JP4563294B2 - 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 - Google Patents

Description

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平２−１７号公報 特開昭５４−１５５２４４号公報 特許２８５２４２４号公報 特開２０００−３３８８９５号公報 特開２００２−３５２６１１号公報

そこで、本発明は、出射面における輝度が高く、かつ、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。

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。

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。

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。

一方、光源からの入射光のうち、望ましい割合の光の光線方向を変更することで、輝度の均一性を更に高めることを見出し、鋭意検討し、前記光線方向を変換する割合について好適な範囲を見出すとともに、光線方向の変換と全光線透過率の比の制御の二つの機能を1つの部材で達成するための好適な構成をも見出した。

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、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材を備える照明装置であって、
前記光源は１つの仮想平面内に規則的に配置されており、
前記反射板、前記光源が配置されている仮想平面、前記光制御部材が、それぞれの主面を平行にして、かつ、この順に配置されており、
前記光制御部材は、
前記光源からの光の方向を変換するための光線方向変換部と、
前記光線方向変換部を通過した光の出射エネルギーを制御するための出光制御部とを備え、
前記複数の光源の内、所定の光源とその最近傍にある他の光源との間の距離をＤ、前記所定の光源と前記光制御部材との距離をＨとしたとき、前記光源からの光が入射する前記光制御部材の入射面に、当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、かつ、当該全光線透過率が前記入射面上の法線方向から光が入射した光の全光線透過率の１．０５乃至３倍であり、
前記光線方向変換部は入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換するとともに、
前記光源から前記入射面に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出光制御部に到達することを特徴とする照明装置である。

請求項２記載の発明は、前記光制御部材が基材部を有し、前記光線方向変換部が前記基材部中に分散する光線方向変換材であり、該光制御部材を構成する基材部１００質量部に対して粒子径１〜５０μｍの光線方向変換材を０．０１〜１質量部含有し、かつ、前記基材部と前記光線方向変換材の屈折率の差が０．００５乃至０．０８であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置である。

請求項３記載の発明は、前記光線方向変換部が前記入射面上の凹凸構造であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置である。

請求項４記載の発明は、請求項1〜３に記載の照明装置が備える光制御部材である。

また、請求項５記載の発明は、請求項１〜３に記載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である。

請求項１の発明は、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材を備える照明装置であって、前記光源は１つの仮想平面内に規則的に配置されており、
前記反射板、前記光源が配置されている仮想平面、前記光制御部材が、それぞれの主面を平行にして、かつ、この順に配置されているので、光源と反射板からの光は効率よく光制御部材に向かう。また光源が１つの仮想平面内にあることは装置の薄型化、光源の出光強度の均一化、などの上で有利である。光源が規則的に配置されているので、光制御部材に入射する光の強度が規則的となり、本発明の光制御部材で好適に制御できる。

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、かつ、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。すなわち隣接する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、かつ、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができる。また、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。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。

また光線方向変換部によって入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換することで、好適な割合の光線方向を変化させることができるので、輝度の均一性を更に高めることができる。
前記光源から前記入射面に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出光制御部に到達することで、光の有効利用率が高く、多くの光の出光を制御できるので、輝度が高く、かつ、好ましい出光制御が可能である。

請求項２の発明は、光制御部材の基材部中に光線方向変換部として光線方向変換材を用いることで、出射光の均一性を高めることが出来る。特に光線方向変換材を０．０１から１質量部用いて、また光線方向変換材の基材部との屈折率差が０．００５乃至０．０８であるので、光線方向変換材による光のロスは最小限に抑えつつ、効果的な出射光の均一性向上が実現できる。

請求項３の発明は、光制御部材の光線方向変換部が入射面の凹凸構造であることで、光制御部材を射出成形などの一般的な成形方法で容易に作成できる。

請求項４記載の発明は、請求項1〜３に記載の照明装置に用いることができる光制御部材であって、該照明装置で好適に用いられるだけでなく、反射板と光制御部材を平行に配置し、その間に光制御部材に向けて光を発するように単一の光源を配置した照明装置や、複数の光制御部材の間に単一、もしくは複数の光源を配置するような照明装置に用いることが出来、これらの照明装置は照明看板などの表示用途にも好適に用いることが出来る。

請求項５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、かつ、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。

本発明は、反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材を備える照明装置であって、前記光源は１つの仮想平面内に規則的に配置されており、前記反射板、前記光源が配置されている仮想平面、前記光制御部材が、それぞれの主面を平行にして、かつ、この順に配置されており、前記光制御部材は、前記光源からの光の方向を変換するための光線方向変換部と、前記光線方向変換部を通過した光の出射エネルギーを制御するための出光制御部とを備え、前記複数の光源の内、所定の光源とその最近傍にある他の光源との間の距離をＤ、前記所定の光源と前記光制御部材との距離をＨとしたとき、前記光源からの光が入射する前記光制御部材の入射面に、当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、かつ、当該全光線透過率が前記入射面上の法線方向から光が入射した光の全光線透過率の１．０５乃至３倍であり、前記光線方向変換部は入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換するとともに、前記光源から前記入射面に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出光制御部に到達することにより、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、これが備える光制御部材、及び画像表示装置を安価に得るという目的を実現した。

また、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で正面輝度が高い照明装置となり、多くの用途で望ましい。このことは出光制御部によって制御できる。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

また本光制御部材は規則的に配置された複数の光源からの光の出光方向を制御することに好適であり、前記規則的な配置とは、本発明の趣旨から、所定の光源からDとHで規定される角度αで入射する光の強さと、他の任意の光源から同じ角度αで入射する光の強さが等しいことが望ましく、これを容易に実現するために各光源の出光強度が等しく、かつ、任意の光源とその最近傍にある他の光源との距離Dが一定であり、かつ、また任意の光源と光制御部材との距離Hが一定であることが最も望ましい。

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の出射面に出光制御部として、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、かつ、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。

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出来る。
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

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１．５４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。

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。

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。

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。

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、かつ、高輝度な照明装置を容易に得ることができる。

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。

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。

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。

また出光制御部を出射面側に凸部として形成する場合、そ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。
上記凸部は、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、凸部の大きさ、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。

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、光線方向制御部を設ける。

本発明の光制御部材で用いられる光線方向変換材は、該光制御部材を構成する基材部１００質量部に対し、光線方向変換材を０．０１〜１質量部、好ましくは０．０５〜０．７質量部、さらに好ましくは０．１〜０．５質量部含有することである。その含有量が、基材部１００質量部に対して０．０１質量部未満であると、光拡散性が十分でなく（輝度ムラの解消効果が十分でない点を記載したく）、また、１質量部を超えると、十分な全光線透過率が得ることが出来なくなり、該光制御部材を照明装置等の用途に用いた際、十分な明るさを得る事が出来ず好ましくない。

また、光線方向変換材の粒子径は、その平均粒子径が１〜５０μｍの範囲であり、好ましくは、２〜３０μｍの範囲である。光線方向変換材の平均粒子径が１μｍより小さい場合には、これを基材部に分散させて得られる光制御部材は、短波長の光を選択的に散乱するため、透過光が黄色を帯びやすく好ましくない。一方、光線方向変換材の平均粒子径が５０μｍを超えると、基材部に分散させて得られる光制御部材は、光拡散性（輝度ムラの解消効果が十分でない点を記載したく）が低下したり、光が樹脂を透過したときに光線方向変換材が異物として目視されやすくなったりする場合があり好ましくない。光線方向変換材の形状としては、楕円球状ないし球状にわたる形態であることが好ましく、球状であることがより好ましい。

なお、本明細書でいう平均粒子径とは、後述するように電子顕微鏡観察により得られた写真を用いた実測によって得られる平均粒子径を意味する。

光線方向変換材としては、通常、基材の透明性樹脂と屈折率の異なる無機系および／または有機系の透明微粒子が用いられる。光線方向変換材の屈折率と基材の屈折率との差については、その絶対値が、０．００５乃至０．０８であり、０．０１乃至０．０７でありことが好ましく、０．０２乃至０．０６でありことがより好ましい。その屈折率差が、０．００５未満であると、光拡散性が十分でなく（輝度ムラの解消効果が十分でない点を記載したく）、また、０．０８を超えると、十分な全光線透過率が得ることが出来なくなり、該光制御部材を照明装置等の用途に用いた際、十分な明るさを得る事が出来ず好ましくない。なお、本発明においては、上記のように光線方向変換材と基材との屈折率差により、いわゆる内部拡散性を付与することができるが、光線方向変換材を基材表面に浮き出させて表面凹凸を形成させることにより、いわゆる外部拡散性を付与することもできる。

また、本発明で使用される光線方向変換材材は、基材樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有するものであることが好ましい。光線方向変換材の屈折率が基材の屈折率よりも大きい場合には、光拡散性は高くなるものの、基材樹脂と光線方向変換材とのアッベ数の差が大きくなり、拡散光が見る角度によって色の差が生じやすくなり好ましくない。このため、基材と光線方向変換材との屈折率の差は、通常小さ過ぎたり、大きすぎたりしないものが好ましい。

無機系の光線方向変換材としては、例えば、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、水酸化アルミニウム、シリカ、ガラス、タルク、マイカ、ホワイトカーボン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等が挙げられ、これらは脂肪酸等で表面処理が施されたものであっても良い。また、有機系の光線方向変換材としては、例えば、スチレン系重合体粒子、アクリル系重合体粒子、シロキサン系重合体粒子、フッ素系重合体粒子等が挙げられ、空気中での３質量％減少温度が２５０℃以上である高耐熱光拡散剤や、アセトンに溶解させたときのゲル分率が１０％以上の架橋重合体粒子が好適に用いられる。これらの光線方向変換材の内、シリカ、ガラス、アクリル系重合体粒子、シロキサン系重合体粒子を用いることが好ましく、アクリル系重合体粒子、シロキサン系重合体粒子を用いることがより好ましい。また、これらの光線方向変換材は、必要に応じてその２種類以上を用いることができる。

本発明の光制御部材で用いられる基材と光線方向変換材とを混合する方法としては、特に限定されず、例えば、基材ペレットに予め光線方向変換材を混合してこれを押出成形または射出成形してペレットなどの形態で光制御部材とする方法；基材を押出成形または射出成形する際に光線方向変換材を添加し成形してペレットなどの形態で光制御部材とする方法；一度基材と光線方向変換材とをマスターバッチ化した後に再度所望の配合量とするべく基材とマスターバッチ品とを押出成形または射出成形してペレットなどの形態で光制御部材とする方法を採用することができる。

また前記光線方向変換部は前記入射面上の凹凸構造であってもよい。このとき該凹凸構造のある入射面の好適な表面状態は、全光線透過率、ヘイズ、算術表面粗さを目安にすることが出来る。凹凸の程度は算術平均粗さＲａが３μｍ以下であることが望ましい。これより大きくなると、拡散効果が大きくなりすぎるために、正面輝度が低下する。

前記光源から前記入射面に入射した光が前記光線方向変換部を通過して前記出光制御部に到達する割合についても、前記光線変換能測定用部材の全光線透過率を測定して、この値とでき、出光制御部の光線方向制御を予測できる場合、光制御部材の全光線透過率を直接測定して、計算することもできる。

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出来る。

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。

図１４に、本発明で用いることの出来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。

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。

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。

実施例中の測定方法および諸物性の評価方法を以下に示す。
全光線透過率は図６に示した前記の方法で、光制御部材に、レンズでコリメートした平行光８を用いて測定した。

光線方向変換部が入射面に法線方向から入射した光の方向を変換する割合は、次のようにして測定する。測定する光制御部材に出光制御部を設けない構成からなる光線変換能測定用部材を別途用意する。出光制御部が光制御部材の出射面上に形成した凸部である場合は、光線変換能測定用部材の出射面は入射面と平行な平滑面である。該光線変換能測定用部材の入射面に法線方向から平行光を照射し、ヘイズメーターで出光方向が変化した光の割合を測定する。また通常、出光制御部の光線方向制御は通常計算で予測でき、この場合、光制御部材の輝度角度分布を直接測定することで光線方向変換部が入射面に法線方向から入射した光の方向を変換する割合を計算することもできる。本実施例および比較例では、（ＪＩＳ Ｋ７１３６）法に準拠した手法でヘイズメーター（ＨＲ−１００；村上色彩研究所（株）製）を用いて測定した。
光源から光制御部材の入射面に入射した光が光線方向変換部を通過して出光制御部に到達する割合については、光線変換能測定用部材の全光線透過率を測定して、この値とした。光線変換能測定用部材としては、出光制御部を設けない以外は、実施例で用いる光制御部材と同じ方法でそれぞれ作成した。
実施例および比較例に用いた光線方向変換材は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、得られた写真を用いて粒子数２００個の粒子径を実測することにより、数平均粒子径、数平均粒子径に対する標準偏差を算出した。
また、粒子径分布の指標として、百分率（％）で示される変動係数（ＣＶ値）は次式により求めた。
ＣＶ＝（平均粒子径に対する標準偏差／平均粒子径）×１００

以下の実施例および比較例は次のような構成の照明装置を用いて評価した。光制御部材の出光制御部は出射面上に平行に配列した幅０．３mm、深さ０．２mmの蒲鉾状の凸部であり、溝状の平行な凹部を設けた金型を用いて、射出成形で形成する。

光制御部材の主面サイズは７０７ｍｍ×４３６ｍｍで厚さ２ｍｍである。
反射板の材料は発泡ペット樹脂で反射率は９５％である。
４５８ｍｍ×７３０ｍｍ×３５ｍｍで、出射側に６９８ｍｍ×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、前記反射板を配置する。

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Ｘ方向に沿ってＹ方向に平行に配置する。冷陰極管１６本を２２ｍｍずつの間隔をおいて配置する。
次に光制御部材を開口部に被せるように配置する。
線状光源の中心から光制御部材までの距離は１５．５ｍｍ、隣接する線状光源の中心同士の距離は２５ｍｍである。

実施例１．
メタクリルスチレン系共重合樹脂ペレット（ＴＸ−８００Ｓ：電位化学工業（株）社製、屈折率ｎＤ：１．５５）と、メタクリル酸メチル系重合体粒子（ＭＢＸＲ−８Ｎ：積水化成品工業（株）社製、数平均粒子径８μｍ、ＣＶ値２５％）０．２５質量％とをヘンシェルミキサーで混合後、射出成形（押出樹脂温度２８０℃）にて、横３４０ｍｍ×縦２７０ｍｍ、厚み２ｍｍの光制御部材を作製した。この光制御部材を用いて上記の照明装置を組んで評価した。評価結果を図１２に示す。

実施例２．
メタクリル酸メチル系重合体粒子（ＭＢＸＲ−８Ｎ：積水化成品工業（株）社製、数平均粒子径８μｍ、ＣＶ値２５％）を０．１３重量％用いる以外は実施例１と同様にして光制御部材を作成した。この光制御部材を用いて上記の照明装置を組んで評価した。評価結果を図１２に示す。

実施例３．
スチレン系共重合樹脂ペレット（Ｇ−１００Ｃ：東洋スチレン（株）社製、屈折率ｎＤ：１．５９）と、メタクリル酸メチル系重合体粒子（ＳＭＸ−８Ｖ：積水化成品工業（株）社製、数平均粒子径８μｍ、ＣＶ値２２％）０．５質量％とをヘンシェルミキサーで混合後、射出成形（押出樹脂温度２８０℃）にて、横３４０ｍｍ×縦２７０ｍｍ、厚み２ｍｍの光制御部材を作製した。この光制御部材を用いて上記の照明装置を組んで評価した。評価結果を図１２に示す。

実施例４．
メタクリル酸メチル系重合体粒子（ＭＢＸＲ−８Ｎ：積水化成品工業（株）社製、数平均粒子径８μｍ、ＣＶ値２５％）を０．２５重量％用いる以外は実施例３と同様にして光制御部材を作成した。この光制御部材を用いて上記の照明装置を組んで評価した。評価結果を図１２に示す。

実施例５．
メタクリルスチレン系共重合樹脂ペレット（ＴＸ−８００Ｓ：電位化学工業（株）社製、屈折率ｎＤ：１．５５）を射出成形（押出樹脂温度２８０℃）にて、横３４０ｍｍ×縦２７０ｍｍ、厚み２ｍｍの光制御部材を作製した。このとき成形金型によって入射面側にシボ面を形成した。この光制御部材を用いて上記の照明装置を組んで評価した。評価結果を図１２に示す。

比較例１〜４．
比較例１、２は光制御部材に代えて光線方向変換材を基材中に分散した横３４０ｍｍ×縦２７０ｍｍ、厚み２ｍｍの板を用いる。
比較例３、４は光制御部材に代えて横３４０ｍｍ×縦２７０ｍｍ、厚み２ｍｍの板であり、入射面側にシボ面を形成しているものを用いる。
なお比較例１〜４は出光制御部を有さない。
これら比較例１〜４の評価結果を図１９に示す。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の実施例１〜５、比較例１〜４の評価結果を示す表である。 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。 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。 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。 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。 従来の照明装置の概略構成図である。 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。 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

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）

Claims (4)

1. 反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材を備える照明装置であって、
   前記光源は１つの仮想平面内に規則的に配置されており、
   前記反射板、前記光源が配置されている仮想平面、前記光制御部材が、それぞれの主面を平行にして、かつ、この順に配置されており、
   前記光制御部材は、
   前記光源からの光の方向を変換するための光線方向変換部と、
   前記光線方向変換部を通過した光の出射エネルギーを制御するための出光制御部とを備え、かつ、
   基材部を有し、前記光線方向変換部が前記基材部中に分散する光線方向変換材であり、前記光制御部材を構成する前記基材部１００質量部に対して粒子径１〜５０μｍの前記光線方向変換材を０．０１〜１質量部含有し、かつ、前記基材部と前記光線方向変換材の屈折率の差が０．００５乃至０．０８であり、
   前記複数の光源の内、所定の光源とその最近傍にある他の光源との間の距離をＤ、前記所定の光源と前記光制御部材との距離をＨとしたとき、前記光源からの光が入射する前記光制御部材の入射面に、当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、かつ、当該全光線透過率が前記入射面上の法線方向から光が入射した光の全光線透過率の１．０５乃至３倍であり、
   前記光線方向変換部は入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換するとともに、
   前記光源から前記入射面に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出光制御部に到達することを特徴とする照明装置。
2. 反射板と、複数の光源と、板状の光制御部材を備える照明装置であって、
   前記光源は１つの仮想平面内に規則的に配置されており、
   前記反射板、前記光源が配置されている仮想平面、前記光制御部材が、それぞれの主面を平行にして、かつ、この順に配置されており、
   前記光制御部材は、
   前記光源から光が入射する入射面の凹凸構造であり、前記光源からの光の方向を変換するための光線方向変換部と、
   前記光線方向変換部を通過した光の出射エネルギーを制御するための出光制御部とを備え、
   前記複数の光源の内、所定の光源とその最近傍にある他の光源との間の距離をＤ、前記所定の光源と前記光制御部材との距離をＨとしたとき、前記光源からの光が入射する前記光制御部材の入射面に、当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、かつ、当該全光線透過率が前記入射面上の法線方向から光が入射した光の全光線透過率の１．０５乃至３倍であり、
   前記光線方向変換部は入射面に法線方向から入射した光の８０％乃至１０％の光の方向を変換するとともに、
   前記光源から前記入射面に入射した光の８０％以上が前記光線方向変換部を通過して、前記出光制御部に到達することを特徴とする照明装置。
3. 請求項１〜２に記載の照明装置が備える光制御部材。
4. 請求項１〜２に記載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。

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