JP2009026753A - 照明装置及びそれに用いられる光学調整部材 - Google Patents

Abstract

【課題】光源から出射される光線を高い効率で集光し、高い正面輝度が得られる照明装置を提供する。
【解決手段】バックライト５０内の光学調整部材１は、プリズムシート２及び３を備える。プリズムシート２内のプリズム２１は、プリズムシート３内のプリズム３１と並行する。さらに、プリズム２１の側面２１１とプリズム３１の側面３１１とは、導光板１０２から所定角度Ａ０で出射する輝度ピーク光線が臨界角未満で入射するように形成される。導光板１０２からの出射光は、所定角度Ａ０を輝度ピークとして所定の角度範囲に分布するが、プリズム２１及び３１により段階的にコリメートされるため、出射光のうち、側面２１１及び３１１に臨界角を超えて入射する光線成分の割合を抑制できる。その結果、側面２１１及び３１１で全反射する光の割合を抑制でき、光の損失を抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置及びそれに用いられる光学調整部材に関する。

液晶表示装置用のバックライトユニットに代表される各種照明装置は、光源からの光線の広がりや明るさを調整する。多くの照明装置は、その光路中や光源ハウジングの出射口に、光の指向性を制御する光学シートを備える。このような光学シートは、光透過性を有し、かつ、入射光を所定の方向に揃える機能や、入射光を拡散させる機能を有する。

入射光を所定の方向に揃える機能、すなわち、光指向性を制御する機能を有する光学シートの代表例は、プリズムシートである（例えば、特許文献１参照）。プリズムシートは、シート状の基材と、基材上に形成された複数の線状レンズとを備える。線状レンズはたとえば、所定の方向に延在し横断形状が三角形状であるプリズムや、横断形状が半円（半楕円）形状であるシリンドリカルレンズである。プリズムシートは、基材上に形成されたこれらの線状レンズによるプリズム効果またはレンズ効果によって光線の進行方向を制御する。

バックライトユニットには、上述したプリズムシートが２枚用いられ、各プリズムシートの線状レンズの延在方向が互いに直交するように配置される（例えば、特許文献１参照）。このようなバックライトユニットの一般的な構成を図８に示す。また、プリズムシートの一般的な構造を図９に示す。図８を参照して、バックライトユニット１００は、光源１０１と、光源１０１から放射された光を面光源に変える導光板１０２と、導光板１０２の下部（液晶表示パネルとは反対側）に配置される反射シート１０３と、導光板１０２の上部（液晶表示パネル側）に配置される複数の光学シート群１０４とを備える。図示していないが、液晶表示パネルは光学シート群１０４上に敷設される。光学シート群１０４は、下部拡散シート１０５、プリズムシート群１０６及び上部拡散シート１０７を備える。

図８に示すバックライトユニット１００は、導光板１０２の側面近傍に光源１０１が配置された、いわゆるエッジライト（サイドライト）方式の照明装置である。光源１０１から放射された光（光束）は導光板１０２の側部に入射され、導光板１０２の表面（出射面）１１２から出射される。この際、出射される光はある程度の指向性を有する。すなわち、出射光の輝度特性において輝度が最大となる方向は、出射面１１２の法線方向Ｎ１１２から光源１０１と逆側に所定角度Ａ１１２で傾斜している。以下、本明細書では、出射光のうち、出射光の輝度特性において輝度が最大となる方向に出射される光線を「輝度ピーク光線」Ｒ１という。なお、図８では、バックライトユニット１００の構成を分かり易くするために各光学部材１０２〜１０７を離して記載しているが、実際には、各光学部材１０２〜１０７は接して重ねられている。

プリズムシート群１０６は、２枚のプリズムシート１２０からなる。各プリズムシート１２０は、図９に示すように、シート状基材１２１上に、所定の方向に延在し且つ横断形状が三角形状であるプリズム１２２が複数並設される。２枚のプリズムシート１２０は、互いのプリズム１２２が直交するように配設される。

上述のとおり、導光板１０２からの出射光を集光して効果的に液晶表示パネルに照射することを目的に、各プリズムシート１２０は、互いのプリズム１２２が直交するように配設される。このような構成の場合、図１０に示すように、導光板１０２からプリズムシート１２０に入射する光Ｒ１００のうち、斜め方向に入射した光線Ｒ１０１はプリズム１２２の側面１２３でプリズムシート１２０の法線方向に屈折され出射される。しかしながら、プリズムシート１２０に垂直な方向付近に入射した光線Ｒ１０２は側面１２３で全反射して導光板１０２に戻る。

戻された光線（以下、回帰光線という）は導光板１０２や反射シート１０３によって散乱され、再度プリズムシート１２０に入射する。そして、あらためて斜め方向に入射した光線成分Ｒ１０１が法線方向に屈折され出射される。

このような回帰光線の発生は輝度の低下を招く。従来のバックライトユニット１００では、プリズムシート９０を直交させて２枚使い、さらに入射光の散乱度を上げるため下部拡散シート１０５を敷設する。そのため、回帰光線の通過経路が長い。回帰光線の通過経路が長ければ、吸収される光線成分が多くなり、効率的に光線を取り出して集光することができない。その結果、従来のバックライトユニット１００では、正面輝度が不足したり、電力を多く消費するといった問題が生じ得る。
特表平１０−５０６５００号公報 特許第３２９９０８７号

本発明の目的は、光源から出射される光線を高い効率で集光し、高い正面輝度が得られる照明装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明による照明装置は、光源と、導光板と、光学調整部材とを備える。導光板は、光源からの光が入射する側面と、入射された光を出射する出射面とを有する。光学調整部材は、第１及び第２の光学シートを備える。第１の光学シートは、導光板上に敷設され、複数の第１の線状レンズを含む。複数の第１の線状レンズは、導光板の出射面と対向する面と反対側の主面に形成される。第２の光学シートは第１の光学シート上に敷設される。第２の光学シートは複数の第２の線状レンズを含む。第２の線状レンズは、第１の線状レンズと対向する面と反対側の主面に形成される。そして、第１の線状レンズは第２の線状レンズと並行する。ここでいう並行は厳密な平行だけを意味するものではなく、第１及び第２の線状レンズが、本発明の効果が得られる程度に揃って並んでいることを意味する。

本発明による照明装置では、第１及び第２の線状レンズは並行である。そのため、導光板から出射された光を、第１及び第２の線状レンズで段階的に第１及び第２の光学シートの法線方向に光路変化させることができる。その結果、高い効率で光線を取り出して照明装置の正面方向に集光することができ、高い正面輝度を得ることができる。

好ましくは、複数の第１の線状レンズは互いに並設され、複数の第２の線状レンズは互いに並設される。

好ましくは、導光板は、出射面の法線方向から光源と逆側に所定角度傾いた方向に指向性を有する光を出射し、光学調整部材は、導光板からの光を受け、法線方向に指向性を有する光を出射する。

この場合、照明装置の輝度が向上する。

好ましくは、第１及び第２の線状レンズの各々は、第１及び第２の側面を有するプリズムであり、第２の側面は、光源との距離が第１の側面よりも遠い。第１及び第２の線状レンズの第２の側面には、導光板から出射される光のうち、光の輝度特性において輝度が最大となる方向に出射される光線が臨界角未満で入射される。

導光板から出射される光は、光の輝度が最大となる方向をピークとして、所定の角度範囲に広がりを有する。光の輝度が最大となる方向に出射される光線（輝度ピーク光線）が臨界角未満で第２の側面に入射されれば、光学調整部材に入射される光のうち、全反射される光線の割合を抑えることができる。つまり、正面方向へ出射しない光線や回帰光線の発生を抑制できる。そのため、入射される光線の損失を抑制でき、高い正面輝度が得られる。

好ましくは、第１の線状レンズにおける主面に対する第２の側面の傾き角は、第２の線状レンズにおける主面に対する第２の側面の傾き角よりも大きい。

導光板からの光は、第１の線状レンズにより、第１及び第２の光学シートの主面の法線側に屈折して出射する。そのため、仮に、第２の線状レンズの第２の側面の傾き角が、第１の線状レンズの第２の側面の傾き角よりも大きければ、第１の線状レンズから出射した光のうち、第２の線状レンズの第２の側面に臨界角を超えて入射する光線の割合が増加する。本発明では、第２の線状レンズの第２の側面の傾き角は、第１の線状レンズの第２の側面の傾き角よりも小さいため、第２の線状レンズの第２の側面に臨界角を超えて入射される光線の割合を抑えることができ、全反射する光線の割合を抑制できる。

好ましくは、第１の線状レンズにおける主面に対する第１の側面の傾き角は、第２の線状レンズにおける主面に対する第１の側面の傾き角よりも小さい。

導光板からの光が第１の側面に入射すれば、第１及び第２の光学シートの主面の法線と逆側に屈折して出射される。このように、第１の側面は集光に寄与しないため、導光板からの光の入射を抑制するのが好ましい。第１の線状レンズから出射された光は、導光板からの光よりも主面法線側に傾いて出射される。そのため、第２の線状レンズの第１の側面の傾き角が第１の線状レンズの第１の側面の傾き角よりも大きければ、第１の側面に光が入射するのをより抑制できる。

本発明による光学調整部材は、上述の照明装置や他の照明装置に用いられる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［光学調整部材の構成］
図１を参照して、本発明の実施の形態による光学調整部材１は、プリズムシート２とプリズムシート３とを備える。プリズムシート３は、プリズムシート２上に敷設される。

プリズムシート２は、基材２０と、複数のプリズム２１とを備える。基材２０は、透過性を有し、その素材はたとえば、樹脂やガラスである。具体的には、基材２０の素材は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオレフィン、ポリプロピレン、セルロースアセテート等の樹脂や、ガラスなどの無機透明物質である。基材２０は、シート状であってもよいし、板状であってもよい。基材２０は、底面２２と、底面２２と反対側の主面２３とを有する。主面２３は仮想的な面であってもよい。主面２３上にはプリズム２１が形成される。基材２０の表面（底面２２及び主面２３）の表面は平坦に限らず、立体面であってもよい。基材２０の厚さは、光学調整部材の加工の容易性、ハンドリング性等を考慮すると、１０〜５００μｍの範囲が好ましい。

プリズム２１は、長手方向を有する線状のレンズであり、横断形状は三角形状である。つまり、複数のプリズム２１は、主面２３上に互いに並設されて形成される。各プリズム２１は、側面２１１及び２１２を有する。プリズム２１は透光性し、その素材はたとえば、紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂は、たとえば、アクリス樹脂やウレタン樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン系樹脂などの透明プラスチック樹脂である。プリズム２１は、基材２０と同じ材料で形成されてもよい。プリズム２１の素材の屈折率は１．３〜１．９の範囲が好ましい。

プリズムシート３は、基材３０と、複数のプリズム３１とを備える。基材３０は、基材２０と同じく、透光性を有する。また、基材３０を形成する素材は、基材２０と同様である。基材３０の底面３２は、複数のプリズム２１と対向する。複数のプリズム３１は、基材３０の底面３２と反対側の面である主面３３上に互いに並設されて形成される。プリズム３１は、プリズム２１と同様に、長手方向を有する線状のレンズであり、横断形状は三角形状である。プリズム３１は、２つの側面３１１及び３１２を有する。プリズム３１の素材は、プリズム２１と同様である。

プリズム３１は、プリズム２１と並行する。より具体的には、プリズム３１の長手方向は、プリズム２１の長手方向と並行である。ここでいう並行は、厳密な平行のみを意味するものではなく、後述する本発明の効果を奏する程度に揃って並んでいれば足りる。

プリズム２１及び３１の配置間隔（ピッチ）は７〜１００μｍ程度であることが好ましい。複数のプリズムの配置間隔が７μｍより小さくなると、プリズムを形成するために用いる金型において精度の高い金型加工が必要となり、コストが高くなる。また、複数のプリズムの配置間隔が１００μｍより大きくなると、特にシート状の基材を用いた場合には、次のような問題が生じる。複数のプリズムの配置間隔が１００μｍより大きくなるとプリズムのサイズも相対的に大きくなり、プリズムを形成する樹脂の体積が増大する。その結果、樹脂を硬化させてプリズムを形成した際の樹脂の硬化収縮量を増大する。この場合、金型に対する樹脂のいわゆる「食いつき」が強くなり、樹脂（プリズム）が金型から剥離し難くなる。特にロール状の金型を用いてシート状基材上にプリズムを形成する場合には、剥離時にプリズムが破壊されたり、プリズムが金型表面に残留したりする場合がありうる。また、複数のプリズムの配置間隔が１００μｍより大きくなると、プリズムの高さも高くなるので光学調整部材１が厚くなる。したがって、プリズムのピッチは７〜１００μｍが好ましい。ただし、ピッチがこの範囲外であっても本発明の効果は得られる。

図２に光学調整部材１を用いた照明装置であるバックライトユニット５０を示す。バックライトユニット５０は、光源１０１と、導光板１０２と、反射シート１０３と、光学調整部材１とを備える。

図２では液晶表示パネルを省略しているが、液晶表示パネルが光学調整部材１上に敷設されてもよい。液晶表示パネルは、従来の液晶表示装置で用いられているものと同じ構成を有するものを用いることができる。具体的には、液晶表示パネルは、偏光板、ガラス基板、画素電極を成す透明導電膜、配向膜、液晶層、配向膜、対抗電極を成す透明導電膜、カラーフィルター、ガラス基板、及び、偏光板をこの順で積層した構造を有する。

光源１０１、導光板１０２及び反射シート１０３は周知の構成を有する。光源１０１はたとえば、蛍光管のような線光源でもよいし、ＬＥＤ（Light Emitting Device）のような複数の点光源で構成されてもよい。導光板１０２は、透過性を有する樹脂からなり、たとえば、ポリカーボネートからなる。反射シート１０３はたとえば、ＰＥＴフィルムの表面に銀が蒸着されて形成される。

導光板１０２は、側面１１３と出射面１１２とを有する。光源１０１は、導光板１０２の側面１１３と対向して配設される。プリズムシート２は、導光板の出射面１１２上に敷設される。このとき、プリズムシート２の底面２２は、出射面と対向する。また、プリズム２１の長手方向は、側面１１３と並行する。そして、プリズム２１の２つの側面２１１及び２１２のうち、側面２１１の方が側面２１２よりも光源１０１との距離が遠くなるように、プリズムシート２が敷設される。上述のとおり、プリズムシート３はプリズムシート２上に敷設される。このとき、プリズム３１の２つの側面３１１及び３１２のうち、側面３１１の方が側面３１２よりも光源１０１からの距離が遠くなるように、プリズムシート３が敷設される。

光源１０１からの光は、側面１１３に入射し、出射面１１２から出射する。出射される光（光束）は、出射面１１２の法線Ｎ１１２から光源１０１と逆側に所定角度Ａ０度傾いた方向に指向性を有する。つまり、出射光の輝度特性は、所定角度Ａ０度傾いた方向に輝度のピークを有し、そのピークを中心に所定の角度範囲の広がりを有する。この出射光のうち、所定角度Ａ０度傾いた方向に出射される光線を輝度ピーク光線Ｒ１という。

導光板１０２の出射面１１２から出射した光（輝度ピーク光線Ｒ１を含む）は、プリズムシート２に入射し、プリズムシート２を経て、プリズムシート３に入射する。そしてプリズムシート３から外部に出射される。

プリズムシート２に入射した光線は、底面２２と、プリズム２１の側面２１１とで法線Ｎ１１２（プリズムシート２及び３の法線方向と同じ）側に屈折し、進行方向を変化する。これを第１の光路変化と称する。第１の光路変化を受けた光線はさらに、プリズムシート３の底面３２に入射する。そして、底面３２と、プリズム３１の側面３１１とにおいて法線Ｎ１１２側にさらに屈折し、進行方向を変化する。これを第２の光路変化と称する。これら２回の光路変化を経て、光線の進行方向は法線Ｎ１１２方向（つまりバックライトユニット５０の正面方向）に変化する。このとき、輝度ピーク光線Ｒ１を含む出射光のうち、全反射する光線の割合は少ない。そのため、全反射により正面方向へ出射しない光線や導光板１０２に戻る回帰光線の発生を抑制できる。以下、この点について詳述する。

図３は、バックライトユニット５０において、光学調整部材１の代わりに、１枚のプリズムシート９０を導光板１０２上に敷設した場合の光路変化を示す模式図である。図３を参照して、出射面１１２から出射された出射光のうち輝度ピーク光線Ｒ１は、プリズムシート９０に入射され、プリズム９２の側面９２１から外部に出射する。このとき、輝度ピーク光線Ｒ１は、プリズムシート９０の底面９１０とプリズム９２の側面９２１とにおいて、法線Ｎ１１２側に屈折する。

この場合、１枚のプリズムシート９０で輝度ピーク光線Ｒ１を法線Ｎ１１２方向に光路変化しなければならない。そのため、側面９２１での屈折角Ｂ３を大きくする必要がある。屈折角Ｂ３を大きくするためには、基材９１の主面９１１と側面９２１とがなす傾斜角β３を大きくするか、基材９１及びプリズム９２の屈折率を大きくしなければならない。基材９１及びプリズム９２を構成する樹脂の屈折率は１．３〜１．９の範囲であり、一般的には１．４〜１．７程度である。１．７よりも高い屈折率を有する高屈折材料も開発されているが製造コストが高い。したがって、プリズムシート９０の屈折率の向上には限界がある。

さらに、大きな屈折角Ｂ３を得ようとすると、全反射による光の損失が増大してしまう。一般的に、大きな屈折角Ｂ３を有する出射光線Ｒ１１を得るためには、側面９２１に入射する光線Ｒ１の入射角Ｂ２が大きくなければならない。しかしながら、入射角Ｂ２を大きくすれば、ある角度以上で全反射が起こる。一般に屈折率の高い媒質から低い媒質に向かって光線が進む場合、ある限界以上の入射角の光線は１００％の反射を受けて低屈折率媒質に出射することができなくなる。これを全反射の臨界角という。図３ではプリズムシート９０に入射する光線を代表的に輝度ピーク光線Ｒ１として記載してきたが、実際に出射面１１２から出射される光は、輝度ピーク光線Ｒ１を中心に角度的に分布している。入射角Ｂ２が臨界角に近ければ、輝度ピーク光線Ｒ１より法線Ｎ１１２側に傾いて出射面１１２から出射される光線Ｒ１０は、側面９２１における入射角Ｂ３が臨界角を超えてしまい、全反射する。要するに、屈折角Ｂ３が高いほど、入射角Ｂ２も大きくなる。そのため、全反射する光の割合が多くなり、正面方向へ出射しない光線や回帰光線が増加する。正面方向へ出射しない光線や回帰光線が増加すれば、それだけ光の損失が発生し、法線Ｎ１１２方向への集光に寄与する光の割合が減少する。

これに対して、本実施の形態による光学調整部材１は、輝度ピーク光線の光路の変化を、２枚のプリズムシート２及び３によって分割し段階的に行っているところに特徴がある。具体的には、入射光線の光路変化を２回に分けたことにより、各プリズム２１及び３１の側面２１１及び３１１での輝度ピーク光線の入射角を、臨界角よりも、より小さくすることができる。そのため、図３の場合と比較して、全反射により正面方向へ出射しない光線や回帰光線の発生を抑制し、法線Ｎ１１２方向への集光に寄与する入射光の角度範囲を広くすることができる。以下、この点について詳述する。

図２に示したバックライトユニット５０における光路変化を図４に示す。図中の矢印は、出射面１１２から出射された光のうち、輝度ピーク光線Ｒ１の光路を示す。図４を参照して、輝度ピーク光線Ｒ１は、導光板１０２の出射面１１２から大気中に出射する。輝度ピーク光線Ｒ１は、法線Ｎ１１２から光源１０１と逆側に所定角度Ａ０傾いて出射する。輝度ピーク光線Ｒ１は、プリズムシート２の底面２２に入射する。プリズムシート２に入射した輝度ピーク光線Ｒ１は、プリズム２１の２つの側面２１１及び２１２のうち、光源１０１からの距離が遠い側面２１１に到達する。このときの入射角Ａ２が臨界角未満となるように、側面２１１と主面２３とのなす傾斜角β１が設定されている。そのため、側面２１１に入射した輝度ピーク光線Ｒ１の入射角Ａ２は、臨界角未満となり、輝度ピーク光線Ｒ１は全反射することなく側面２１１で屈折し、光線Ｒ２として外部に出射する。

続いて、光線Ｒ２はプリズムシート３の底面３２に入射する。そして、プリズムシート３内を進み、プリズム３１の２つの側面３１１及び３１２のうち、光源１０１からの距離が遠い側面３１１に入射する。このときの入射角Ａ６が臨界角未満となるように、側面３１１と主面３３とのなす傾斜角β２が設定されている。そのため、側面３１１に入射した光線Ｒ２は、全反射することなく側面３１１で法線Ｎ１１２側に屈折し、光線Ｒ３として外部に出射する。その結果、光線Ｒ３は法線Ｎ１１２方向に出射される。

光学調整部材１では、互いに並行するプリズム２１及びプリズム３１を備えるため、輝度ピーク光線Ｒ１をプリズム２１とプリズム３１とで段階的に法線Ｎ１１２方向に光路変化する。そのため、側面２１１での入射角Ａ２の臨界角との差、及び、側面３１１での入射角Ａ６の臨界角との差は、図３における入射角Ｂ２の臨界角との差よりも大きくすることができる。換言すれば、図３のように、１つのプリズムシート９０を用いて集光する場合と比較して、各プリズム２１及び３１の側面２１１及び３１１における輝度ピーク光線（Ｒ１及びＲ２）の入射角を小さくすることができる。輝度ピーク光線の入射角が小さくなれば、輝度ピーク光線の進行方向を中心に所定の角度範囲に分布した光線成分のうち、臨界角を超えて側面２１１及び３１１に入射する光線の割合は少なくなる。そのため、光学調整部材１は、図３と比較して、全反射により正面方向へ出射しない光線や回帰光線の発生を抑制でき、入射光線の多くが垂直方向への集光に寄与させることができる。その結果、高い正面輝度が得られる。

上述のとおり、側面２１１の主面２３に対する傾斜角β１と、側面３１１の主面３３に対する傾斜角β２とは、入射される輝度ピーク光線Ｒ１の入射角が臨界角未満となるように設定される。好ましくは、入射される輝度ピーク光線Ｒ１の入射角Ａ２及びＡ６が臨界角の２０〜８０％の範囲内となるように設定される。より好ましくは、４０〜６０％の範囲となるように設定され、さらに好ましくは、入射角Ａ２及びＡ６が臨界角の略１／２となるように設定される。このように角度β１及びβ２が設定されれば、輝度ピーク光線Ｒ１を中心に所定の角度範囲に分布される光（光束）のうち、全反射される光線の割合が抑制される。

好ましくは、傾斜角β１は傾斜角β２よりも大きい。正面輝度を向上するためには、入射される光のうち全反射する光線の割合をなるべく減らし、正面方向へ出射しない光線や回帰光線の発生を抑制するのが好ましい。そして、全反射を抑制するためには、上述のとおり、各側面２１１、３１１での入射角Ａ２及びＡ６が臨界角未満となり、より好ましくは約半分となればよい。図４に示すとおり、側面３１１に入射される輝度ピーク光線Ｒ２の進行方向は、側面２１１に入射される輝度ピーク光線Ｒ１の進行方向よりも法線Ｎ１１２側に傾いている。なぜなら、輝度ピーク光線Ｒ２は、輝度ピーク光線Ｒ１が側面２１１で法線Ｎ１１２側に屈折したものであるからである。入射される輝度ピーク光線の進行方向が法線Ｎ１１２方向に近いほど、傾斜角βを小さくしなければ、入射角が臨界角に近くなる。したがって、傾斜角β２が傾斜角β１よりも小さければ、プリズム３１の側面３１１に入射された光が全反射するのをより抑制できる。

好ましい傾斜角β１の範囲は、３３度〜８２度であり、より好ましくは４２度〜７１度である。導光板１０２から出射される輝度ピーク光線Ｒ１は一般的に、所定角度Ａ０＝６０〜８０度の範囲で出射される。また、プリズム２１を構成する透明部材の典型的な屈折率は１．５０〜１．６０である。そのため、傾斜角β１が上記範囲内であれば、少なくともプリズム２１の側面２１１に入射する光のうち、入射角が臨界角を超える光線の割合を十分に抑制でき、側面２１１から空気層へ出射しない光線や回帰光線の発生をより抑制できる。

好ましくは、プリズム２１の２つの側面２１１及び２１２のうち、光源１０１との距離が近い側面２１２は、プリズム２１内を進む輝度ピーク光線Ｒ１１と並行である。換言すれば、側面２１２の主面２３に対する傾斜角α１は、輝度ピーク光線Ｒ１の主面２３に対する傾斜角γ１と略同じであるのが好ましい。側面２１１と異なり、側面２１２は集光に寄与しない。側面２１２に輝度ピーク光線を含む光が入射すれば、法線Ｎ１１２から離れる方向に屈折するため、むしろ輝度を低下する。したがって、側面２１２には光が入射しない方が好ましい。側面２１２がプリズム２１内を進む輝度ピーク光線Ｒ１と並行であれば、側面２１２に光が入射しにくいため、輝度の低下を抑制できる。なお、ここでいう並行とは、厳密に平行する場合だけでなく、本発明の効果を奏する程度に互いが並んでいれば足りる。

側面２１２と同様に、プリズム３１の側面３１２は、プリズム３１内を進む輝度ピーク光線Ｒ２と並行であり、側面３１２の主面３３に対する傾斜角α２は、輝度ピーク光線Ｒ２の傾斜角γ２と略同じである。

より好ましくは、傾斜角α２は傾斜角α１よりも大きい。輝度ピーク光線Ｒ２は、輝度ピーク光線Ｒ１を法線Ｎ１１２側に屈折させたものであるから、傾斜角γ２は傾斜角γ１よりも大きい。したがって、傾斜角α２を傾斜角α１よりも大きくすれば、光が側面３１２により入射しにくくなる。

上述のとおり、傾斜角α１は傾斜角γ１と略同じであるのが好ましく、傾斜角α２は傾斜角γ２と略同じであるのが好ましいが、傾斜角α１が傾斜角γ１よりも大きく、傾斜角α２が傾斜角γ２よりも大きければ、側面２１２及び３１２により輝度の低下を抑制できる。しかしながら傾斜角α１及びα２を過剰に大きくすれば側面２１１及び３１１の上部に光が到達しにくくなるため、かえって輝度が低下する。傾斜角α１においては好ましい範囲は４９度〜７１度である。
なお、上述のとおり、光学調整部材１では、プリズム２１及び３１の側面２１１及び３１１で光を集光し、側面２１２及び３１２は集光に寄与しない。それぞれの側面は傾斜角が個々に設定されるため、図４に示すとおりプリズム２１及び３１の横断形状は一般的には非対称の三角形状となる。

上述のとおり、光学調整部材１を備えたバックライトユニット５０では、プリズム２１及び３１が有する２つの側面２１１、２１２、３１１、３１２のうち、側面２１１及び側面３１１に光を入射すればよい。そのため、導光板１０２から出射された光線を拡散させないほうがよい。したがって、従来のように、プリズムシート群１０６と導光板１０２との間に下部拡散シート１０５を設ける必要がなくなる。バックライトユニット５０は、下部拡散シートが不要であるため、下部拡散シートによる光の吸収もなくなり、導光板１０２から出射された光線の利用効率をさらに向上させ、正面輝度を向上できる。

光学調整部材１は、斜め方向に入射する光線に対して効果的にその方向を法線方向に光路変化することができるので、図２に示すエッジライト方式の照明装置等に特に適している。ただし、直下型のバックライトユニットやその他の照明装置に適用することもできる。

上述の実施の形態では、プリズム２１及び３１の横断形状を非対称の三角形状としたが、二等辺三角形状であってもよい。集光機能を有する側面２１１及び３１１に光が入射すれば、本発明の効果を得られる。また、プリズム２１及び３１の頂上部は丸みを帯びていてもよいし、頂上部が平坦であってもよい。つまり、横断形状が台形状であってもよい。また、集光機能を有する側面２１１及び３１１に相当する面を含む多角形体であってもよい。

上述の説明では、複数のプリズム２１の形状及び寸法を全て同じとしたが、形状及び寸法の異なる複数のプリズム２１が基材２０上に形成されてもよい。プリズムシート３についても同様である。
また、図２に示す照明装置において、表示品位の向上を目的として、光学調整部材１上に他の光学シートが敷設されてもよい。

［光学調整部材の製造方法］
光学調整部材１の製造方法の一例は次の通りである。複数のプリズム２１に対応した凹凸パターンが切削加工により表面に形成されたロール状の金型を準備する。準備した基材２０と金型の表面との間に、紫外線硬化樹脂を充填する。紫外線を照射して、充填された紫外線硬化樹脂を硬化し、基材２０上に複数のプリズム２１を形成する。複数のプリズム２１が形成された基材２０を金型から剥離し、プリズムシート２を製造する。プリズムシート３もプリズムシート２と同じ方法により製造される。

なお、光学調整部材１の製造方法は上記方法に限定されず、公知の他の方法を用いることができる。例えば、熱可塑性樹脂で基材２０、３０を作製する。複数のプリズム２１、３１の形状に対応する凹凸パターンが切削加工により表面に形成された金型を基材２０、３０に加熱押圧して、金型の凹凸パターンを転写し、プリズムシート２、３を製造する（熱転写法）。また、周知の押出成型法やプレス成型法、あるいは金型に溶融樹脂を注入する射出成形法等により、プリズムシート２及び３を製造してもよい。

本発明例の光学調整部材と、第１及び第２の比較例の光学調整部材とを製造し、それぞれの輝度を調査した。

［本発明例］
図４に示した構成の本発明例による光学調整部材を製造した。本発明例の光学調整部材は、図４に示す構成の２枚のプリズムシート２及び３を備えた。プリズムシート２の基材２０と、プリズムシート３の基材３０とは、５０μｍの厚さを有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートとし、屈折率は１．５６とした。

プリズムシート２は互いに並設された複数のプリズム２１を備え、プリズムシート３は互いに並設された複数のプリズム３１を備えた。プリズム２１の長手方向とプリズム３１の長手方向とが互いに平行となるように、プリズムシート３をプリズムシート２上に敷設した。

プリズム２１の横断形状は図４に示すとおりの三角形状であった。プリズム２１の幅Ｌ２３は３３μｍであった。また、傾斜角α１は６０度であり、傾斜角β１は５０度であった。プリズム３１の横断形状も三角形状であり、プリズム３１の幅Ｌ３３は３３μｍであった。また、傾斜角α２は７０度であり、傾斜角β２は４２度であった。

プリズム２１及び３１は、芳香族系アクリレートの紫外線硬化型樹脂により形成された。これらのプリズム２１及び３１の屈折率はともに１．５６であり、基材２０及び３０と同じであった。

本発明例の光学調整部材による、光路変化の過程は以下のとおりである。本実施例では、輝度ピーク光線Ｒ１の出射角度Ａ０が７０度となるような導光板１０２を用いた。輝度ピーク光線Ｒ１が本発明例のプリズムシート２の下面に入射する。入射点では空気（屈折率＝１．０）と基材の屈折率差による屈折を受ける。基材２０の屈折率は１．５６なので出射角Ａ１は、以下の式（１）より、約３７．０４度となる。
１．０×ｓｉｎ７０°＝１．５６×ｓｉｎＡ１ （１）

輝度ピーク光線Ｒ１はプリズム２１内を進み、側面２１１に到達する。そして、大気中に出射する。このとき、プリズム２１の屈折率は１．５６なので、出射角Ａ３は式（２）及び式（３）より、約２０．４８度となる。
Ａ２＝β１−Ａ１＝１２．９６° （２）
１．５６×ｓｉｎＡ２＝１．０×ｓｉｎＡ３ （３）

プリズムシート２を透過した輝度ピーク光線Ｒ２は、次にプリズムシート３の下面に入射する。このときの入射角Ａ４は式（４）により約２９．５２度である。入射点では空気と基材３０の屈折率差による屈折を受ける。基材３０の屈折率も１．５６なので、出射角Ａ５は式（５）により約１８．４１度となる。
Ａ４＝β１−Ａ３＝２９．５２° （４）
１．０×ｓｉｎＡ４＝１．５６×ｓｉｎＡ５ （５）

入射点から入射した輝度ピーク光線Ｒ２は、プリズム３１内を進み、側面３１１に到達し、再び大気中に出射する。プリズム３１の屈折率は１．５６なので出射角Ａ７は式（６）及び（７）より約３８．６３度となる。
Ａ６＝β２−Ａ５＝２３．５９ （６）
１．５６×ｓｉｎＡ６＝１．０×ｓｉｎＡ７ （７）

以上の結果、導光板１０２の法線Ｎ１１２方向（光学調整部材の各プリズムシートの法線方向と同じ）に対する、プリズムシート３から出射した輝度ピーク光線Ｒ３の出射方向の傾斜角Ａ８は、式（８）より約３．３７度となる。
Ａ８＝β２−Ａ７ （８）
すなわち、導光板１０２の法線Ｎ１１２方向から７０度傾斜した輝度ピーク光線Ｒ１は、本発明例の光学調整部材を透過した結果、法線Ｎ１１２方向とほぼ平行な出射光Ｒ３に光路を変化したこととなる。

なお、法線Ｎ１１２方向から約５度以内の傾斜であれば、光線は目視的にほぼ垂直方向にあるように見えるため、Ａ８の約３．３７度の傾斜は液晶のバックライトユニットなどの照明器具に用いるのに十分な性能である。

また、本発明例では、傾斜角α１を６０度とし、輝度ピーク光線Ｒ１１の傾斜角γ１（＝９０度−Ａ１）＝５２．９６度とほぼ同様に設定した。また、傾斜角α２を７０度とし、輝度ピーク光線Ｒ２１の傾斜角γ２（＝９０度−Ａ５）＝７１．５９度とほぼ同様に設定した。

［第１比較例］
第１比較例である光学調整部材を図５に示す。この比較例の光学調整部材は１枚のプリズムシート９０からなり、プリズムシート９０は、本発明例のプリズムシート２及び３と同様に、シート状の光透過性（透明）基材９１と、基材９１上に形成された複数のプリズム９２とを備えた。

基材９１として、厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートを用い、その屈折率は１．５６とした。基材９１の上に形成された複数のプリズム９２は、芳香族系アクリレートの紫外線硬化型樹脂からなり、その屈折率は１．５６であった。プリズム９２の横断形状は三角形状であり、その幅Ｌ９２は３３μｍであった。また、側面９２２の傾斜角α３は６０度であり、側面９２１の傾斜角β３は７５度であった。

第１比較例の光学調整部材（つまり、プリズムシート９０）に出射角度Ａ０＝７０度の輝度ピーク光線Ｒ１が入射されたときの輝度ピーク光線の光路変化は以下の通りである。このとき、輝度ピーク光線が、プリズム９２の長手方向方向に対して垂直な面を通るようにプリズムシート９０を配置した。

まず、導光板１０２から輝度ピーク光線Ｒ１が大気中に出射される。この光線が入射光線としてまずプリズムシート９０の下面に入射する。基材９１の屈折率は１．５６であるため、輝度ピーク光線の出射角Ｂ１は式（９）より約３７．０４度となる。
１．０×ｓｉｎ７０°＝１．５６×ｓｉｎＢ１ （９）

プリズムシート９０に入射した輝度ピーク光線は、プリズム９２の側面９２１に到達し、再び大気中に出射する。このとき、プリズム９２の屈折率は１．５６なので、出射角Ｂ３は式（１０）及び（１１）より約７３．６５度となる。
Ｂ２＝β３−Ｂ１＝３７．９６° （１０）
１．５６×ｓｉｎＢ２＝１．０×ｓｉｎＢ３ （１１）

以上の結果、導光板１０２の法線Ｎ１１２方向に対する、プリズムシート９０から出射した輝度ピーク光線の出射方向の傾斜角Ｂ４は式（１２）より約１．３５度となる。
Ｂ４＝β３−Ｂ３＝１．３５° （１２）
すなわち、導光板１０２の法線Ｎ１１２方向から７０度傾斜した輝度ピーク光線Ｒ１は、１枚のプリズムシート９０を透過した結果、本発明例と同様に法線Ｎ１１２方向の出射光にその光路を変化させることができる。

なお、第１比較例では、プリズム９２の側面９２２の傾斜角α３を６０度とし、輝度ピーク光線のプリズム９２内の進行方向の角度γ３（＝９０°−Ｂ１）＝５２．９６度とほぼ同様に設定した。

ここで本実施例における臨界角について、図６を参照して説明する。本発明例および第１比較例の光学調整部材はすべて屈折率が１．５６であり、高屈折率層である当該光学調整部材の内部から低屈折率層である空気層へ向かって進む光線の臨界角Ｃ１は式（１３）より３９．８７度である。
１．５６×ｓｉｎＣ１＝１．０×ｓｉｎ９０° （１３）

ここで本発明例および第１比較例において光学調整部材から空気層へ光線が出射される境界での入射角を検討する。

比較例のプリズム９２の側面９２１における入射角Ｂ２は３７．９６度であり、上記臨界角Ｃ１の３９．８７度に対して差が２度以下と非常に小さい。実際に入射される光は、輝度ピーク光線Ｒ１を中心とするある程度の角度分布を有する。そのため、臨界角Ｃ１の付近にこの輝度ピーク光線Ｒ１の入射角度Ｂ２が存在するということは、側面９２１で全反射する光の割合も多くなる。

一方、本発明例の側面２１１における入射角Ａ２は約１２．９６度であり、側面３１１における入射角Ａ６は約２３．５９度である。これらの角度は上記臨界角Ｃ１の３９．８７度に対して十分に小さい。具体的には、臨界角Ｃ１との差が１６度よりも大きい。そのため、各側面２１１及び３１１で全反射する光線の割合は、第１比較例よりも小さい。このように本発明例では、法線方向への光路の変化を２枚のプリズムシートに分割して行うことにより、各回の入射角を臨界角より十分に小さい角度とし、全反射による光線の損失を低減することができる。

［光学特性評価］
上述の本発明例の光学調整部材を用いて、図３に示す照明装置を製造した。光源１０１には発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた。導光板１０２はポリカーボネートで形成し、輝度ピーク光線は、法線Ｎ１１２から光源１０１と逆側に所定角度Ａ０＝７０度傾いて出射するようにした。反射シート１０３は、ＰＥＴフィルムの表面に銀が蒸着されたものを使用した。

また、図７に示すように、第１比較例の光学調整部材（プリズムシート９０）を敷設した照明装置を製造した。本発明例及び第１比較例の照明装置のうち、光学調整部材以外の構成は同じとした。これらの照明装置の光学特性を評価した。具体的には、輝度計を用いて正面輝度の測定を行った。

さらに、第２比較例として図８に示した従来の照明装置を製造し、本発明例及び第１比較例とともに上記評価を行った。なお、第２比較例の照明装置では、プリズムシート群１０６を構成する２枚のプリズムシート１２０の各プリズム１２２の横断形状は、底辺３０μｍ、高さ１５μｍ、頂角９０度の二等辺三角形であった。各プリズムシート１２０の基材はＰＥＴフィルムからなり、プリズム１２２は紫外線硬化型のアクリル系樹脂で形成された。下部拡散シート１０５には、ＰＥＴフィルムをビーズコーティングしたものを用い、その厚さは７０μｍ、ヘイズは８５％であった。２枚のプリズムシート１２０は、図８に示すとおり、互いのプリズムの長手方向が直交するように配置された。上部拡散シート１０７は、ＰＥＴフィルムをビーズコーティングしたものを用い、その厚さは７０μｍとし、ヘイズは３０％とした。その他の構成（光源１０１、導光板１０２及び反射シート１０３）の構成は本発明例及び第１比較例と同じとした。

上記評価結果を下記表１に示す。表中の「正面輝度」は、第２比較例の正面輝度を基準（１００％）としている。また、表中の「光学シートの枚数」は、導光板１０２上に敷設された光学シート（光学調整部材や拡散シート）の枚数を示す。

表１から明らかなように、本発明例の照明装置では、第２比較例の照明装置に比べて、正面輝度を格段に向上させることができた。さらに本発明例の照明装置は、第２比較例と比べて使用する光学シートの数が少なかった。そのため、本発明例の照明装置は、装置の薄型化、低コスト化を図りつつ、光学特性を向上させることができることが分かった。また、本発明例の照明装置では、第１比較例の照明装置と比べても正面輝度を大きく改善できることが分かった。

本発明の光学調整部材は、入射光線を高い効率で集光し、高い正面輝度を得ることができる。それゆえ、本発明の光学調整部材は、特に、エッジライト方式の照明装置及び液晶表示装置への利用に好適である。

また、本発明の照明装置では、本発明の光学調整部材を備えているので、装置の薄型化、低コスト化を図りつつ、光学特性を向上させることができる。それゆえ、本発明の照明装置は、あらゆる用途の液晶表示装置及び照明装置に好適である。

本発明の実施の形態による光学調整部材の側面図である。 図１に示した光学調整部材を備えた照明装置の断面図である。 １枚のプリズムシートを用いた照明装置における光線経路を説明するための図である。 図２に示した照明装置における光線経路を説明するための図である。 実施例中の第１比較例の照明装置における光線経路を説明するための図である。 媒質境界面における臨界角を説明するための図である。 図５に示した照明装置の断面図である。 従来の照明装置の断面図である。 図８中のプリズムシートの断面図である。 図８に示した照明装置における光線経路を説明するための図である。

符号の説明

１ 光学調整部材
２，３ プリズムシート
２１，３１ プリズム
２２，３２ 底面
２３，３３ 主面
５０ バックライトユニット
１０１ 光源
１０２ 導光板
１０３ 反射シート
２１１，２１２，３１１，３１２ 側面

Claims (11)

1. 光源と、
   前記光源からの光が入射する側面と、入射された光を出射する出射面とを有する導光板と、
   前記出射面上に敷設される光学調整部材とを備え、
   前記光学調整部材は、
   前記導光板上に敷設され、前記出射面と対向する面と反対側の主面に形成される複数の第１の線状レンズを含む第１の光学シートと、
   前記第１の光学シート上に敷設され、前記第１の線状レンズと対向する面と反対側の主面に形成される複数の第２の線状レンズを含む第２の光学シートとを備え、
   前記第１の線状レンズは前記第２の線状レンズと並行することを特徴とする照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記複数の第１の線状レンズは互いに並設され、前記複数の第２の線状レンズは互いに並設されることを特徴とする照明装置。
3. 請求項２に記載の照明装置であって、
   前記導光板は、前記出射面の法線方向から前記光源と逆側に所定角度傾いた方向に指向性を有する光を出射し、
   前記光学調整部材は、前記導光板からの光を受け、前記法線方向に指向性を有する光を出射することを特徴とする照明装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の照明装置であって、
   前記第１及び第２の線状レンズの各々は、第１及び第２の側面を有するプリズムであり、
   前記第２の側面は、前記光源との距離が前記第１の側面よりも遠く、
   前記第１及び第２の線状レンズの第２の側面には、前記導光板から出射される光のうち、前記光の輝度特性において輝度が最大となる方向に出射される光線が臨界角未満で入射されることを特徴とする照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置であって、
   前記第１の線状レンズにおける前記主面に対する第２の側面の傾き角は、前記第２の線状レンズにおける前記主面に対する第２の側面の傾き角よりも大きいことを特徴とする照明装置。
6. 請求項５に記載の照明装置であって、
   前記第１の線状レンズにおける前記主面に対する第１の側面の傾き角は、前記第２の線状レンズにおける前記主面に対する第１の側面の傾き角よりも小さいことを特徴とする照明装置。
7. 底面と、前記底面と反対側の主面に形成される複数の第１の線状レンズを含む第１の光学シートと、
   前記第１の光学シート上に敷設され、前記第１の線状レンズと対向する面と反対側の主面に形成される複数の第２の線状レンズを含む第２の光学シートとを備え、
   前記第１の線状レンズは前記第２の線状レンズと並行することを特徴とする光学調整部材。
8. 請求項７に記載の光学調整部材であって、
   前記複数の第１の線状レンズは互いに並設され、前記複数の第２の線状レンズは互いに並設されることを特徴とする光学調整部材。
9. 請求項８に記載の光学調整部材であって、
   前記第１及び第２の線状レンズの各々は、第１及び第２の側面を有するプリズムであり、
   前記第１及び第２の線状レンズの第２の側面には、前記第１の光学シートの下面に入射される入射光のうち、前記入射光の輝度特性において輝度が最大となる方向に進行する光線が臨界角未満で入射することを特徴とする光学調整部材。
10. 請求項９に記載の光学調整部材であって、
    前記第１の線状レンズにおける前記主面に対する第２の側面の傾き角は、前記第２の線状レンズにおける前記主面に対する第２の側面の傾き角よりも大きいことを特徴とする光学調整部材。
11. 請求項１０に記載の光学調整部材であって、
    前記第１の線状レンズにおける前記主面に対する第１の側面の傾き角は、前記第２の線状レンズにおける前記主面に対する第１の側面の傾き角よりも小さいことを特徴とする光学調整部材。

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