(57)【要約】【課題】液晶表示装置の広い視野角特性の実現に寄与する面状照明装置を提供する。【解決手段】面状照明装置１０は、光を面状に出射する出射面１４を有しており、出射面１４の任意の位置Ｐからの出射光の配光分布に、その位置Ｐの法線Ｎ回りの全方位において、法線Ｎの両側にまたがって輝度が略一定となる角度範囲（−θＭ〜θＭ）が含まれている。【選択図】図１
2013211167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を面状に出射する出射面を有する面状照明装置であって、前記出射面の任意の位置からの出射光の配光分布に、当該位置の法線回りの全方位において、前記法線の両側にまたがって輝度が略一定となる角度範囲が含まれることを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記角度範囲は、前記法線の両側にそれぞれ３０度以上の広がりを有することを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
平面視矩形状の導光板と、該導光板の４つの側端面に沿って配置される光源と、前記導光板の一方の主面側に配置され、複数のプリズムがマトリックス状に配置された配光制御部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記複数のプリズムの各々が、正四角錐台状であることを特徴とする請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記配光制御部材は、前記複数のプリズムが前記導光板側を向くように配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状照明装置に関し、特に、液晶表示装置のバックライトとして好適な面状照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透過型（及び半透過型）液晶表示装置用のバックライトとして用いられる面状照明装置では、消費電力を増大させることなく実質的な輝度を向上させることが重要な課題の１つとなっており、そのため、所謂プリズムシート等を使用して出射面の法線方向に出射光を集光し、それによって、使用者が表示装置の画面（すなわち、面状照明装置の出射面）に正対したときの正面方向の輝度（以下、正面輝度ともいう）を増大させることが広く行われている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４７９４８号公報
【特許文献２】特開２０１０−０４９０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、電子書籍等の普及に伴い、液晶表示装置にも、そのリーダー端末として、紙のような広い視野角特性が求められる場合がある。そして、従来の面状照明装置は、使用者が正面方向から傾いた視線で出射面を見た場合、その輝度が正面輝度よりも低下するため、上述したように広い視野角特性が求められる液晶表示装置のバックライトとして適用することには難点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、液晶表示装置の広い視野角特性の実現に寄与する面状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】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）光を面状に出射する出射面を有する面状照明装置であって、前記出射面の任意の位置からの出射光の配光分布に、当該位置の法線回りの全方位において、前記法線の両側にまたがって輝度が略一定となる角度範囲が含まれることを特徴とする面状照明装置（請求項１）。
【０００８】
本項における面状照明装置は、出射面の任意の位置からの出射光の配光分布に、その位置の法線回りの全方位において、法線の両側にまたがって輝度が略一定となる角度範囲が含まれることにより、その角度範囲内において、出射面の任意の位置からの出射光の配光分布は、紙のような均等拡散反射面からの反射光の配光分布と同等となる。これによって、本項における面状照明装置は、それを液晶表示装置のバックライトとして適用した場合、液晶表示装置の広い視野角特性を実現することに寄与し、長時間の読書等の用途で用いても目が疲れにくい液晶表示装置を構成することが可能となる。
【０００９】
（２）（１）項に記載の面状照明装置において、前記角度範囲は、前記法線の両側にそれぞれ３０度以上の広がりを有することを特徴とする面状照明装置（請求項２）。
【００１０】
（３）（１）または（２）項に記載の面状照明装置において、平面視矩形状の導光板と、該導光板の４つの側端面に沿って配置される光源と、前記導光板の一方の主面側に配置され、複数のプリズムがマトリックス状に配置された配光制御部材をさらに備えることを特徴とする面状照明装置（請求項３）。
【００１１】
（４）（３）項に記載の面状照明装置において、前記複数のプリズムの各々が、正四角錐台状であることを特徴とする面状照明装置（請求項４）。
【００１２】
（５）（３）または（４）項に記載の面状照明装置において、前記配光制御部材は、前記複数のプリズムが前記導光板側を向くように配置されていることを特徴とする面状照明装置（請求項５）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、以上のように構成したため、液晶表示装置の広い視野角特性の実現に寄与する面状照明装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における面状照明装置を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態における面状照明装置において、出射光の配光分布の例を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態における面状照明装置の構成例を示す断面図である。
【図４】図３に示す面状照明装置が備える配光制御部材を示す図であり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３に示す面状照明装置において、出射光の配光分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、面状照明装置の全体または部分を示す各図（図１、図３）は、いずれも説明のために特徴を強調して示す模式図であって、図示された各部分の相対的な寸法は、必ずしも実際の縮尺を反映するものではない。
【００１６】
本発明の一実施形態における面状照明装置１０は、光を面状に出射する出射面１４を有しており、図１は、出射面１４上の任意に選択された位置Ｐの法線Ｎを含む任意に選択された一平面で、面状照明装置１０を切断して示す断面図である。
また、本発明では、法線Ｎ方向に対する角度θを配光角ともいい、便宜上、位置Ｐを中心として時計回りに回転する方向を、図１に示す断面内における配光角θの正方向とする。また、本発明では、出射面１４の位置Ｐからの出射光の配光角θに対する輝度分布を、位置Ｐにおける配光分布という。
【００１７】
面状照明装置１０において、位置Ｐにおける配光分布には、法線Ｎの両側にまたがって（すなわち、図１において配光角θが負の領域から正の領域にわたって）輝度が略一定となる角度範囲（以下、均一輝度範囲ともいう）が含まれている。図１に示す例では、均一輝度範囲は、−θＭからθＭまで、法線Ｎの両側に対称な広がりを有しており、この範囲内において、任意の配光角θ方向の輝度Ｌθは、法線Ｎ方向（配光角０°）の輝度（正面輝度）Ｌ０と略同一である。
【００１８】
ここで、配光角θ方向の光度をｄＩθ、位置Ｐを含む微小領域の面積をｄＳとすれば、
位置Pにおける配光角θ方向の輝度Ｌθは、一般に、
Ｌθ＝ｄＩθ／（ｄＳ・cosθ）
で定義される。したがって、点Ｐにおける配光分布の均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）内において、任意の配光角θ方向の輝度Ｌθが、法線Ｎ方向の輝度Ｌ０と略同一であること、すなわち、
Ｌθ≒Ｌ０
であることは、点Ｐにおける配光分布の均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）内において、任意の配光角θ方向の光度ｄＩθと、法線Ｎ方向の輝度ｄＩ０との間に、
ｄＩθ≒ｄＩ０・cosθ
の関係が成り立つことを意味する。
【００１９】
尚、本発明において、「略一定」及び「略同一」の用語は、面状照明装置及び／または面状照明装置が適用される液晶表示装置の仕様等に基づいて決定される任意の適切な精度（例えば、±１０％以内）で同一及び一定であることを意味し、上式の記号「≒」も、その精度で等しいという意味で用いられている。
【００２０】
本発明において、出射面上の任意の位置Ｐにおける配光分布は、上述したように、法線Ｎの両側にまたがって均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）が含まれている限り、その範囲外の分布形状は、任意の適切なものとすることができる。
【００２１】
例えば、位置Ｐにおける配光分布は、図２（ａ）に示すように、均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）内に全出射光を集光するものであってもよい。あるいは、位置Ｐにおける配光分布は、図２（ｂ）に示すように、均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）の外側に、輝度Ｌ０から、配光角θの絶対値が増大するにつれて連続的に輝度が減少する領域を有するものであってもよい。図２（ａ）に示す配光分布は、図２（ｂ）に示す配光分布と比較して発光効率が高い点で優れており、一方、図２（ｂ）に示す配光分布は、図２（ａ）に示す配光分布とは異なり、出射面１４の位置Ｐからの出射光が、均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）外の配光角θ方向に対しても、その配光角θに応じた輝度を維持するように配光される点で優れている。
【００２２】
ここで、以上の説明では、面状照明装置１０の配光分布の特徴を、図１の断面図を参照して、位置Pの法線Nを含む一平面における分布形状を用いて説明したが、上述したように、図１は、位置Pの法線Nを含む任意に選択された一平面で、面状照明装置１０を切断して示す断面図であり、言い換えれば、面状照明装置の配光分布には、法線Ｎ回りの全方位において、上述した均一輝度範囲が含まれるものである。但し、均一輝度範囲の広がりは、各方位に応じて異なっていてもよく、また、図１に示す均一輝度範囲（−θＭ〜θＭ）のように、法線Ｎの両側に対称な広がりを有するものでなくともよい。
【００２３】
面状照明装置１０において、各方位における均一輝度範囲の広がりは、面状照明装置１０が適用される液晶表示装置の仕様（例えば、画面サイズ、画面形状）、及び、画面を見る使用者の視距離、左右の目の間隔等の人間工学的な要因を勘案の上、適切に設定することができる。一般には、法線Ｎ回りの全方位において、法線Ｎの両側にそれぞれ３０度以上の広がりを有することが、実用上望ましいものである。
【００２４】
以上のように構成された面状照明装置１０では、出射面１４の任意の位置からの出射光の配光分布が、均一輝度範囲において、紙のような均等拡散反射面からの反射光の配光分布と同等となるため、液晶表示装置のバックライトとして適用した場合、液晶表示装置の広い視野角特性を実現することに寄与するとともに、それによって、長時間の読書等の用途で用いても目が疲れにくい液晶表示装置を構成することが可能となる。
【００２５】
さらに、面状照明装置１０では、出射面１４の特定の位置（例えば、出射面１４の中央位置）を含む所定の領域において、その領域に含まれる各位置における出射光の配光分布における各配光角θ方向の輝度値は、少なくとも均一輝度範囲内において略同一であることが好ましい。これによって、出射面１４の上記特定の位置の法線上に固定された視点から、視線を周辺に振った場合でも、その視線の振れ角方向の出射面１４上の位置が、上記所定の領域に含まれていれば、その位置の輝度は、上記特定の位置の正面輝度と略同一となるため、面状照明装置１０を、液晶表示装置のバックライトとして適用した場合、液晶表示装置の視野角特性をさらに向上させることが可能となる。
【００２６】
次に、図３〜図５を参照して、本発明の一実施形態における面状照明装置の構成例について説明する。
図３に示す面状照明装置２０は、平面視矩形状の導光板２２と、導光板２２の４つの側端面２５に沿って配置される光源３１とを備えている。尚、図１には、導光板２２の４つの側端面２５のうち、図示された断面に直交して延びる２つの側端面２５と、その両側端面２５に沿って配置される光源３１が示されている。
【００２７】
面状照明装置２０において、光源３１は、例えば、各側端面２５の長手方向に沿って配列される複数の白色発光ダイオードからなる。また、導光板２２は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料を成形してなる板状の導光体であり、その一主面を、点状光源３１から側端面２５を通じて入光した光を面状に出射させる出射面２４とするものである。そして、導光板２２の出射面２４側には、配光制御部材２６が配置され、出射面２４とは反対側の主面には、反射板２７が配置されている。
【００２８】
配光制御部材２６は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料を板状に成形してなる。配光制御部材２６は、その一方の主面が、後述する複数のプリズムが設けられたプリズム形成面２８として構成され、他方の主面（裏面）２９は平坦面として構成されている。そして、配光制御部材２６は、複数のプリズムが導光板２４側を向くように、プリズム形成面２８を導光板２２の出射面２４に対向させて配置されている。
【００２９】
面状照明装置２０では、導光板２２の出射面２４からの出射光の配光分布が、配光制御部材２６によって制御されることにより、本発明の作用効果を達成するものであり、配向制御部材２６の裏面２９が、面状照明装置２０の出射面に相当する。
【００３０】
ここで、図４（ａ）は、配光制御部材２６の一部をプリズム形成面２８側から見た部分平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）に示すように、配光制御部材２６のプリズム形成面２８には、互いに交差して延びる複数の線状プリズム３２、３３が形成されている。線状プリズム３２は、一方向（以下、縦方向ともいう）に延び、縦方向と直交する方向（以下、横方向ともいう）に複数配列されており、線状プリズム３３は、横方向に延び、縦方向に複数配列されて形成されている。
【００３１】
ここで、線状プリズム３２は、それぞれ平坦面からなる一対の傾斜面３２ｂ、３２ｂを備える凸状の三角柱プリズムとして形成され、同様に、線状プリズム３３は、それぞれ平坦面からなる一対の傾斜面３３ｂ、３３ｂを備える凸状の三角柱プリズムとして形成されている。
【００３２】
配光制御部材２０において、複数の線状プリズム３２、３３は、隣接する２つの線状プリズム３２、３２と、隣接する２つの線状プリズム３３、３３とで囲まれた各領域に平坦面３４が形成されるように、間隔を置いて配列されている。言い換えれば、隣接する２つの線状プリズム３２、３２と、隣接する２つの線状プリズム３３、３３とで囲まれた領域には、平坦面３４と、その平坦面３４を囲む４つの傾斜面３２ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３３ｂとで構成される四角錐台状の凹部３５が形成されている。本発明では、「プリズム」という用語は、このような凹部として形成される構造を指す用語としても用いられるものである。
【００３３】
したがって、配光制御部材２０のプリズム形成面２８には、凹部３５として形成された四角錐台状の複数のプリズム（同様に、符号３５を付す）が、マトリックス状に配置されているものである。
【００３４】
本実施形態において、縦方向に延びる線状プリズム３２の配列ピッチｐは０．１mm、高さｈは、０．０１mm、頂角αは９７．６°に設定されており、横方向に延びる線状プリズム３３の配列ピッチ、高さ、及び頂角は、それぞれ線状プリズム３２の配列ピッチｐ、高さｈ、及び頂角αと同一である（すなわち、各プリズム３５は、正四角錐台状の凹部からなる）。
【００３５】
以上のように構成された面状照明装置２０の配光分布を図５に示す。ここで、図５には、出射面２９上の１つの出射位置の法線回りの２つの方位（方位角Ψ）における配光分布が示されており、Ψ＝０°（０deg）は、プリズム３５の一辺（例えば、線状プリズム３３の稜線）に平行な方向、Ψ＝４５°（４５deg）は、プリズム３５の対角線方向に相当する。また、図５の横軸は配光角θであり、縦軸は、方位角Ψ＝０°の配光分布における配光角θ＝０°方向の輝度を１とする相対強度で表された輝度Ｌである。
【００３６】
図５から、面状照明装置２０では、方位角Ψ＝０°及び４５°のいずれの方位についても、配光角θの約−５０°から約５０°の範囲内で、±１０％以内の精度で略同一の輝度Ｌが達成され、かつ、その範囲外では、配光角θの絶対値が増大するにつれて連続的に輝度が減少する、図２（ｂ）と同様の配光分布が実現されていることが分かる。
【符号の説明】
【００３７】
１０，２０：面状照明装置、１４、２９：出射面、２２：導光板、２６：配光制御部材、３５：プリズム、Ｎ：法線、θ：配光角、Ｌθ：配光角θ方向の輝度
【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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