
【００３７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６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。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。
【００３８】
請求項８に記載の発明は、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、光源位置の調整が不要であり、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】
【００３９】
本発明は、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源及び光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、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、全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の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、光源位置の調整が不要となり、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。
【００４０】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図１９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、複数の光源１、および光制御部材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９を有する。このように、反射板２と光制御部材４の間に複数の光源１を配置して成る照明装置にあっては、図２に示す様に、前記光制御部材４の入射面に相当する仮想面３へ入射した光は、各光源１の直上部分と、隣り合う光源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、各光源１位置に対向する真上領域では、光源１に近いため入射エネルギーが大きい一方、複数の光源１同士の間の位置に対向する非真上領域（各光源１の斜上部分）では、光源１から離れているため入射エネルギーは小さい。
【００４１】
また、図３に示す様に、前記仮想面３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３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３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３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。
【００４２】
本発明に係る照明装置においては、図５に示すように、任意の光源Ｘと、該光源Ｘに対し最近傍に位置する別の光源Ｙとの距離をＤ、該光源Ｘと光制御部材４との距離をＨとした場合、該光制御部材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、且つ、次のような関係を有する。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図５に示す様に、前記角度αは、光源Ｘまたは光源Ｙから発した光が、該光源Ｘと光源Ｙ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、各光源Ｘ，Ｙの真上の部分と、光源Ｘと光源Ｙ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。
【００４８】
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、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９を設けた態様が挙げられる。凸部９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９の断面形状は、光制御部材４の出射面に直交し、凸部９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）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、且つ、輪郭線の頂部が凸状の曲線１１である。
ここで、前記所定の一方向とは、光源Ｘから光源Ｙへの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。
【００４９】
図１８、図１９に出射面に断面が略楕円形状の凸部２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、凸部裾部付近の傾きの絶対値を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１８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１１において屈折作用により光拡散板１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。
凸部裾部の傾きをγ、光拡散板１への入射角度をφ1、光拡散板１の屈折率をｎとすると図１０に示す様に、光拡散板凸部２の一方の裾部付近から透過する光の光拡散板法線方向に対する角度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
【００５０】
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、光源間距離Ｄを３３ｍｍ、光源中心から光制御部材４までの最短距離Ｈを１５ｍｍ、光制御部材４の屈折率ｎを１．６とすると、４７°≦γ≦６５°（５８°≦θ≦６７°）であることが望ましい。また、５３°≦γ≦６４°（５８°≦θ≦６４°）であることがより望ましい。さらには、５７°≦γ≦６３°（５９°≦θ≦６２°）となるように、γを選択することが好適である。
【００５１】
凸部頂部１０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１１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。
【００５２】
また図１９に示す様に光拡散板１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。
【００５３】
凸部９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９の立体形状を、鋭角θ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、光制御部材４の入射面４ａ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、光制御部材４の出射面側から略垂直方向（入射面４ａの略垂直方向と同方向）に出射させることができる。
【００５４】
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９の曲面部において出射方向を分散すると同時に、凸部９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。
【００５５】
前記光制御部材４の凸部９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。
【００５６】
図１１に、本発明で実施可能な凸部９の別の形状を示す。この場合、凸部９の谷部分に断面曲線（部）１４を設けている。この断面曲線部１４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、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。
【００５７】
また、光源が線状光源である場合には、出射面側の複数の凸部９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。
【００５８】
上記出射面側に形成する凹凸１７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。
【００５９】
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。具体的には、一例として、凸部を次のように形成することができる。
凸部形状と同じ断面形状、もしくは成型時の樹脂収縮を見込んだ断面形状を有するバイトを作製する。このバイトを用いて、平面型やロール型に溝状の切込みを設けることによって雌型が形成し、さらにロール状の金型を用いて、押出し成型により光制御部材を得る。
また、ロール状の金型ではなく平面状の金型を用いる場合には、一旦樹脂に成型した後に、樹脂を電鋳することでスタンパを形成する。この切削した平面状の雌型もしくはスタンパを用いて射出成型をすることによって光制御部材を得る。さらには、この平面状の金型を用いる場合には、平面状雌型に２P樹脂を塗布した後に、基材となる透明シートをラミネートし、紫外線で２P樹脂を硬化する。その後、平面状雌型から２Ｐ樹脂を剥離することによっても光制御部材を得ることができる。
【００６０】
ここで、光制御部材の主面に対する凸部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、光制御部材の凸部を構成する樹脂の屈折率を１．５８以上にする。これによって、光制御部材の主面に対する凸部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。
【００６１】
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。
また本発明で必要とする１．５８以上の屈折率を確保するため、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。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。
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できる。
【実施例】
【００６２】
実施例１．
以下に、本発明の第１の実施例について詳しく説明する。先ず、図７における２つの略直線１０の延長線がなす角θ＝５０°、Ｐ１＝２６０μｍ、Ａ１＝１８２μｍのシリンドリカル状の溝を有する雌金型を切削加工により作製した。
次に、この雌金型を使用して屈折率１．６の紫外線硬化型樹脂により、ポリカーボネートフィルム表面上に凸形状のプリズムを成形した。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない側の面を、厚さ２ｍｍの透明なアクリル板に貼り合わせることにより、凸形状のプリズムが形成された光制御部材を得た。
【００６３】
次に、光制御部材と反射板の間に複数の線状光源を設置した。この場合、線状光源として複数の冷陰極管を３３ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管から１５ｍｍの位置に前記アクリル板の凸形状部をもつ側の面が出射面になるよう設置した。この場合、前記角度α＝４８°となるように配置した。また、冷陰極管のアクリル板とは対向する側の面に反射シートを設けた。
【００６４】
この状態で冷陰極管の点灯により光制御部材に光照射して、該光制御部材を観察した。その結果、ランプイメージが解消され、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができた。ここで用いた光制御部材の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α＝４８°で光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ１は６７％、該法線方向に光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ２は４８％であり、これら全光線透過率の比Ｒ１／Ｒ２は１．４７であった。
【００６５】
次に、本発明の光制御部材を照明装置に使用した場合と、該光制御部材に代えて通常の微粒子含有の光拡散板を使用した場合とで、輝度均一性などを比較するための実験を行った。まず、図１２（ａ）に示すように、前記プリズム形状部が形成されていない微粒子含有の光拡散板２０に幅Ｂの開口部２０ａを形成した。次に、微粒子含有光拡散板２０と反射板２の間に、線状光源である冷陰極管１５を設置して点灯した。この場合、該光拡散板２０の開口部２０ａには何も置かなかった。
【００６６】
冷陰極管１５を点灯した状態で、前記光拡散板２０の明るさを正面方向から測定した。この測定結果を図１２（ｂ）に示す。この結果から判るように、冷陰極管１５の真上領域において輝度が高く、隣り合う冷陰極管１５同士の間（斜め上領域）では輝度が低くなった。これにより、冷陰極管１５の真上領域と斜め上領域とで、両者の輝度差が大きいため、画像表示面における輝度均一性などの品質が大きく低下した。
【００６７】
次に、前記ポリカーボネートフィルムが両面に貼着されたアクリル板、即ち、前記入射面プリズム部および出射面凹凸が形成された光制御部材４を開口部２０ａの大きさに合せて切り出し、光制御部材４を前記開口部２０ａ内に設置した。この場合、前記光制御部材４は、前記入射面プリズム部側の表面を前記冷陰極管１５に臨ませ、かつ、該冷陰極管１５の長手方向に前記入射面プリズムの稜線方向を一致させた。
【００６８】
この後、前記光制御部材４の上に拡散シートを重ね合わせた。そして、前記冷陰極管１５を点灯させ、その状態で前記拡散シート面上の明るさを正面方向から測定した。この測定結果を図１２（ｃ）に示す。これから判るように、前記入射面にプリズム部が形成された前記光制御部材４を用いたときは、線状光源１５のイメージが解消され、該線状光源１５の真上の部分と、複数の線状光源１５の間の部分とで、ほぼ均一な輝度が得られた。
【００６９】
図１２（ｃ）中の光制御部材４に対応する位置範囲のＢ部の明るさと、微粒子含有光拡散板２０に対応する位置範囲のＣ部の明るさを比較すると、Ｂ部の明るさがＣ部の明るさよりも１０％ほど高い。つまり、本発明の光制御部材４を使用した場合は、従来の微粒子含有の光拡散板２０を使用した場合よりも、明るい照明装置を得ることができた。
【００７０】
更に、微粒子含有の光拡散板２０を使用して、光制御部材４による輝度と同程度の輝度を得ようとした場合には、冷陰極管１５の真上で輝度が高く、複数の冷陰極管１５の間で輝度が低くなる現象が見られたため、光制御部材４による輝度と同程度の輝度を得ることは困難になる。
【００７１】
ところで、本実施例で凸部の端部の傾斜角度は６５°であるが、屈折率１．５５で同じ屈折作用を実現するためには凸部端部の傾斜角度は６８°となる。つまり隣接する凸部斜面のなす角度は屈折率１．６の場合に５０°であるのに対して、屈折率１．５５では４４°となる。
【００７２】
実施例２．
以下に、本発明の第２の実施例について詳しく説明する。
先ず、図７におけるＰ１＝３００μｍの楕円弧状断面の溝を有する雌金型を切削加工により作製する。
該楕円は式ｙ＝0.139−8.33ｘ2／(1+（1−38.9ｘ2）(0.5)）（−0.15≦ｘ≦0.15（ｍｍ））の形状となっている。
【００７３】
次に、この雌金型を使用して紫外線硬化型樹脂により、ポリカーボネートフィルム表面上に凸形状のプリズムを成形する。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない側の面を、厚さ２ｍｍの透明なアクリル板に貼り合わせることにより、片面に凸部を備える光拡散板を得る。光拡散板の屈折率はアクリル板部分とポリカーボネート部分と紫外線硬化樹脂部分で異なるが、凸部を形成する材料が特性を決定することから、紫外線硬化樹脂の屈折率１．６を用いると、A１間の領域Xを形成する部分のP1方向成分の長さｘは凸部１つあたり１７０μｍであり、領域Ｘの割合を示す指標である比ｘ／Ｐ１＝０．５７である。
【００７４】
次に、光制御部材と反射板の間に複数の線状光源を設置した。この場合、線状光源として複数の冷陰極管を２５ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管中心から１５．５ｍｍの位置に前記アクリル板の凸形状部をもつ側の面が出射面になるよう設置した。この場合、前記角度α＝３８°となるように配置した。また、冷陰極管のアクリル板とは対向する側の面に反射シートを設けた。
【００７５】
この状態で冷陰極管の点灯により光拡散板に光照射して、該光拡散板を観察すると、ランプイメージが解消された照明装置を得ることができる。ここで用いる光拡散板の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α＝３８°で光を照射する場合の該光の全光線透過率Ｒ１は６７％、該法線方向に光を照射する場合の該光の全光線透過率Ｒ２は４８％であり、これら全光線透過率の比Ｒ１／Ｒ２は１．４である。
【００７６】
ところで、本実施例で凸部の端部の傾斜角度は６５°であるが、屈折率１．５５で同じ屈折作用を実現するためには凸部端部の傾斜角度は６８°となる。つまり隣接する凸部斜面のなす角度は屈折率１．６の場合に５０°であるのに対して、屈折率１．５５では４４°となる。
【００７７】
本発明の光源としては線状光源に限定されず、複数の点光源を用いることができる。図１９に、反射板２と光制御部材４の間に点光源２１を設置した場合の構成例を示す。点光源２１を用いても、線状光源を用いたときと同様な作用効果が期待できる。
【００７８】
図１４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、光制御部材４の出射面に光拡散フィルムシート（拡散板）２２を重ね合わせている。この場合、光拡散フィルムシート２２により、出射光の輝度角度分布を出射面内でより均一化することができるため、一層高品位な照明装置を得ることができる。
図１５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。
【００７９】
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。
【００８０】
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１６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】
【００８１】
【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】本発明の別の実施例を評価した構成およびその結果を示す説明図である。
【図１３】本発明に係る光源に点光源を用いた場合の構成例を示す説明図である。
【図１４】本発明に用いることのできる照明装置の構成の一例を示す説明図である。
【図１５】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１６】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１７】従来の照明装置の概略構成図である。
【図１８】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１９】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。
【符号の説明】
【００８２】
１      光源
２      反射板
３      仮想面
４      光制御部材
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
１５    線状光源（冷陰極管）
２０    光拡散板
２０ａ  開口部
２１    点光源
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】
2007103322.tif 000003
【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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