(57)【要約】      （修正有）【課題】光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができ、かつ、装置の薄型化が容易に達成できる、照明装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ１１からの光を光整形ロッド１２で整形した後、焦点距離ｆ１のレンズ系１３および焦点距離ｆ２の反射ミラー系１５からなり、前記ｆ１、ｆ２、および光整形ロッド１２の出射側端面とレンズ系１３の前方主点の間隔Ｓ１、およびレンズ系１３と反射型ミラー系１５の互いに対向する主点の間隔Ｓ２が、（１）式：１/ｆ１＝１/Ｓ１＋１/Ｓ２および（２）式：Ｓ２≒ｆ２を満たす光学系を経由させ、レンズ系１３からの出射光を反射ミラー系１５とほぼ同位置に、光整形ロッド１２の出射側端面の像として結像させた後、反射ミラー系１５にて反射させ、次いで反射型プリズムシート１４にて反射させて照射対象面へ到達させる構成とした。【選択図】図１
2017098084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（１１，２１）からなる発光源と、
前記発光源から出射された光を整形して光束として出射させる光整形手段であって、前記光整形手段の前記発光源から出射された光が入射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積より小さい前記光整形手段を有する２次元光源と、
焦点距離ｆ１のレンズ系（１３，２３）からなる第１集光光学系および焦点距離ｆ２の反射ミラー系（１５，２５）からなる第２集光光学系とから形成され、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部と前記第１集光光学系の前方主点の間隔Ｓ１と、前記第１集光光学系と前記第２集光光学系との互いに対向する主点の間隔Ｓ２と、前記第１集光光学系の焦点距離ｆ１と、前記第２集光光学系の焦点距離ｆ２とが、下記（１）式および（２）式を満たす光学系と、
１/ｆ１＝１/Ｓ１＋１/Ｓ２      ‥‥（１）
Ｓ２≒ｆ２      ‥‥（２）
さらに、光路変更手段と、
を備えた照明装置であって、
前記２次元光源から出射されて前記第１集光光学系を通過して進行した光束を、前記第２集光光学系と略同位置に前記光整形手段の出射面の像として結像させた後、前記第２集光光学系から反射させ、
前記第２集光光学系から反射した光束の反射方向が、前記第１集光光学系を通過した光束の光軸に対して傾斜し、
さらに、前記光路変更手段は、前記第２集光光学系から反射した光束の光路を変更する反射型プリズムシート（１４，２４）からなる、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光整形手段が光整形ロッド（１２，２２）であり、前記第１集光光学系が少なくとも４枚のレンズを有して構成されているレンズ系（１３，２３）であ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】
前記反射ミラー系（１５，２５）からなる第２集光光学系は、その反射面が前記反射型プリズムシート（１４，２４）の下面側である入射面側に向き、前記反射型プリズムシート（１４，２４）の厚み方向に対して傾斜角度θ＝０．７°〜４°で傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記第１集光光学系に、前記２次元光源から出射された光束の一部を遮断する少なくとも１つの遮断部材が設けられ、前記遮断部材が前記２次元光源から出射された光束のうちの有効光束を通過させる開口を少なくとも１つ有す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】
前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であるとともに、前記光整形手段の光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状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】
前記光整形手段の前記光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積に対して、３倍以上５倍以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光整形手段が、互いに連結された複数のロッド、または一体成形された１つのロッドから構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記反射型プリズムシートの反射凸部の幅方向中心線が円弧状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記反射型プリズムシートの、前記第２集光光学系から反射した光束が反射する各々の反射面の傾きを、リニアフレネルレンズのように、各々異なる傾きとしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の照明装置からなることを特徴とするバックライト装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のバックライト装置と、
複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、
前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの一面に対して入射させる
ことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のバックライト装置を備え、前記第２集光光学系から反射した光束を前記反射型プリズムシート（１４，２４）によって反射させることにより、前記バックライト装置から光束を出射させることを特徴とする請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ用のバックライト装置、あるいは照明型看板用等の照明装置に有利に適用できる、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイは、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、カメラ、パーソナルコンピュータ、ＣＡＤ用モニター、医療用モニター、自動車用モニター、およびテレビジョン受像機などの各種電子機器や産業機器などにおいて、画像表示手段として使用されており、今後も使用量や用途の拡大が見込まれている。この液晶ディスプレイには、照明光が必須であり、表示パネルの背面側に冷陰極管（ＣＣＦＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Light  Emitting  Diode）などを光源とした光を照射する照明装置であるバックライト装置が備えられる。
【０００３】
上記バックライト装置としては、大きく分類してエッジライト型および直下型の２つの方式が知られている（特許文献１）。エッジライト型のバックライト装置は、光源を透明な板からなる導光板のエッジ部に設け、このエッジ部から光を通して背面に設けられたパターンなどによって光を出射する。一方、直下型のバックライト装置は、液晶パネルの背面にＬＥＤなどの光源を多数並べて、それぞれの光源から光を出射する。
【０００４】
エッジライト型のバックライト装置は、使用するＬＥＤの数を少なくできるという利点がある一方、導光板を用いていることによって、ディスプレイ面の輝度を均一にするためには、導光板の背面に反射用のパターンをシルク印刷等で複雑に配置したり、導光板の下部に反射板を配置したり、上部に拡散板やプリズムを設けたりと構造が複雑になり、光の利用効率も悪化するという問題がある。また、直下型のバックライト装置でも、輝度均一化を実現するために、ＬＥＤからの光をオーバーラップさせる必要があり、ＬＥＤを多数並べて配置しているため、消費電力が大きく、光の利用効率が悪いという問題がある。さらに、直下型のバックライト装置においては、ＬＥＤを多数配置して液晶パネルに光が入射する前にオーバーラップにより輝度均一化する必要があるため薄型化が困難であるという問題もある。
【０００５】
このようなバックライト装置における輝度均一化を実現するための光の利用効率やエネルギー効率は、液晶ディスプレイの消費電力に大きな影響を及ぼす。液晶ディスプレイにおける低消費電力化は、高画質化とともにより一層の向上が求められており、バックライト装置における光の利用効率やエネルギー効率の向上が要請されている。そこで、本発明者は、特許文献２に記載されたバックライト装置を試作して、種々検討を行った。しかしながら、特許文献２に記載されたバックライト装置においては、稼働可能な状態のものを得るに至らなかった。
【０００６】
また、バックライト装置の低消費電力化には、バックライト装置の光源にＬＥＤなどの低消費電力の光源を用いるのが有効であることが知られているが、さらなる低消費電力化を図るために、光源として使用するＬＥＤの数も最小限にする技術の開発が求められていた。
【０００７】
そこで、本発明者は、光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができるバックライト装置および液晶ディスプレイを提供することを目的として、検討を重ねた結果、以下のバックライト装置を発明した。これを、便宜上、参考発明Ａという。
【０００８】
参考発明Ａは、特願２０１４−０７６５０９として特許出願をされた。
参考発明Ａの要旨は、発光ダイオードからなる発光源と、前記発光源から出射された光を整形して光束として出射させる光整形手段を有する２次元光源と、焦点距離ｆ１の第１集光光学系および前記焦点距離ｆ１より大きい焦点距離ｆ２の第２集光光学系とから形成される両側テレセントリック光学系と、さらに、光路変更手段と、を備えたバックライト装置であって、前記光整形手段の前記発光源から出射された光が入射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積より小さく、前記第１集光光学系が前記第２集光光学系に対して前記２次元光源の側に設けられたレンズ系であり、前記第２集光光学系は、反射ミラー系から構成され、前記第２集光光学系から出射する光束の出射方向が、前記第１集光光学系を通過した光束の光軸に対して傾斜し、さらに、前記光路変更手段は、前記第２集光光学系から出射した光束の光路を変更する反射型プリズムシーからなる、ことを特徴とするバックライト装置（特願２０１４−０７６５０９の補正後の請求項１参照。ただし、部材符号は省略した。）である。
【０００９】
前記光整形手段は、入射側端面から入射した光をロッド内部で全反射させて出射側端面から出射させる光整形ロッドからなる。
【００１０】
前記バックライト装置は、前記第１集光光学系（レンズ系）の光軸方向をＺ方向とし、前記反射型プリズムシートの厚み方向をＹ方向とし、Ｚ方向とＹ方向とに直角の方向をＸ方向としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２６４１１１号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
参考発明Ａによれば、光の利用効率を向上させることにより、発光源とするＬＥＤの使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができる。しかし、参考発明Ａでは、焦点距離ｆ１のレンズ系を物体側、焦点距離ｆ２（ｆ２＞ｆ１）の反射ミラー系を像側とする両側テレセントリック光学系を形成する構成としたことから、例えば１００インチを超えるような大画面に適用するためにレンズ系と反射ミラー系の相互間隔を広げた場合、画面全体を均一に照明するには、反射ミラー系のＹ方向寸法を大きくする必要があり、必然的に、バックライト装置の厚み方向サイズを大きくしなければならず、そのため、大画面への適用を図る際に、装置の薄型化が困難であることが分かった。
【００１３】
また、参考発明Ａに係るバックライト装置は、照明型看板、ポスターや絵画用照明、および面均一輝度の一般の照明などに応用することも可能であるが、照明対象面が大面積である場合、大面積の照明対象面への応用を図る際に、上記と同様の理由で、装置の薄型化が困難である。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができ、かつ、大画面の液晶ディスプレイ、または、観察対象面が大である照明型看板、ポスターや絵画用照明、および面均一輝度の一般の照明への適用を図る際に、装置の薄型化が容易に達成できる、照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、
発光ダイオードからなる発光源と、
前記発光源から出射された光を整形して光束として出射させる光整形手段であって、前記光整形手段の前記発光源から出射された光が入射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部における前記光束の光軸に対して直角な断面の面積より小さい前記光整形手段を有する２次元光源と、
焦点距離ｆ１のレンズ系からなる第１集光光学系および焦点距離ｆ２の反射ミラー系からなる第２集光光学系とから形成され、前記光整形手段の前記光束が出射する側の端部と前記第１集光光学系の前方主点の間隔Ｓ１と、前記第１集光光学系と前記第２集光光学系との互いに対向する主点の間隔Ｓ２と、前記第１集光光学系の焦点距離ｆ１と、前記第２集光光学系の焦点距離ｆ２とが、下記（１）式および（２）式を満たす光学系と、
１/ｆ１＝１/Ｓ１＋１/Ｓ２      ‥‥（１）
Ｓ２≒ｆ２      ‥‥（２）
さらに、光路変更手段と、
を備えた照明装置であって、
前記２次元光源から出射されて前記第１集光光学系を通過して進行した光束を、前記第２集光光学系と略同位置に前記光整形手段の出射面の像として結像させた後、前記第２集光光学系から反射させ、
前記第２集光光学系から反射した光束の反射方向が、前記第１集光光学系を通過した光束の光軸に対して傾斜し、
さらに、前記光路変更手段は、前記第２集光光学系から反射した光束の光路を変更する反射型プリズムシートからなる、
ことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、  前記光整形手段が光整形ロッドであり、前記第１集光光学系が少なくとも４枚のレンズを有して構成されているレンズ系であることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、  前記反射ミラー系からなる第２集光光学系は、その反射面が前記反射型プリズムシートの下面側である入射面側に向き、前記反射型プリズムシーの厚み方向に対して傾斜角度θ＝０．７°〜４°で傾斜していることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、前記第１集光光学系に、前記２次元光源から出射された光束の一部を遮断する少なくとも１つの遮断部材が設けられ、前記遮断部材が前記２次元光源から出射された光束のうちの有効光束を通過させる開口を少なくとも１つ有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であるとともに、前記光整形手段の光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面形状が矩形状であることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、前記光整形手段の前記光束を出射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積が、前記光整形手段の前記発光源からの光が入射する側の端部における、前記光束の光軸に対して直角な断面の面積に対して、３倍以上５倍以下であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、前記光整形手段が、互いに連結された複数のロッド、または一体成形された１つのロッドから構成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、前記反射型プリズムシートの反射凸部の幅方向中心線が円弧状であることを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る照明装置は、上記の発明において、前記反射型プリズムシートの、前記第２集光光学系から反射した光束が反射する各々の反射面の傾きを、リニアフレネルレンズのように、各々異なる傾きとしたことを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るバックライト装置は、上記の発明による照明装置からなることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る液晶ディスプレイは、
上記の発明によるバックライト装置と、
複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、
前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの一面に対して入射させる
ことを特徴とする。
【００２６】
本発明に係る液晶ディスプレイは、上記の発明において、前記第２集光光学系から反射した光束を前記反射型プリズムシートによって反射させることにより、前記バックライト装置から光束を出射させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る照明装置、バックライト装置および液晶ディスプレイによれば、光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができ、しかも照射対象面が大面積である場合であっても、容易に装置の薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による液晶ディスプレイのＸ方向側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による液晶ディスプレイのＹ方向平面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態による光整形ロッドを示す斜視図である。
【図４】図４は、第１の実施形態による光整形ロッドおよびレンズ系のＸ方向側面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態による光整形ロッドおよびレンズ系のＹ方向平面図である。
【図６】図６は、結像反射光学系を説明するための図１に対応する略線図である。
【図７】図７は、結像反射光学系を説明するための図２に対応する略線図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態による反射型プリズムシートを示すＹＺ断面図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態による照明装置ＳＡ１におけるＬＥＤ１１、光整形ロッド１２及びレンズ系１３の相互配置を示す（ａ）ＸＺ断面図及び（ｂ）ＹＺ断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態による照明装置ＳＡ１におけるＬＥＤ１１および光整形ロッド１２の入射側端面の相互配置を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施形態による照明装置ＳＡ１から発せられる面内の光の強度分布を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施形態による照明装置において、光整形ロッドの出射側端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Ｘ方向に沿った１次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の第１の実施形態による照明装置において、光整形ロッドの出射側端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Ｚ方向に沿った１次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施形態による照明装置ＳＡ２におけるＬＥＤ１１および光整形ロッド１２の入射側端面の相互配置を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施形態による照明装置ＳＡ２から発せられる面内の光の強度分布を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２の実施形態による照明装置において、光整形ロッドの出射側端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Ｘ方向に沿った１次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施形態による照明装置において、光整形ロッドの出射側端面から出射する光束の面内強度分布を均一にした場合の、Ｚ方向に沿った１次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本発明の第３の実施形態による反射型プリズムシートの形態を示す模式的な（ａ）底面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）正面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施形態による液晶ディスプレイのＸ方向側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００３０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態として、本発明に係る照明装置からなるバックライト装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。図１および図２はそれぞれ、この第１の実施形態による液晶ディスプレイの構成を示すＸ方向から見た側面図、およびＹ方向から見た平面図である。なお、図１および図２においてＸＹ平面に対して直角の方向をＺ方向とする。
【００３１】
図１および図２に示すように、この第１の実施形態による照明装置１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１１、光整形ロッド１２、レンズ系１３、反射型プリズムシート１４、および反射ミラー系１５を有して構成されている。また、照明装置１０の反射型プリズムシート１４における光軸側に面した反射プリズム面に対して略平行に、液晶パネル１６が設けられている。そして、これらの照明装置１０および液晶パネル１６によって、液晶ディスプレイ１が構成される。
【００３２】
発光源としてのＬＥＤ１１は、たとえば白色ＬＥＤなどから構成される。このＬＥＤ１１は、色の再現性を向上させるために、可能な範囲で色域が広くなるように構成されている。ここで、ＬＥＤ１１を単一のＬＥＤから構成する場合、光の出射端面側の円の径φが２ｍｍ以上４ｍｍ以下（２ｍｍ≦φ≦４ｍｍ）のＬＥＤを使用するのが好ましい。この第１の実施形態においては、ＬＥＤ１１として、径φがたとえば３ｍｍのＬＥＤを使用する。また、ＬＥＤ１１内のＬＥＤチップとカバーガラスと（いずれも図示せず）の間隔は、たとえば０．２８ｍｍ程度である。また、ＬＥＤ１１は面光源であるのが好ましく、ＬＥＤ１１から出射される光の強度分布は均等拡散面（ランバーシアン：Lambertian）の配光になるようにするのが好ましい。
【００３３】
光整形手段としての光整形ロッド１２は、ＬＥＤ１１から出射した光束を整形するためのロッドである。この光束の整形は、光整形ロッド内で光を全反射させることにより行われる。図３は、光整形ロッド１２の斜視図を示す。図３に示すように、光整形ロッド１２は、Ｚ方向に直角な入射側端面１２ａおよび出射側端面１２ｂが略矩形状である。また、入射側端面１２ａの面積が出射側端面１２ｂの面積よりも小さくされている。すなわち、入射側端面１２ａのＸ方向辺、Ｙ方向辺の長さをそれぞれＬｘ０、Ｌｙ０とし、出射側端面のＸ方向辺、Ｙ方向辺の長さをそれぞれＬｘ１、Ｌｙ１とすると、下記（Ａ１）式が成り立つ。
Ｌｘ０×Ｌｙ０＜Ｌｘ１×Ｌｙ１        ‥‥（Ａ１）
【００３４】
また、入射側端面１２ａはＬＥＤ１１のカバーガラスを密着可能に構成されている。また、光整形ロッド１２は、ＬＥＤ１１から出射した光束に対して透明な、たとえば硼珪酸ガラス（製品名ＢＫ７）や溶融石英などのガラスや樹脂等の光学材料からなるが、その他各種材料を用いることが可能である。
【００３５】
また、薄型化のためには、入射側端面１２ａおよび出射側端面１２ｂは、Ｘ方向辺を長辺、Ｙ方向辺を短辺とするのが好ましい。すなわち、下記（Ａ２）式が成り立つようにするのが好ましい。
Ｌｘ０＜Ｌｙ０、Ｌｘ１＜Ｌｙ１      ‥‥（Ａ２）
【００３６】
また、光整形を十分に行うために、たとえば、光整形ロッド１２のＺ方向長さＬを６８．５〜７８．５ｍｍとし、下記（Ａ３）〜（Ａ６）式が成り立つようにするのが好ましい。
１．０ｍｍ＜Ｌｙ０＜１．２ｍｍ      ‥‥（Ａ３）
４．６ｍｍ＜Ｌｘ０＜８．０ｍｍ      ‥‥（Ａ４）
２．０ｍｍ＜Ｌｙ１＜２．４ｍｍ      ‥‥（Ａ５）
２８．０ｍｍ＜Ｌｘ１＜３１．０ｍｍ      ‥‥（Ａ６）
【００３７】
なお、第１の実施形態における照明装置を比例拡大縮小した場合、その比例拡大縮小比をαとすると、（Ａ３）〜（Ａ６）式の代わりに、これら各式の下限値および上限値にαを乗じた下記（Ａ３Ａ）〜（Ａ６Ａ）式を用いるのが好ましい。
１．０ｍｍ×α＜Ｌｙ０＜１．２ｍｍ×α      ‥‥（Ａ３Ａ）
４．６ｍｍ×α＜Ｌｘ０＜８．０ｍｍ×α      ‥‥（Ａ４Ａ）
２．０ｍｍ×α＜Ｌｙ１＜２．４ｍｍ×α      ‥‥（Ａ５Ａ）
２８．０ｍｍ×α＜Ｌｘ１＜３１．０ｍｍ×α      ‥‥（Ａ６Ａ）
【００３８】
また、光整形ロッド１２は、ＸＺ断面（Ｙ方向に直交する断面）およびＹＺ断面（Ｘ方向に直交する断面）の形状が出射側に向かって広がる台形状であることが好ましい。この、ＸＺ断面およびＹＺ断面が出射側に向かって広がる台形状である光整形ロッドを、以下、ラッパ型ロッドという。
【００３９】
光整形ロッド１２の形状を以上のように規定することによって、後述するバックライト装置１０の照明領域において均一性が要求された場合に、その均一性を維持できるとともに、光利用効率も向上できる。そして、上述したＬＥＤ１１および光整形ロッド１２によって、２次元光源が構成され、光整形ロッド１２の光整形ロッドの出射側端面１２ｂから所定の面内強度分布を有する光束が出射する。このとき、光整形ロッド１２の形状が以上のように規定されていることによって、光整形ロッドの出射側端面１２ｂにおける面内強度分布は、ＬＥＤ１１から出射される光束の面内強度分布に比して、均一性がきわめて高くなる。
【００４０】
次に、第１集光光学系としてのレンズ系１３および第２集光光学系としての反射ミラー系１５について説明する。後述するようにレンズ系１３および反射ミラー系１５は結像反射光学系を形成している。ここで、結像反射光学系とは、焦点距離ｆ１のレンズ系１３と焦点距離ｆ２（ｆ２＞ｆ１）の反射ミラー系１５からなり、光整形ロッド１２から出射されてレンズ系１３を通過して進行した光束を、前記第２集光光学系（反射ミラー系１５）と略同位置に光整形ロッド１２の射出面の像として結像させた後、前記第２集光光学系から反射させる光学系である。
【００４１】
図１および図２に示すように、第１集光光学系としてのレンズ系１３は、光整形ロッド１２からの出射した光束を、たとえば均一な面内強度分布といった光束の面内強度分布を維持しつつ拡大整形するとともに、対向して設けられる反射ミラー系１５に入射させるものである。
【００４２】
図４および図５はそれぞれ、光整形ロッド１２およびレンズ系１３のＸ方向から見た側面図およびＹ方向から見た平面図である。図４および図５に示すように、ＬＥＤ１１から出射されて光整形ロッド１２によって整形された光束は、２次元光源としての光整形ロッドの出射側端面１２ｂから出射する。なお、レンズ系１３は後述する反射ミラー系１５と結像反射光学系を形成しているので、ロッドの出射側端面１２ｂから出射した光は、この結像反射光学系により、反射ミラー系１５と略同位置に光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂの像を結像した後、反射ミラー系１５から出射する。
【００４３】
レンズ系１３は、少なくとも４枚のレンズから構成され、所定の焦点距離ｆ１を有する。この第１の実施形態においてレンズ系１３は、たとえば５枚のレンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅから構成され、Ｆ値（Ｆナンバー）がたとえば１．１程度のいわゆる明るいレンズ系である。そして、これらの５枚のレンズ１３ａ〜１３ｅは、それらの主点がＬＥＤ１１および光整形ロッド１２のＸＹ断面の中心軸Ｏ上、すなわち光軸上を通るように配置されている。なお、レンズ系１３の収差は一般的な結像系と同様に補正され、色収差も十分に補正されている。また、レンズ系１３を構成するレンズをすべて球面レンズとすると、５枚のレンズ１３ａ〜１３ｅから構成するのが好ましいが、必ずしもこの枚数に限定されない。また、レンズ系１３を構成するレンズのうちの少なくとも１枚のレンズを非球面レンズとすることによって、レンズ系１３を４枚のレンズから構成することも可能である。
【００４４】
以下に、この第１の実施形態におけるレンズ系１３を構成するそれぞれのレンズ１３ａ〜１３ｅの具体例を挙げる。まず、レンズ１３ａは、材質がたとえば重バリウムクラウンガラス（たとえば製品名ＢＡＣＤ１６（ＨＯＹＡ社））の光学ガラスからなり、光束入射側の面の曲率半径（以下、後方面曲率半径）が、中心がＺ方向の後方側となる５６０ｍｍ（以下、Ｚ方向後方側の場合には「−」を付し、−５６０ｍｍ等とする）、厚さが１８．９ｍｍ、直径が５８．８ｍｍ、光束出射側の面の曲率半径（以下、前方面曲率半径）が−４１．８４ｍｍである。中心軸Ｏ上に沿ったレンズ１３ａとレンズ１３ｂとの間隔が０．３ｍｍである。次に、レンズ１３ｂは、材質がたとえば製品名ＢＡＣＤ１６の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が７５．３ｍｍ、厚さが１８．９ｍｍ、直径が５８．８ｍｍ、前方面曲率半径が−２８８ｍｍである。中心軸Ｏ上に沿ったレンズ１３ｂとレンズ１３ｃとの間隔が０．３ｍｍである。次に、レンズ１３ｃは、材質がたとえば重フリントガラス（たとえば製品名ＳＦ２（ＳＣＨＯＴＴ社））の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が４２．９ｍｍ、厚さが１７．９ｍｍ、直径が５６．７ｍｍ、前方面曲率半径が２９．３６ｍｍである。そして、中心軸Ｏ上に沿ったレンズ１３ｃとレンズ１３ｄとの間隔は１９．２ｍｍ、この間隔を形成する空間におけるＸＹ断面の最大径は１８．９ｍｍである。次に、レンズ１３ｄは、材質がたとえば製品名ＳＦ２の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が−２７．８ｍｍ、厚さが１２．６ｍｍ、直径が５６．７ｍｍ、前方面曲率半径が−３８．１３ｍｍである。そして、中心軸Ｏ上に沿ったレンズ１３ｄとレンズ１３ｅとの間隔は１．０ｍｍである。次に、レンズ１３ｅは、材質がたとえば製品名ＢＡＣＤ１６の光学ガラスからなり、後方面曲率半径が４２３ｍｍ、厚さが１３．７ｍｍ、直径が５６．７ｍｍ、前方面曲率半径が−８２．７５ｍｍである。そして、レンズ１３ｅの後方に射出光束を整形する最大有効径１８．９ｍｍの遮光版がある。
【００４５】
さらに、レンズ系１３においては、少なくとも１箇所、この第１の実施形態においては２箇所に、有効光束以外の一部の光束を遮断するための遮断部材としての遮断板１７，１８が設けられている。これらのうちの遮断板１７は、レンズ系１３内においてレンズ１３ｂとレンズ１３ｃとの間に設けられている。遮断板１７には、面内にたとえば矩形状の開口１７ａが形成されている。そして、この開口１７ａを有効光束が通過可能に構成される。また、レンズ系１３の光の出射側に、遮断板１７と同様の遮断板１８が設けられている。遮断板１８には、面内にたとえば矩形状の開口１８ａが形成され、開口１８ａを有効光束が通過可能に構成される。なお、開口１７ａ，１８ａの面内形状は矩形状に限定されず、必要に応じて楕円状、円状、台形状、または平行四辺形状などの、種々の形状にすることが可能である。また、ＬＥＤ１１から出射する光束のうちの、光整形ロッド１２の光束入射側端部に入射されなかった漏れ光を遮断するための遮蔽板１９も併せて設けられている。
【００４６】
ここで、レンズ系１３を構成するレンズ１３ａ〜１３ｅのうちの光整形ロッド１２に最も近いレンズ１３ａと、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂとの距離は、たとえば２２．８ｍｍである。また、レンズ系１３を構成するレンズ１３ａ〜１３ｅのうちの反射ミラー系１５に最も近いレンズ１３ｅと、反射ミラー系１５との距離は、たとえば１４７２．０ｍｍである。
【００４７】
第２集光光学系としての反射ミラー系１５は、少なくとも１枚の反射ミラーから構成され、具体的にたとえば、所定の焦点距離ｆ２を有する反射鏡である凹面鏡から構成される。ここで、反射ミラー系１５の寸法の一例を挙げると、後方面曲率半径がたとえば−２９５０ｍｍ、Ｘ方向に沿った寸法がたとえば８３０ｍｍ、Ｙ方向に沿った寸法がたとえば６０ｍｍの矩形状の部分球面である。また、反射ミラー系１５は、その反射面が反射型プリズムシート１４の下面側に向くように、Ｙ方向に対して所定の傾斜角度θで傾斜している（図１参照）。ここで、この第１の実施形態においては、反射ミラー系１５の傾斜角度θは、照明装置１０の照射領域をなす面積と相関し、具体的には０.７度以上４度以下とするのが好ましい。
【００４８】
ここで、上述したように、反射ミラー系１５とレンズ系１３とが組み合わされて、結像反射光学系が形成されている。
【００４９】
以下、この結像反射光学系について説明する。図６および図７はそれぞれ、結像反射光学系を説明するための図１および図２に対応する略線図である。これらの図６および図７においては、説明のために、第１の実施形態と同様の符号を用いているが、第１の実施形態と異なり反射ミラー系は傾斜していないものとして説明する。また、図６はＹＺ面図、図７はＸＺ面図である。さらに、図６および図７においては、結像反射光学系の説明のために、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂとレンズ系１３のレンズ１３ａとの距離ｄ０をたとえば２２．８ｍｍとしている点で、第１の実施形態の構成とは異なる。（図２と図７とは基本的には同じ図である。）
図６および図７に示すように、結像反射光学系においては、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂから２次元光源として出射した光束Ｌは、その主光線が光軸に略平行になるようにレンズ系１３に入射する。この光束は、レンズ系１３によってＺ方向に概ねコリメートされる。コリメートされた光束Ｌは、凹面鏡からなる反射ミラー系１５によって反射される直前に、反射ミラー系１５と略同位置に光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂの像を結像し、この像からの光が反射ミラー系１５によって反射される。そして、反射ミラー系１５によって反射された後の平行光束ＬRの主光線は、光軸に平行で互いに略平行の状態であり、平行光束ＬRはレンズ系１３と反射ミラー系１５との間で結像する。なお、反射後のそれぞれの平行光束ＬRの主光線は、互いに略平行であることが望ましい。
【００５０】
本発明に係る結像反射光学系は、レンズ系１３から出射した光束が反射ミラー系１５の直前（反射ミラー系１５と略同位置）で結像（集光）するようにしたから、参考発明Ａに係る両側テレセントリック光学系とは異なる。というのは、前記両側レテセントリック光学系では、レンズ系１３から出射した光束が反射ミラー系１５で反射してから結像（集光）し、その結像位置は例えばレンズ系１３と反射ミラー系１５の間隔のＺ方向距離の略中間位置である。
【００５１】
前記参考発明Ａに係る両側テレセントリック光学系では、反射ミラー系１５の位置での光束が未結像の光束であるため、レンズ系１３からの光束のＹ方向への広がりが、レンズ系１３と反射ミラー系１５との間隔を大きくするにつれて増大し、したがって、十分な明るさの照明とするには、前記光束のＹ方向への広がりの増大に追従させて、反射ミラー系１５のＹ方向サイズを大きくする必要があり、それゆえ大面積の照明対象面に対しては、照明装置の薄型化が困難である。
【００５２】
これに対し、本発明に係る結像反射光学系では、反射ミラー系１５の位置での光束が略結像した光束であるため、レンズ系１３からの光束のＹ方向への広がりが、レンズ系１３と反射ミラー系１５との間隔を大きくしていってもほとんど増大せず、したがって、反射ミラー系１５のＹ方向サイズを大きくせずとも十分な明るさの照明とすることができ、それゆえ大面積の照明対象面に対しても、照明装置の薄型化が容易である。
【００５３】
発明者が行った光学シミュレーションの結果によると、前記結像反射光学系とした場合は、前記両側テレセントリック光学系とした場合と比べ、反射ミラー系１５のＹ方向サイズを略半分にすることができる。
【００５４】
そして、このような結像反射光学系を形成するためには、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂとレンズ系１３の前方主点の間隔Ｓ１、および、レンズ系１３と反射ミラー系１５との互いに対向する主点（レンズ系１３の後方主点と反射ミラー系１５の前方主点）の間隔Ｓ２、および、レンズ系１３の焦点距離ｆ１、および、反射ミラー系１５の焦点距離ｆ２が、下記（１）式および（２）式を満足するようにすることが肝要である。
１/ｆ１＝１/Ｓ１＋１/Ｓ２      ‥‥（１）
Ｓ２≒ｆ２      ‥‥（２）
なお、上記(２)式は、Ｓ２が、０．９×ｆ２以上かつ１．１×ｆ２以下であることを意味する。
【００５５】
ここで、具体的には、レンズ系１３の焦点距離ｆ１がたとえば２１．１７ｍｍ、反射ミラー系１５の焦点距離ｆ２がたとえば６００ｍｍである場合、レンズ系１３の後方主点と反射ミラー系１５との間隔Ｓ２は、６００ｍｍとするのが好ましい。また、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂとレンズ系１３の前方主点の間隔Ｓ１は、１/（１/２１．１７−１/６００）＝２１．９４ｍｍとするのが好ましい。
【００５６】
また、図１に示すように、照明装置１０においては、反射ミラー系１５を、その反射面が反射型プリズムシート１４側を向くように、Ｙ方向に対して所定角度としての傾斜角度θだけ傾斜させる。これによって、図１に示すように、拡大された光束Ｌが反射ミラー系１５によって、光束Ｌの光軸に対して傾斜した方向に進行し、反射ミラー系１５からの平行光束ＬRとして反射型プリズムシート１４の反射プリズム面に照射される。この場合、反射された平行光束ＬRの出射方向は、レンズ系１３からの光束Ｌの主光線に対して２θの所定角度をなす。さらに反射ミラー系１５の傾斜角度θを変化させることによって、反射型プリズムシート１４に照射される平行光束ＬRのＺ方向に沿った照射幅Ｗｚ、すなわち平行光束ＬRの照射面積を調整制御することができる。すなわち、反射ミラー系１５は、照射領域をＺ方向に沿って拡大させる機能を有するとともに、反射型プリズムシート１４への照射領域に、光整形ロッド１２から射出される光束の強度分布を反映させることを可能としている。
【００５７】
また、光路変更手段である反射部材としての反射型プリズムシート１４は、反射プリズム面が中心軸Ｏに対して略平行、かつＸＺ平面に略平行になるように設けられる。この反射型プリズムシート１４は、反射ミラー系１５により反射された平行光束ＬRをさらに反射させることにより、平行光束ＬRの光路を変更させて、反射平行光束Ｌrとして外部に出射するためのものである。この第１の実施形態においては、反射平行光束Ｌrは液晶パネル１６の背面（図１中上側面）に照射される。図８は、この反射型プリズムシート１４の部分的なＹＺ断面図である。
【００５８】
図８に示すように、反射型プリズムシート１４の液晶パネル１６側の反射プリズム面上に、Ｘ方向に平行、すなわちＹ方向から見た平行光束ＬRの光路方向に対して直角の方向に延びた複数の反射凸部１４ａが設けられている。反射凸部１４ａはたとえば、ＹＺ断面が幅ｌ0で高さｔ0の三角形状を有するとともに、所定の間隔ｌ1を隔てて設けられている。また、反射凸部１４ａの少なくとも反射ミラー系１５側の表面は、平行光束ＬRを反射可能な鏡面から構成される。そして、反射凸部１４ａにおける三角形状の底辺の幅ｌ0または高さｔ0や隣り合う反射凸部１４ａ間の間隔ｌ1を調整することによって、反射ミラー系１５からの平行光束ＬRを、反射凸部１４ａの間の反射型プリズムシート１４の表面に到達させないようにできる。そのため、反射ミラー系１５からの平行光束ＬRを反射凸部１４ａの鏡面からなる斜面にのみ到達させ、この斜面によって平行光束ＬRを反射させることが可能になる。これにより、反射型プリズムシート１４の表面に到達して所望の方向とは異なる方向に散乱される光束を最小限にできるので、光の利用効率を向上できる。さらに、隣り合う反射凸部１４ａ間の間隔ｌ1の領域は平面ミラーとなっているので、液晶パネル１６に入射した反射平行光束Ｌｒの反射光を再入射させることが可能である。
【００５９】
また、これらの反射型プリズムシート１４および反射凸部１４ａの形状やＺ方向に対してなす傾斜角度を、反射ミラー系１５からの平行光束ＬRの光路に応じて調整することによって、平行光束ＬRを所定の面内強度分布で維持しつつ、所望の方向に反射させることが可能になる。そして、図１に示すように、以上の、ＬＥＤ１１、光整形ロッド１２、レンズ系１３、反射型プリズムシート１４、および反射ミラー系１５によって、液晶ディスプレイ１のバックライト装置（照明装置１０からなる）が構成される。
【００６０】
また、液晶パネル１６としては、従来公知の平面板状の液晶パネルを用いることが可能である。すなわち、液晶パネル１６は、たとえば偏光フィルター、ガラス基板、配光層に挟持された液晶、および拡散板などを積層した積層体から構成される。そして、バックライト装置（照明装置１０からなる）から出射される平行光束が、液晶パネル１６の一面である背面に、背面に対して略垂直に入射するように構成することによって、この第１の実施形態による液晶ディスプレイ１が構成される。
【００６１】
本発明者は、以上のように構成された本発明の第１の実施形態による照明装置１０を試作した。これを照明装置ＳＡ１と呼ぶ。図９は、照明装置ＳＡ１におけるＬＥＤ１１、光整形ロッド１２及びレンズ系１３の相互配置を示す（ａ）ＹＺ断面図及び（ｂ）ＸＺ断面図である。図１０は、照明装置ＳＡ１におけるＬＥＤ１１および光整形ロッド１２の入射側端面の相互配置を示す斜視図である。照明装置ＳＡ１では、３つのＬＥＤチップを一列に並べてなる単一のＬＥＤから構成されるＬＥＤ１１を用いているにもかかわらず、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂから出射させる光束Ｌの面内強度分布を均一とすることができることを確認した。具体的には、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂの全面から均一に光線が発散するようにできた。
【００６２】
そして、本発明者は、この場合の照明装置１０から発する光の強度分布を測定した。図１１は、照明装置１０から発せられる面内の光の強度分布を示す図である。なお、図１１において、照射領域は約８１０ｍｍ×１３００ｍｍ前後であり、光の強度が小さいほど青色に近づき、強度が大きいほど赤色に近付くようになっている。また、以下の図面におけるαＥ−βは、α×１０−βを意味する。図１１から、照明装置１０の照射領域の全面にわたって、ほぼ均一に光を照射可能であることが分かる。
【００６３】
図１２および図１３はそれぞれ、上述のように構成された照明装置１０において、ＬＥＤ１１のＬＥＤチップから出力される光の電力を１Ｗとし、光整形ロッドの出射側端面１２ｂから出射させる光束Ｌの面内強度分布を均一にした場合における、図２のＸ方向およびＺ方向に沿った光強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２および図１３から、照明装置１０のＸ方向およびＺ方向に沿った光強度が、広い領域において６．３０×１０−５Ｗ・ｃｍ-2以上であって、十分な光強度（輝度）が得られることが分かる。そして、上述した照明装置１０の試作品ＳＡ１について測定したところ、光整形ロッド１２から出射された光束の均一の面内強度分布が、照明装置１０から発する光の面内強度分布に反映され、きわめて均一性が高い面内光強度分布が実現されていることが確認された。さらに、上述した第１の実施形態によるバックライト装置１０によれば、ＬＥＤ１１から出射される光のエネルギーに対して発光エネルギー利用効率が約３８．９％前後であることが確認された。ここで、発光エネルギー利用効率とは、光線シミュレーションにおいてＬＥＤ１１から発散させた光線本数に対する照射エリアに到達した光線本数の比率である。また、本発明者の知見によれば、エネルギー利用効率は、ＬＥＤチップの形状、第１ロッド１２ａの照射側の形状、光整形ロッドの出射側端面１２ｂの出射側形状、レンズ系１３のＦ値（ＮＡ）、光学系全体の吸収および反射、ならびにＬＥＤチップとカバーガラスとの間隔に依存する。ここで、上述した利用効率においては、平行光束ＬRのエネルギーとして、反射型プリズムシート１４の直前で計算した平行光束ＬRの強度分布をもとに算出した値を用いている。第１の実施形態による照明装置１０においては、反射型プリズムシート１４を適切に設計することによって、反射平行光束Ｌrを、上述した発光エネルギー利用効率と同程度の発光エネルギー利用効率で外部に出射させることができる。
【００６４】
以上説明した、本発明の第１の実施形態によれば、単一のＬＥＤで構成されたＬＥＤ１１を用いて、従来の照明領域をより均一に照明することができるので、消費電力の低減を図ることができる。また、光整形ロッド１２およびレンズ系１３と、レンズ系１３と連携した反射ミラー系１５とによって、結像反射光学系を構成していることにより、照明装置１０から発する光を平行光にできるとともに、低消費電力を維持しつつ、広い領域において光整形ロッド１２の発光面における光の強度分布が反映された面内強度分布の照明を得ることができる。そして、この第１の実施形態によれば、光整形ロッド１２の出射側端面１２ｂの位置をレンズ系１３の焦点位置の前後に配置することによって、バックライトの照明の均一性を確保するようにしている。これにより、光整形ロッド１２の発光面における光の強度分布を発光面内において均一にすることによって、広い照明領域において、均一性が反映された均一の照明装置を得ることができる。
【００６５】
また、上述した第１の実施形態における照明装置１０によれば、照明装置１０の厚み（Ｙ方向サイズ）を、バックライト装置１０の照射領域のＺ方向に沿った長さまたはＸ方向に沿った幅に対して、両側テレセントリック光学系を採用した参考発明Ａの場合の１０％よりもさらに小さい５％以下の厚みにすることが可能になることが確認された。これにより、大面積の照射対象面に対しての、照明装置の薄型化、狭小化、および小型化が、参考発明Ａの場合よりも、よりいっそう容易に実現できる。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態による照明装置について説明する。この第２の実施形態においては、前記照明装置ＳＡ１において、ＬＥＤ１１および光整形ロッド１２の入射側端面の相互配置を、図１０に示した形態に代えて、図１４に示した形態とし、その他の構成は照明装置ＳＡ１と同様とした。これを、照明装置ＳＡ２と呼ぶ。すなわち、照明装置ＳＡ２では、ＬＥＤチップの個数を照明装置ＳＡ１の場合の３個から５個に増やし、光整形ロッド１２の入射側端面１２ａのＸ方向サイズを照明装置ＳＡ１の場合の４．６ｍｍから、８．０ｍｍに広げた。
【００６７】
そして、本発明者が、光強度を計測するセンサーピッチを７５０×１０００として発光エネルギー効率を計算したところ、チップの数が増した分明るくなるが、エネルギー利用効率は３個の場合とほとんど変わらない。すなわち、チップからの総エネルギー発光に対しては３チップの場合と５チップの場合とで概ね変わらない。
【００６８】
そして、本発明者は、この場合の照明装置１０から発する光の強度分布を測定した。図１５は、照明装置１０から発せられる面内の光の強度分布を示す図である。図１５において、照射領域は約８１０ｍｍ×１３００ｍｍ前後であり、図１５から、照明装置１０の照射領域の全面にわたって、ほぼ均一に光を照射可能であることが分かる。
【００６９】
図１６および図１７はそれぞれ、上述のように構成されたバックライト装置１０において、ＬＥＤ１１のＬＥＤチップから出力される光の電力を１Ｗとし、光整形ロッドの出射側端面１２ｂから出射する光束Ｌの面内強度分布を均一にした場合における、図２のＸ方向およびＺ方向に沿った１次元強度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。図１６および図１７から、照明装置１０のＸ方向およびＺ方向に沿った光強度が、広い領域において１．０４×１０−４Ｗ・ｃｍ-2以上であって、均一で十分な光強度（輝度）が得られていることが分かる。さらに、第１の実施形態による照明装置１０に比して、約１．７倍の光強度が得られていることが分かる。
【００７０】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、光のエネルギー利用効率をより一層向上させることができる。すなわち、第２の実施形態において説明したように、ＬＥＤ１１の大きさや形状を変えて、大きさや形状に応じて光整形ロッド１２をたとえばラッパ形状に構成することにより、ＬＥＤ１１から出射される光の利用効率を向上させることが可能になる。また、ＬＥＤ１１の大きさと光整形ロッド１２の形状との相関関係を第１および第２の実施形態のように規定することによって、光のエネルギー利用効率を格段に向上させることが可能になる。
【００７１】
(第３の実施形態)
次に、本発明の第３の実施形態による照明装置について説明する。
【００７２】
この第３の実施形態は、第１又は第２の実施形態において、反射型プリズムシート１４の反射凸部１４ａの幅方向中心線が直線状である形態としていたのに代えて、反射型プリズムシート１４の反射凸部１４ａの幅方向中心線１４ｃが円弧状である形態とした。この円弧の曲率中心は反射ミラー系１５からの平行光束ＬＲが入射する側に位置するものとする。図１８は、本発明の第３の実施形態による反射型プリズムシート１４の形態を示す（ａ）底面図、（ｂ）側面図及び（ｃ）正面図である。これによれば、反射ミラー系１５から反射型プリズムシート１４へ入射してきた平行光束ＬＲは、反射凸部１４ａで反射されるが、図１８（ａ）、(ｂ)に示すように、幅方向中心線１４ｃが円弧状である反射凸部１４ａは焦点Ｐを有するため、図１８反射光束Ｌｒ１は、平行光束とはならず、焦点Ｐに集光したのち拡散する。この第３の実施形態においては、円弧状の幅方向中心線１４ｃの曲率半径を変えることで反射光束Ｌｒ１の拡散角度φを変更し、照射領域のＸ方向サイズを容易に変更できるから、第１および第２の実施形態と比べ、同じ装置厚さでも、より大面積の照射対象面への適用が容易である。もっとも、照射領域のＸ方向端部ではＸ方向中央部と比べ、光強度がcosφ倍に低下し、輝度均一性が損なわれるが、他の照明からの光のオーバーラップで輝度均一化は容易に実現できる。
【００７３】
なお、この第３の実施形態に代えて、前記反射型プリズムシートの、前記第２集光光学系から反射した光束が反射する各々の反射面の傾きを、リニアフレネルレンズのように、各々異なる傾きとした実施形態も好ましい。これによれば、任意の線状照明や円形照明への適用も容易となる。
【００７４】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態による照明装置からなるバックライト装置を備えた液晶ディスプレイについて説明する。図１９は、この第４の実施形態による液晶ディスプレイをＸ方向から見た側面図である。
【００７５】
図１９に示すように、この第４の実施形態による照明装置２０からなるバックライト装置は、第１の実施形態と異なり、たとえば射出成形などの樹脂成形法によって成形された、板状で光透過性を有する樹脂体２６を有する。そして、ＬＥＤ２１、光整形ロッド２２およびレンズ系２３は、たとえば、あらかじめ位置決めされた状態で、樹脂体２６の成形時に内部に埋め込まれている。ここで、光整形ロッド２２およびレンズ系２３においては、少なくとも空気と接触するように形成するのが好ましいが、必ずしもそのような構成に限定されるものではない。また、この樹脂体２６は、平板状に形成されているとともに、一方の面側に凹部２６ａが形成されている。そして、この樹脂体２６に対して、たとえばアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）などの金属を蒸着させることによって、反射型プリズムシート２４および反射ミラー系２５を一体的に形成する。このとき、凹部２６ａ内に金属が埋め込まれることにより、第１の実施形態による反射型プリズムシート１４の反射凸部１４ａと同様の効果を有する反射部材２４ａが形成される。以上により、照明装置２０が構成される。そして、この照明装置２０からなるバックライト装置によって照明される液晶パネル１６を樹脂体２６の他方の面の所定位置に設けることによって、第４の実施形態による液晶ディスプレイ２が構成される。なお、この液晶ディスプレイ２は、スマートフォンや携帯端末などの液晶ディスプレイとして好適に使用できる。
【００７６】
この第４の実施形態によるバックライト装置によれば、内部にあらかじめ位置決めされた状態でＬＥＤ２１、光整形ロッド２２、およびレンズ系２３を埋め込んで、樹脂体２６を成形できるとともに、樹脂体２６の一主面および一端部に金属を蒸着させていることにより、それぞれ反射型プリズムシート２４と反射ミラー系２５とを一体に形成することができるので、液晶ディスプレイ２を小型化する場合においても、大量生産が可能になり、生産性を向上させることができるので、低コスト化を図ることができる。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。たとえば、上述の実施形態において挙げた数値や材料はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値や材料を用いてもよい。
【００７８】
上述した実施形態においては、照明装置として、照明領域における光強度分布を均一化させた液晶ディスプレイのバックライト装置を構成したものを例としているが、一般的な液晶ディスプレイのみならず、スマートフォン、タブレット端末などのあらゆる情報表示用のディスプレイにおけるバックライト装置に適用することが可能である。また、必要に応じて、照明型看板、ポスターや絵画用照明、および面均一輝度の一般の照明などに応用することも可能である。
【００７９】
また、上述した第１の実施形態においては、光整形ロッド１２の光束出射側端部である光整形ロッドの出射側端面１２ｂのＸＹ断面の形状を矩形状としているが、必ず矩形状に限定されるものではなく、円形状、楕円状、台形状、平行四辺形状等の種々の形状とすることが可能である。また、光整形ロッド１２の代わりに公知のホモジェナイザーを用いてもよい。また、発光源が所望の範囲で均一の面内強度分布を有する光を発光できるものであれば、光整形手段を用いずに２次元光源を構成してもよい。
【００８０】
また、上述した第１の実施形態においては、反射ミラー系１５により反射された平行光束ＬRを、反射型プリズムシート１４によりさらに反射させて光路を変更することで、外部に光束を出射しているが、必ずしも反射型プリズムシート１４に限定されるものではなく、プリズムなどの光束の光路を変更可能な部材であれば、種々の部材を用いることが可能である。また、たとえば反射ミラー系１５により反射された平行光束ＬRを、直接外部に出力し、照明光として使用してもよい。
【００８１】
また、上述した第１の実施形態においては、第２集光光学系としての反射ミラー系１５を凹面鏡から構成しているが、この反射ミラー系１５を平面化するために、凹面鏡からなる反射ミラー系１５の代わりに、フレネルレンズと、反射ミラーまたは反射型フレネルレンズとを用いてもよい。
【００８２】
また、上述した第１の実施形態においては、ＬＥＤ１１として単一の白色ＬＥＤを用いているが、ＲＧＢＬＥＤアレイや垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いることも可能である。なお、ＬＥＤ１１を単一のＬＥＤから構成する場合には、白色ＬＥＤが好ましく、複数のＬＥＤを用いる場合には、これらのＬＥＤを白色ＬＥＤから構成してもよいが、ＲＧＢＬＥＤアレイなどから構成してもよい。
【００８３】
また、上述した第１の実施形態において用いたレンズ系１３の各レンズ１３ａ〜１３ｅの材質としては、必ずしも上述した材質に限定されるものではなく、屈折率Ｎｄおよびアッベ数νｄが規定の値であれば、種々の材質を採用することが可能である。
【００８４】
また、上述した第１の実施形態においては、光整形ロッド１２の入射側端面１２ａのＸ方向寸法Ｌｘ０がＹ方向寸法Ｌｙ０以上になっているが、光整形ロッド１２の入射側端面１２ａのＸ方向寸法Ｌｘ０をＹ方向寸法Ｌｙ０より小さく（Ｌｘ０＜Ｌｙ０）してもよい。同様に、Ｌｘ１＜Ｌｙ１としてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１，２  液晶ディスプレイ
１０，２０  照明装置
１１、２１  発光ダイオード（ＬＥＤ）
１２，２２  光整形ロッド
１２ａ  光整形ロッドの入射側端面
１２ｂ    光整形ロッドの出射側端面
１３，２３  レンズ系
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ  レンズ
１４，２４  反射型プリズムシート
１４ａ  反射凸部
１５，２５  反射ミラー系
１６  液晶パネル
１７，１８  遮断板
１７ａ，１８ａ  開口
１９  遮蔽板
２４ａ  反射部材
２６  樹脂体
２６ａ  凹部
Ｌ  光束
ＬR  平行光束
Ｌr  反射平行光束
【図１】
2017098084.tif 000003
【図２】
2017098084.tif 000004
【図３】
2017098084.tif 000005
【図４】
2017098084.tif 000006
【図５】
2017098084.tif 000007
【図６】
2017098084.tif 000008
【図７】
2017098084.tif 000009
【図８】
2017098084.tif 000010
【図９】
2017098084.tif 000011
【図１０】
2017098084.tif 000012
【図１１】
2017098084.tif 000013
【図１２】
2017098084.tif 000014
【図１３】
2017098084.tif 000015
【図１４】
2017098084.tif 000016
【図１５】
2017098084.tif 000017
【図１６】
2017098084.tif 000018
【図１７】
2017098084.tif 000019
【図１８】
2017098084.tif 000020
【図１９】
2017098084.tif 000021