JP2012252871A - 導光体、導光体を備えた照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】側端面の漏れ光を極少化し光利用効率が高く明暗のムラを生じさせない。
【解決手段】導光体１０は、入射光を反射させる光偏向面１０ａと、対向する射出面１０ｂと、両面を接続する側端面１０Ｒとを有し、光源に臨む面を光入射面１０Ｌとする。光偏向面１０ａには、光入射面１０Ｌに近い近接領域Ｘでマイクロレンズ要素を二次元方向に疎密に配列し、光入射面１０Ｌから離れた離間領域Ｙでレンチキュラーレンズ要素１８を光入射面に沿って配列させ、光入射面に直交する方向の間隔が次第に疎から密になるよう配列した。
【選択図】図２

Description

本発明は、主に照明光路の光制御に使用される導光体、この導光体を備えた照明装置、そしてこの照明装置を備えた表示装置に関するものである。

最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては、主に直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置では、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が、液晶パネル等の画像表示素子の背面側に規則的に配列されている。この画像表示素子と光源との間には光散乱性の強い拡散板が配設され、光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。

一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管やＬＥＤ等の光源が導光体と呼ばれる透光性の板の側端面に配置されている。一般的に、導光体の射出面（画像表示素子と対向する面）に対向する光偏向面には、導光体の側端面から入射する入射光を効率良く射出面へ導く光偏向要素が形成されている。
現在、光偏向面に形成された光偏向要素としては、例えば特許文献１に開示されたように、白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的である。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無指向に拡散反射されるため、導光体の射出面側への光取出し効率は低い。また、白色インキによる光吸収も無視することはできない。

そこで、最近では、マイクロレンズをインクジェット法によって導光体の光偏向面に形成する導光体や、レーザーアブレーション法によって光偏向要素を形成する方法などが提案されている。白色インキと違い、導光体の樹脂と空気との屈折率差による反射、屈折、透過を利用しているため、光吸収はほとんど生じない。そのため、白色インキに比べて光取出し効率の高い導光体を得ることができる。
しかしながら、インクジェット法やレーザーアブレーション法による光偏向要素の形成は、白色インキの印刷と同様に導光体を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減少するわけではない。むしろ、白色インキの印刷工程よりもタクトタイムが長く、また、設備のイニシャルコストが高いなど、高コストとなる問題がある。

そこで、例えば特許文献２に記載されたように、導光体を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素を押出時にダイレクトに賦形する方法も提案されている。この製造方法であれば、導光体の成形と同時に光偏向要素も形成されるため、工程数が減ると共に低コスト化を実現できる。
転写型を用いた射出成形法や押出成形法において、最も単純且つ高効率な光偏向要素として、レンチキュラーレンズ形状やプリズムレンズ形状の光偏向要素が挙げられる。特許文献３には、光偏向要素として一方向に延在するプリズムレンズを形成した導光体が開示されている。

光偏向要素としてレンチキュラーレンズ形状やプリズムレンズ形状の要素を形成した場合、両者は一方向に延在するレンズ形状であるため、光源が配置された側端面に対して垂直な方向に延在する端面からの漏れ光が少なく、光の利用効率が高いため、高輝度な照明装置を得ることが出来る。

特開平１−２４１５９０号公報 特開２０００−８９０３３号公報 特開２００６−１５５９９４号公報

しかしながら、一方向に延在するプリズムレンズ形状やレンチキュラーレンズ形状の光偏向要素を光偏向面に配列した導光体は、次のような問題が生じる。
すなわち、導光体に入射した光は、光が入射する側端面近傍ではその光量が多く、側端面から離れるほど光量が減少していくため、光偏向面において側端面近傍では光偏向要素の間隔を大きくした疎に配設し、側端面から離れるほど光偏向要素の間隔を小さくした密に配設する、疎密パターンで配置する必要がある。
導光体を観察した際、光偏向要素では明るく視認され、光偏向要素が配置されない平坦面では暗く視認される。隣り合う光偏向要素の距離が短くて近接していれば、導光体の射出面側に拡散シートやプリズムシートなどを配設することで、上述した明暗差は解消されるが、ある距離を超えて長くなると導光体の射出面側に拡散シートなどを配設しても明暗差が残ってしまうため、表示装置用の照明装置として使用することが出来なくなる。
この問題は導光体のサイズが大きくなるほど顕著に現れるため、テレビなどの大型サイズの表示装置にこの導光体の構成を適用することは難しいという問題がある。

本発明は、上述のような従来の課題を解決するためになされたもので、光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化して光利用効率を高くできて、明暗のムラの生じない導光体、この導光体を備えた照明装置、この照明装置を用いた表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の問題を解決するために、以下のような手段を講じる。
本発明による導光体は、透光性の導光体であって、導光体は、入射光を反射させる第１主面と、第１主面に対向して配設されていて第１主面で反射された光を射出する第２主面と、第１主面及び第２主面を接続すると共に光源の光を入射させ得る側端面とを有し、第１主面には、導光体内を導光する光を第２主面側に偏向する光偏向要素が配列されて形成され、光偏向要素は、一次元方向に延在するレンチキュラーレンズ形状のレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ形状のプリズムレンズ要素と、各々が独立して二次元方向に配列できるドット形状のドット要素と、を備えたことを特徴とする。
本発明による導光体によれば、レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素を第１主面の光偏向要素として配設すると、その延在方向には光がほとんど漏れ出ることがなく第２主面方向への偏向効率が高いが、間隔を開けて疎に配設すると筋状の明暗のムラが発生する。他方、ドット要素は二次元方向に独立して配列されるために筋状の明暗のムラは生じないが、光がドット要素で偏向されて臨界角を超えたりドット要素間に隙間が生じたりするために他の側端面から光が漏れ出ることがある。そのため、光偏向要素として、レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素とドット要素とを組み合わせて配設することで、光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化させて光利用効率が高くなり、明暗のムラを生じないようにして、第２主面方向への光の偏向効率を向上させることができる。

また、第１主面に設けられた光偏向要素は、光源の光を入射させる側端面からなる光入射面に近い領域ほど、レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素よりもドット要素の占める割合が多く配設され、側端面から離れる領域ほど、ドット要素よりもレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が多く配列されていることが好ましい。
光入射面に近い領域ほど光量が多いのでレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素よりもドット要素の占める割合が多く、ドット要素は二次元方向に互いに独立して配列されるためにレンチキュラーレンズ要素等のように筋状の明暗のムラは生じないために第２主面から射出する光がより均一になり、他方、側端面から離れる領域ほど光量が少ないのでドット要素よりもレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が多く配列され、これによってその延在方向には光がほとんど漏れ出ることがなく第２主面方向への偏向効率が高い。

また、光偏向要素は、光入射面に近い近接領域ではドット要素が配設され、光入射面から離れた離間領域ではレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が配設されていることが好ましい。
光偏向面の光入射面に近い近接領域では光量が多く明るいために、筋状の明暗のムラが発生するレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素よりも二次元方向に互いに独立して配列されるドット要素を配列することで、ドット要素の配列間隔が間隙の大きい疎であっても各ドット要素で反射して第２主面から射出する光がより均一になり、他方、側端面から離れる離間領域では比較的光量が少ないために、配列に間隙が生じ易いドット要素よりもレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が近接した間隔で配列されることで、その延在方向には光がほとんど漏れ出ることがないために第２主面方向への偏向効率が高い。これによって第１主面で反射して第２主面に向かう反射光は光偏向要素の視認性が低減されたより均一な射出光として第２主面から射出される。

また、光偏向要素は、ドット要素が配列された近接領域とレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が配設された離間領域との間に、ドット要素とレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素とが交互に配設された境界領域が設けられていることが好ましい。
この場合には、第一主面において、ドット要素が配列された近接領域とレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が配設された離間領域との間の境界領域に、ドット要素とレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素とが交互に配設されたことで
近接領域と離間領域との境界に光偏向要素の種類の違いによる明暗のムラが生じることを抑制して全体により均一な射出光を得られる。

また、ドット要素はマイクロレンズ形状のマイクロレンズ要素であることが好ましい。
ドット要素としてマイクロレンズ要素を配列させた場合、マイクロレンズ要素に入射した光は、略球面形状の全体から第２主面の方向に光が偏向することになるため筋状の明暗のムラは生じることなく、より均一な光となって第２主面方向に向かう。
マイクロレンズ要素は、導光体の射出面における光量ムラを低減させることを目的に、二次元的な疎密パターンとしても良い。

なお、光偏向要素の最大ピッチは、光偏向要素の単位幅の２倍〜２０倍の範囲であることが好ましい。
また、レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素の最大ピッチが、シリンドリカルレンズ要素またはプリズムレンズ要素の単位幅の２倍〜１５倍の範囲であることが好ましい。

また、本発明による照明装置は、側端面に臨む光源と、上述した各発明のいずれかの導光体と、導光体の第１の主面側に設けられた反射シートとを備えたことを特徴とする。
本発明による照明装置によれば、光源から側端面を通して導光体の第１主面に入射した光が光偏向要素で反射されて、明暗のムラを低減して全体に均一な射出光として第２主面から射出されて照明光として照射される。

また、導光体の第２主面側に、光の散乱、屈折、吸収、反射の少なくともいずれか１つの機能を有する光学シートを備えることが好ましい。
本発明による照明装置は、導光体の第２主面を射出した光は光偏向要素の視認性が低減され、更に光学シートによって散乱、屈折、吸収、反射等によってより均等な光になって照明光として照射させる。

本発明による表示装置は、画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、上述した照明装置と、を具備することを特徴とする。
本発明による表示装置によれば、照明装置から射出された光が、光偏向要素の視認性が低減された均一な照明光として、画像表示素子を透過し、画像表示素子は画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであるため観察者側への輝度が向上し、光強度の視角度依存性が低減し、さらに、光偏向要素の視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。

本発明による導光体によれば、光源が対向する側端面から入射する光が、第１主面におけるドット要素とレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素とによって反射させられることで、光偏向要素の視認性を低減させて第２主面から均一に射出することができると共に、光源が配置されない側の側端面からの漏れ光を極少化することができて、明暗のムラを低減させて光利用効率が高くなるという作用効果を得られる。
そして、この導光体を備えた照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置によって、高輝度で明暗のムラのない照明光や画像を得られる。

本発明の第一の実施形態による導光体を備えた照明装置を含む表示装置の断面模式図である。 図１に示す導光体の光偏向要素を配列した光偏向面と側端面を示す図である。 （ａ）は光偏向要素としてマイクロレンズ要素を設けた導光体の光偏向面と側端面の図、（ｂ）は光偏向要素としてレンチキュラーレンズ要素を設けた導光体の光偏向面と側端面の図、である。 本発明の第二の実施形態による導光体の光偏向面と側端面を示す図である。 （ａ）はレンチキュラーレンズ要素の単体を取り出した斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すレンチキュラーレンズ要素の端面図、（ｃ）はプリズムレンズ要素の単体を取り出した斜視図である。 （ａ）は球体のマイクロレンズ要素を示す平面と正面と側面を示す図、（ｂ）は楕円体のマイクロレンズ要素を示す平面と正面と側面を示す図である。 （ａ）はプリズムレンズ要素を示す平面と正面と側面を示す図、（ｂ）は四角錐のマイクロレンズ要素を示す平面と正面と側面を示す図である。

以下、本発明の第一の実施形態による導光体とこの導光体を備えた照明装置および表示装置を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示す表示装置１は例えば液晶表示装置であり、画像表示素子２と、この画像表示素子２の光入射側に臨ませて配置された照明装置３とを備えている。なお、各部位の縮図は実際とは一致しない。
画像表示素子２は例えば液晶表示素子であり、液晶層５を表裏２つの偏光板６、７で挟んで構成されている。
照明装置３は、下側から上方の画像表示素子２へ向けて、反射シート９、導光体１０、拡散シート１１、集光シート１２、拡散性光学シート１３を順次積層した積層体を備えており、導光体１０の側面には光源１５が配置されている。この照明装置３は、拡散性光学シート１３の射出面を液晶表示素子２に臨ませている。

拡散シート１１は導光体１０から射出される光を拡散する機能を有しており、例えば透光性部材に拡散粒子が分散配置されている。集光シート１２は例えば複数のプリズムレンズが平行に配列されて形成されており、拡散シート１１によって拡散された光を観察者側Ｆへ射出して集光する機能を有している。拡散性光学シート１３は、集光シート１２によって集光された光を拡散し、また集光シート１２を保護する機能と集光シート１２に形成される周期構造と画像表示素子２の周期構造とによるモアレ干渉縞の発生を抑制する機能を有する。あるいは、集光シート１２によって集光された光の偏光を分離する機能を有していても良い。

導光体１０の側面に設けた光源１５は例えば点光源である。点光源としては、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が挙げられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤや光の３原色である赤色、緑色、青色のチップで構成されるＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。または光源１５はＣＣＦＬ（冷陰極管）に代表される蛍光管であっても良い。
図１では、光源１５は導光体１０の１つの側端面１０Ｒに、その延在方向に沿って複数配列された例を示しているが、光源１５の配置はこの構成に限定されない。例えば、光源１５を導光体１０の対向する２つの側端面１０Ｒのみに配置してもよく、或いは４つの側端面１０Ｒに配列させてもよい。なお、以下の説明では光源１５を臨ませない側端面を符号１０Ｒで示し、光源１５に臨む側端面を光入射面１０Ｌまたは側端面１０Ｌとして示すものとする。
そして、反射シート９は導光体１０の裏面と光源１５を配設した側端面１０Ｌを囲うように形成されている。

また、導光体１０は、図１に示す例では長方形または正方形の平板形状としたが、これに限定されることなく、光入射面１０Ｌを底面とする楔形状等であっても良い。導光体１０は、反射シート９側の面が第１主面を構成する光偏向面１０ａであり、光偏向面１０ａに対向する観察者側Ｆの面が第２主面を構成する射出面１０ｂである。光偏向面１０ａと射出面１０ｂで挟まれた４つの側面は側端面１０Ｒである。このうち光源１５を臨ませた１つの光入射面１０Ｌと、光源１５を設けない他の３つの側端面１０Ｒとからなる。
光偏向面１０ａには、光源１５から光入射面１０Ｌを通って入射する入射光を射出面１０ｂ側へ偏向する光偏向要素１７が形成されている。光偏向要素１７は、一方向に延在する例えばレンチキュラーレンズ形状のレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ形状のプリズムレンズ要素と、各々が独立して二次元方向に配列可能なドット形状のドット要素とが形成されている。

図２に示す導光体１０は、１つの側端面を光入射面１０Ｌとし、他の側端面１０Ｒには光源１５を設けない構成とされている。
図２に示す導光体１０の光偏向面１０ａにおいて、光偏光要素１７は、凹型のシリンドリカル形状のレンチキュラーレンズ要素１８と凹型のマイクロレンズ形状のマイクロレンズ要素１９とで構成されている。ここで、凹型とは光偏向面１０ａから射出面１０ｂ側に凹む凹部として形成されたものをいう。レンチキュラーレンズ要素１８は断面形状が例えば真円、楕円、または他の非円形の凸曲面等の一部分で筒状に延在する形状とされている。
マイクロレンズ要素１９は球面または楕円体等の非球面形状の一部からなるドット形状とされている。マイクロレンズ要素１９はドット要素である。

また、光偏向要素１７は、導光体１０の入射面である光入射面１０Ｌから入射される光を、光偏向面１０ａで射出面１０ｂ側へ反射させる。光偏向要素１７は、光入射面１０Ｌに近いほど疎（単位面積当りの光偏向要素１７の占める面積が小）となるように配置され、入射面７Ｌから離れるほど密（単位面積当りの光偏向要素１７の占める面積が大）となるような疎密パターンで配置される。

そして、図２に示す導光体１０の光偏向面１０ａにおいて、光源１５を配列した光入射面１０Ｌに近い近接領域Ｘでは、マイクロレンズ要素１９が複数列配設され、更にマイクロレンズ要素１９よりも光入射面１０Ｌから離れた離間領域Ｙでは、レンチキュラーレンズ要素１８が複数列配設されている。しかも、マイクロレンズ要素１９の間隔ｄａは光入射面１０Ｌに平行な方向において、光入射面１０Ｌ側で最も広く（疎）、内側に向かうに従って次第に間隔が狭く（密）なるように配列されている。また、マイクロレンズ要素１９は光入射面１０Ｌに直交する方向に略一定の間隔に設定されているが、この方向に次第に間隔が狭くなるように配列されていてもよい。
そして、光入射面１０Ｌから離間した離間領域Ｙに配列されたレンチキュラーレンズ要素１８は光入射面１０Ｌに直交する方向において、光入射面１０Ｌから離れるに従ってマイクロレンズ要素１９の列の間隔よりも更に配列の間隔が次第に小さくなるよう配列されている。

なお、図２に示すマイクロレンズ要素１９の変化する間隔ｄａは光入射面１０Ｌの延在方向の間隔であり、レンチキュラーレンズ要素１８の変化する間隔ｄｂは光入射面１０Ｌに直交する方向の間隔である。
そのため、光偏向面１０ａ全体において、光入射面１０Ｌに近傍の最も疎な領域では、光偏向要素１７の形状や導光体１０のサイズや光入射面１０Ｌの厚みによっても異なるが、少なくとも光偏向要素１７の幅の２倍以上のピッチで光偏向要素１７が配置されている。

次に、導光体１０の光偏向面１０ａについて、上述した構成を採用する理由について図３によって説明する。
図３（ａ）、（ｂ）は、光源１５の光が光入射面１０Ｌから導光体１０内に入射された光の導光を光偏向面１０ａ側から見た図である。図３（ａ）は光偏向要素１７として、マイクロレンズ要素１９のみが配置された構成における導光の軌跡を示す図であり、図３（ｂ）は光偏向要素１７として、レンチキュラーレンズ要素１８のみが配置された構成における導光の軌跡を示す図である。
導光体１０は、導光体１０を構成する材料の屈折率と空気の屈折率との屈折率差による臨界角内で入射した光を導光する。光偏向要素１７は、光偏向面１０ａに入射した光の進路を偏向して射出面１０ｂへ導き、射出面１０ｂにおいて上記臨界角を超えた光が射出面１０ｂから導光体１０外部へ射出される。

先ず、図３（ａ）に示すように、光偏向面１０ａにマイクロレンズ要素１９のみを間隔を開けて配列させた導光体１０の場合、光入射面１０Ｌから光偏向面１０ａのマイクロレンズ要素１９に入射した光は、光偏向面１０ａから射出面１０ｂの方向に偏向する光だけでなく、光偏向面１０ａ側から見た際の斜め方向の進路も偏向される。
従って、光入射面１０Ｌに直交する側面において、本来、進路が偏向されなければ上記臨界角によって側端面１０Ｒで反射するはずの光が、斜め方向の進路も偏向されるため、臨界角を超えて側端面１０Ｒから漏れ出る。また、マイクロレンズ要素１９は平面視円形であるため、どれだけ密に配置したとしても必ず隙間が生じるため、導光する光を射出面１０ｂから射出しきれずに、光入射面１０Ｌに直角をなす側端面１０Ｒから漏れ出る光も生じることになる。

一方で図３（ｂ）に示すように、光偏向面１０ａに光入射面１０Ｌと平行にレンチキュラーレンズ要素１８を配列した導光体１０の場合、レンチキュラーレンズ要素１８は光入射面１０Ｌが延在する方向において、導光の進路を偏向する構造が無い。従って、光偏向面１０ａ側から見た際の斜め方向の進路が偏向されず、光入射面１０Ｌに対して垂直な方向の側端面１０Ｒにおいて、ほとんど光が漏れ出ることなく反射して導光する。
また、レンチキュラーレンズ要素１８は隙間無く密着配列させることが可能であるため、マイクロレンズ要素１９よりも光の偏向効率が高く、光入射面１０Ｌに対向する側端面１０Ｒからの漏れ光も少ない。

このように、導光体１０の光偏向要素１７としては、マイクロレンズ要素１９よりもレンチキュラーレンズ要素１８を形成した方が、より多くの光を射出面１０ｂから射出可能であるため、高効率な導光体１０を得ることが出来る。しかしながら、上述したように、レンチキュラーレンズ要素１８のみを光偏向要素１７として光偏向面１０ａに配列させた導光体１０は、レンチキュラーレンズ要素１８が疎に配置された領域では間隙が大きいために明暗のムラが観察者に視認されやすくなるという欠点が生じる。この場合、レンチキュラーレンズ要素１８は一方向に延在するシリンドリカルレンズ群であるため、筋状の明暗ムラが生じる不具合がある。

この明暗ムラは、光偏向要素１７が柱状または筒状である場合、レンチキュラーレンズ要素１８またはプリズムレンズ要素２０の形や大きさ、そして導光体１０の厚みによって異なる。本発明者らが検討した結果、例えば側端面１０Ｒの厚みが４ｍｍの導光体１０においては、レンチキュラーレンズ要素１８またはプリズムレンズ要素２０をそのレンズ幅に対しておよそ１０倍〜１５倍以上のピッチで配列した場合、導光体１０の射出面１０ｂ側に拡散シート１１、集光シート１２、そして拡散性光学シート１３を配設しても、レンチキュラーレンズ要素１８またはプリズムレンズ要素２０に起因する明暗ムラが視認された。
すなわち、レンチキュラーレンズ要素１８を光偏向要素１７として疎密パターンを設計する場合、その最大ピッチはレンチキュラーレンズ要素１８の幅の１５倍以下としなければならないことになる。しかしながら例えば３２インチサイズの導光体１０を設計した場合、レンチキュラーレンズ要素１８の最大ピッチはレンチキュラーレンズ要素１８の幅の２０倍以上となる。

一方で、光偏向要素１７としてマイクロレンズ要素１９を用いた場合、マイクロレンズ要素１９をその直径に対しておよそ１５倍〜２０倍のピッチで配列した場合、導光体１０の射出面１０ｂ側に拡散シート１１と集光シート１２と拡散性光学シート１３を配設しても、マイクロレンズ要素１９に起因する明暗ムラが視認された。マイクロレンズ要素１９に比べてレンチキュラーレンズ要素１８の最大ピッチが小さくなるのは、レンチキュラーレンズ要素１８は一方向に延在するレンズであるため、明暗ムラが線状となり視認され易いためであると推察される。
また、マイクロレンズ要素１９は各々が独立して二次元方向に配列される構成であるため、導光体１０に形成する際には二次元方向に隙間を空けて配列させることが出来る。一方でレンチキュラーレンズ要素１８は一方向に延在するレンズであるため、当然ながら延在方向には隙間が無く、配列方向にのみ隙間を空けることしか出来ないため、疎に配置すると、最大ピッチが非常に大きくなる。

そこで、本実施形態による導光体１０は、光偏向要素１８としてレンチキュラーレンズ要素１８を光偏向面１０ａに疎密パターンで配置する際、光入射面１０Ｌから最も離れた位置、すなわち最も密にレンチキュラーレンズ要素１８を配列する位置から、レンチキュラーレンズ要素１８の配列ピッチがレンチキュラーレンズ要素１８の幅の１５倍以下となる位置までの領域に配置するものとし、そこから光入射面１０Ｌまでの領域にはマイクロレンズ要素１９を配置することとした。
このような構成とすることで、導光体１０の光入射面１０Ｌ以外の側端面１０Ｒから漏れる光を極少化し、発光効率の高い導光体１０を得ることが出来る。

上述のように本実施形態による導光体１０によれば、光偏向面１０ａの光源１５の光が入射する光入射面１０Ｌに近い近接領域Ｘでは、マイクロレンズ要素１９を疎に二次元方向に配列すると共に、光入射面１０Ｌから離間するに従ってマイクロレンズ要素１９の配列間隔が次第に小さく（密）なるよう配列したため、この領域にレンチキュラーレンズ要素１８を疎に配列した場合に生じる筋状の明暗ムラを低減することができる。
一方、光入射面１０Ｌから離間する離間領域Ｙでは、レンチキュラーレンズ要素１８を次第に配列間隔が小さくなるように密に配列したため、この領域Ｙにマイクロレンズ要素１９を密に配設した場合に光の一部がマイクロレンズ要素１９で偏向して光入射面１０Ｌに直交する他の側端面１０Ｒから漏れ出たりマイクロレンズ要素１９は最も密に配置しても隙間が生じるために光入射面１０Ｌ以外の他の側端面１０Ｒから光が漏れ出る不具合を抑制できる。一方、この領域Ｙにレンチキュラーレンズ要素１８は密に配列すれば、隙間をなくすことができて筋状のムラも生じないし偏向によって他の側面１０Ｒから光が漏れ出ることも抑制できる。

そのため、導光体１０の光偏向面１０ａに配列する光偏向要素１７を、光源１５の光が入射する光入射面１０Ｌに対して近接領域Ｘと離間領域Ｙとで、マイクロレンズ要素１９とレンチキュラーレンズ要素１８とに分けて配列させたことで、光源１５が配置されない側端面１０Ｒからの漏れ光を極少化することができて光利用効率が高くなり、明暗のムラを生じないという作用効果を得られる。
そして、この導光体１０を備えた照明装置３及びこの照明装置３を用いた表示装置１によって、高輝度で明暗ムラのない照明光や画像を得られる。

本発明による導光体１０は上述の第一の実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない限り適宜の変更や置換が可能である。このような本発明の他の態様の一例について以下に説明する。
本発明の第二実施形態による導光体について図４により説明するが、上述した第一実施形態による導光体１０と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
図４に示す第二実施形態による導光体１０は、光偏向面１０ａに配列させる光偏向要素１７として、光入射面１０Ｌから離間した離間領域Ｙに設けられた、レンチキュラーレンズ要素１８を配列する領域と、光入射面１０Ｌに近接した近接領域Ｘに設けられたマイクロレンズ要素１９を配列する領域との境界周辺領域Ｚにおいて、適宜の列数、例えば一条のレンチキュラーレンズ要素１８と一列のマイクロレンズ要素１９とを交互に配列させて混在させて構成した。

本第二実施形態において、境界領域Ｚでは、隣接する各一条のレンチキュラーレンズ要素１８の間に一列、または複数列のマイクロレンズ要素１９が配列され、レンチキュラーレンズ要素１９の間隔は離間領域Ｙに近づくに従って次第に狭くなり、その間隔内に設けたマイクロレンズ要素１９の光入射面１０Ｌの長手方向の間隔ｄａは離間領域Ｙに近づくに従って次第に短いものになるように調整されている。
本第二実施形態によれば、導光体１０を射出する射出光に関し、レンチキュラーレンズ要素１８が配列された領域とマイクロレンズ要素１９が配列された領域との境界が観察者側から視認されることを防ぐことができる。そのため、第一実施形態による導光体１０よりも更に輝度ムラを小さくすることができる。

次に、光偏向要素１７の変形例について図５乃至図７により説明する。
上述した一方向に延在する光偏向要素１７として、図５（ａ）に示されるようなレンチキュラーレンズ要素１８を凹形状として形成した例について説明してきた。レンチキュラーレンズ要素１８は、各導光体１０から導光される光を射出面１０ｂ側へ偏向する。導光体１０を導光する光は、導光体１０と空気との屈折率差による臨界角の範囲内においてあらゆる角度で導光するため、断面輪郭が円の一部である形状が望ましい。

断面輪郭の接線ｍと光偏向面１０ａとのなす角度のうち最大となる最大接角αは２５度〜７０度の範囲であることが望ましい。レンチキュラーレンズ要素１８の最大接角αが２５度より小さい場合には、導光体１０を導光する光のうち導光角度が小さい光を効率良く射出面１０ｂの法線方向、すなわち照明装置３の観察者Ｆ側へ偏向させることが難しくなる。一方、７０度を超える場合には、レンチキュラーレンズ要素１８に入射した光が射出面１０ｂ側へ偏向されずに光偏向面１０ａから外へ漏れる光量が増大し、射出面１０ｂから射出する光量である光の立上げ効率が低下するため望ましくない。
従って、レンチキュラーレンズ要素１８の最大接角αの範囲は２５度〜７０度の範囲が望ましい。また、この最大接角αの範囲内で断面輪郭形状を非円弧形状にしても良い。非円弧面化することで、所望の角度への射出光を増やしたり、減らしたりするといった調整が可能となる。

また、一方向に延在する別の光偏向要素１７の例として、図５（ｃ）に示すような凹形状のプリズム形状をなすプリズムレンズ要素を採用してもよい。特に導光体１０からの射出光に強い指向性を持たせたい場合に、光偏向要素１７の断面形状が直線で構成されるような三角形断面の三角プリズムレンズ要素２０は、射出光の指向性を高められる。

三角プリズムレンズ要素２０として頂角βが５０度〜１２０度の範囲であることが望ましい。頂角βが５０度より小さい鋭角の三角プリズムレンズ要素２０である場合、導光体１０内を導光する光が三角プリズムレンズ要素２０で射出面１０ｂ側へ反射して偏向せずに射出面１０ｂで屈折して射出される光が増大してしまう欠点がある。一方、頂角βが１２０度を超える鈍角の三角プリズムレンズ要素２０である場合、導光の偏向効果が小さくなるため指向性を高められず望ましくない。
従って三角プリズムレンズ要素２０の頂角βは５０度〜１２０度の範囲が指向性を高める上で望ましい。更に、三角プリズムレンズ要素２０の成形性を考慮すると６０度以上であることがより好ましく、射出面１０ｂから射出される光の指向性効率を高めるには１００度以下であることがより好ましい。

また、各々が独立して二次元方向に配列され得る光偏向要素１７として、ここまで図６（ａ）に示されるような凹形状のマイクロレンズ要素１９について説明してきた。上述したレンチキュラーレンズ要素１８と同様に、断面輪郭が円の一部である形状のマイクロレンズ要素１９が望ましいためである。断面輪郭の接線ｍと光偏向面１０ａとのなす角度のうち最大となる最大接角γは、レンチキュラーレンズ要素１８の最大接角αと同様に、２５度〜７０度の範囲であることが望ましい。

マイクロレンズ要素１９の最大接角γが２５度より小さい場合、導光体１０内を導光する光のうち、導光角度が小さい光を効率良く射出面１０ｂの法線方向、すなわち照明装置３の観察者Ｆ側へ偏向することが難しくなるためである。一方で、最大接角γが７０度を超えると、マイクロレンズ要素１９に入射した光が射出面１０ｂ側へ偏向されずに、光偏向面１０ａ側から外へ漏れる光量が増大し、導光体１０の射出面１０ｂから射出する光の割合である光立上げ効率が低下するため望ましくない。
従って、マイクロレンズ要素１９の最大接角γの範囲は２５度〜７０度の範囲が望ましい。またこの最大接角γの範囲内で断面輪郭を円の一部でなく非円形化しても良い。非円形化することで所望の角度への射出光を増やしたり、減らしたりするといった調整が可能となる。

また、図６（ｂ）で示すように、マイクロレンズ要素１９Ａは、上面からみたときに楕円となる凹形状の楕円体の一部で形成されても良い。楕円の向きは各マイクロレンズ要素１９Ａ毎にバラバラでも良いが揃った方が好ましく、特に楕円の長軸方向と光源１５が配列された方向即ち光入射面１０Ｌの延在方向とが略一致することが望ましい。長軸側の断面輪郭の最大接角γａより短軸側の断面輪郭の最大接角γｂの方が大きくなるため、光源１５の光軸（光入射面１０Ｌの法線方向）と楕円の短軸とを一致させることで、光入射面１０Ｌと垂直な方向の側端面１０Ｒからの漏れ光を低減させ、マイクロレンズ要素１９Ａの集光効率が向上する。

また、図７（ａ）に示すように、マイクロレンズ要素１９Ｂは長軸に直交する断面形状が三角プリズムとなるような凹形状の楕円マイクロレンズ形状でもよい。或いは、図７（ｂ）に示すように、マイクロレンズ要素１９Ｃは凹形状のピラミッド形状即ち四角錐形状であっても良い。特に導光体１０からの射出光に強い指向性を持たせたい場合に、マイクロレンズ要素１９Ｃの断面形状が直線で構成されるようなプリズム形状やピラミッド形状は射出光の指向性を高められる。

上述のように、マイクロレンズ要素１９が図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）、またはそれ以外のマイクロレンズ形状である場合、光偏向面１０ａに配列されるマイクロレンズ要素１９は、光入射面１０Ｌと平行な方向に略一定の間隔で配列され、光入射面１０Ｌと直交する方向は、光入射面１０Ｌに近い領域ほど疎に、離れるほど密に配列されるように構成させることができる。

なお、上述の説明では、マイクロレンズ要素１９は光入射面１０Ｌと平行な方向には略一定の間隔で形成されるとしたが、光入射面１０Ｌに直交する方向における、光入射面１０Ｌからの距離によって光入射面１０Ｌと平行な方向におけるマイクロレンズ要素１９の配列間隔を変えても良い。
例えば、光入射面１０Ｌに近いほど、光入射面１０Ｌに直交する方向のマイクロレンズ要素１９は疎に配置されるため、光入射面７Ｌと平行な方向においては疎な間隔で略一定に配置し、光入射面１０Ｌから離れるほど、マイクロレンズ要素１９は光入射面１０Ｌに直交する方向では密に配置されるため、光入射面７Ｌと平行な方向においても密な間隔で略一定に配列されるようにしても良い。
または、マイクロレンズ要素１９を不規則に配列しても良い。このとき、光入射面１０Ｌと平行な方向においては、単位面積当りのマイクロレンズ要素１９が占める割合が略一定となるように配列し、光入射面１０Ｌと直交する方向においては、光入射面１０Ｌに近いほど疎に、そして離れるほど密となる疎密グラデーションパターンに設定してもよい。

マイクロレンズ要素１９は、導光体１０の射出面１０ｂにおける光量ムラを低減させることを目的に、二次元方向に疎密パターンで配列させても良い。導光体１０の入射面１０Ｌから入射した光は、導光体１０内を扇状に広がって導光する。従って、複数の光源１５から光入射面１０Ｌを通して入射した光が扇状に広がって導光するため、光量が多い箇所と少ない箇所とが生じる場合がある。そこで、光量が多い箇所に配列するマイクロレンズ要素１９の面積率を低下させ、光量が少ない箇所に配列されるマイクロレンズ要素１９の面積率を上昇させることで、輝度ムラを低減しても良い。

ここまで、導光体１０の光偏向面１０ａに配列される光偏向要素１７が射出面１０ｂ側に凹む凹形状である場合について説明してきたが、これとは逆に導光体１０の外側に突出する凸形状に形成されていても良い。光偏向要素１７は、凸形状の構成より凹形状の構成の方が、射出面１０ｂ側へ向かう光の偏向効率が高い。逆に言えば、凸形状の光偏向要素１７を備えた導光体１０が、凹形状の光偏向要素１７を備えた導光体１０と同じ光偏向効率を得るためには、凸形状の光偏向要素１７をより多く配列する必要がある。光偏向要素１７を多く配列するためには光偏向要素１７の最大ピッチを小さくする必要があるため、光偏向要素１７に起因する明暗ムラの低減が促進され、望ましい。

本発明の実施形態による導光体１０は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）に代表されるアクリル樹脂、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等の透明樹脂を用いることが望ましく、導光体１０の製造に際しては、当該技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって、光偏向要素１７を一体で成形する。或いは、平板状の導光体１０を上述した製法で成形した後、光偏向要素１７を印刷法や、ＵＶ硬化樹脂、放射線硬化樹脂などを用いて形成しても良い。

ところで、図１に示す表示装置１の画像表示素子２は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本第一の実施形態による導光体１０を用いた照明装置３により、観察者側Ｆへ射出する光の輝度が向上し、光強度の視角度依存性が低減し、さらに、光偏向要素１７の視認性が低減された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子２は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。

以上、本発明の実施形態による導光体１０を備えた照明装置３、並びにこの照明装置３を用いた表示装置１の実施形態について説明したが、本発明による照明装置３は表示装置１のみに適用されるものではない。すなわち光源１５から射出された光を導光体１０を用いて効率的に集光する機能を有する照明装置３として、例えば各種の照明機器などにも使用できる。
以下、本発明の実施形態による導光体１０の実施例について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。

本発明の実施例と比較例による２種の導光体１０を製作した。実施例として図４に示す第二実施形態による導光体１０を製作した。
各導光体１０は、光偏向面１０ａと射出面１０ｂとが３１０ｍｍ×５４０ｍｍの２４インチサイズで、側端面１０Ｒの厚みを４ｍｍとした直方体形状である。導光体１０の長辺（５４０ｍｍ側）に沿う側端面１０Ｒの１つを光入射面１０Ｌとし、他の３つの側端面１０Ｒには光源１５を配置しない構成とした。
導光体１０の光偏向面１０ａに配列する光偏向要素１７は、凹型のレンチキュラーレンズ要素１８と凹型のマイクロレンズ要素１９とし、レンチキュラーレンズ要素１８は幅が約７０μｍ、高さが約２０μｍの断面輪郭が円の一部であるシリンドリカル形状とし、マイクロレンズ要素１９は直径が約７０μｍ、高さが約２０μｍの半球の一部からなる形状とした。

実施例の導光体１０は、光偏向面１０ａに形成される光偏向要素１７を凹型のレンチキュラーレンズ要素１８と凹型のマイクロレンズ要素１９とで構成した。
実施例では、３１０ｍｍ幅をなす光入射面１０Ｌと対向する側端面１０Ｒの間で、この側端面１０Ｒから光入射面１０Ｌ方向の距離で約２００ｍｍの離間領域Ｙにレンチキュラーレンズ要素１８を疎密パターンで配列し、光入射面１０Ｌから対向する側端面１０Ｒ方向の距離で約７０ｍｍまでの近接領域Ｘにマイクロレンズ要素１９を疎密パターンで配列した。そして、レンチキュラーレンズ要素１８が配列された離間領域Ｙとマイクロレンズ要素１９が配列された近接領域Ｘとの間である約４０ｍｍの幅の領域は、レンチキュラーレンズ要素１８とマイクロレンズ要素１９の列とを交互に配列させて混在させた境界領域Ｚとした。
光偏向要素１７であるレンチキュラーレンズ要素１８とマイクロレンズ要素１９とは、光入射面１０Ｌに近いほど光偏向要素１７の面積率が小さく、光入射面１０Ｌから離れるにつれて光偏向要素１７の面積率が大きくなる疎密グラデーションパターンとした。
実施例のレンチキュラーレンズ要素１８の最大ピッチは５００〜７００μｍとなるよう調整し、マイクロレンズ要素１９の最大ピッチは約２００〜４００μｍとなるよう調整した。

一方、比較例による導光体は、光偏向面１０ａに形成される光偏向要素１７を凹型のレンチキュラーレンズ要素１８を３１０ｍｍ幅の領域全体に疎密に配列して形成した。光偏向要素１７であるレンチキュラーレンズ要素１８は、光入射面１０Ｌに近いほどレンチキュラーレンズ要素１８の配列間隔が大きい（疎）ために面積率が小さく、光入射面７Ｌから離れるにつれレンチキュラーレンズ要素１８の配列間隔が小さく（密）なるために面積率が大きくなる疎密グラデーションパターンに形成した。比較例によるレンチキュラーレンズ要素１８の最大ピッチは１２００ｍｍ程度であった。

このようにして製作した実施例と比較例による導光体１０の１つの長辺側の側端面１０Ｒを光入射面１０Ｌとし、この光入射面１０Ｌに沿って光源１５としてＬＥＤを複数配列した。
そして、導光体１０の背面側、即ち光偏向面１０ａ側には白色で反射率が９８％である光反射シート９を配置し、導光体１０の射出面１０ｂ側には、マイクロレンズシート１１、光学シート１２（輝度上昇フィルム「ＤＢＥＦ−Ｄ」登録商標（３Ｍ社製））、拡散性光学シート１３の順で積層して配置した照明装置３を得た。そして、表示素子２として液晶パネルを更に配置し、表示装置１を得た。

本実施例による導光体１０を備えた表示装置１から射出されて照射された液晶パネルの画像を目視で確認した。実施例による表示装置１では輝度ムラの無い表示画面が得られた。一方、比較例による導光体を備えた表示装置１では、液晶パネルの画像について光源１５近傍で明暗のムラである横筋が視認された。
実施例と比較例との比較により、本実施例の導光体１０は光偏向要素１７としてレンチキュラーレンズ要素１８を用いても、レンチキュラーレンズ要素１８に起因する筋状の輝度ムラが生じない表示装置１を得ることが出来た。

１ 表示装置
２ 表示素子
３ 照明装置
９ 反射シート
１０ 導光体
１０ａ 光偏向面
１０ｂ 射出面
１０Ｌ 光入射面、側端面
１０Ｒ 側端面
１５ 光源
１７ 光偏向要素
１８ レンチキュラーレンズ要素
１９、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ マイクロレンズ要素
２０ プリズムレンズ要素
Ｘ 近接領域
Ｙ 離間領域
Ｚ 境界領域

Claims (8)

1. 透光性の導光体であって、
   前記導光体は、入射光を反射させる第１主面と、該第１主面に対向して配設されていて前記第１主面で反射された光を射出する第２主面と、前記第１主面及び前記第２主面を接続すると共に光源の光を入射させ得る側端面とを有し、
   前記第１主面には、前記導光体内を導光する光を前記第２主面側に偏向する光偏向要素が配列されて形成され、
   前記光偏向要素は、一次元方向に延在するレンチキュラーレンズ形状のレンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ形状のプリズムレンズ要素と、
   各々が独立して二次元方向に配列されるドット形状のドット要素と、
   を備えたことを特徴とする導光体。
2. 前記第１主面に設けられた前記光偏向要素は、
   光源の光を入射させる前記側端面からなる光入射面に近い領域ほど、前記レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素よりも前記ドット要素の占める割合が多く配設され、
   前記側端面から離れる領域ほど、前記ドット要素よりも前記レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が多く配列されていることを特徴とする請求項１に記載された導光体。
3. 前記光偏向要素は、前記光入射面に近い近接領域では前記ドット要素が配列され、
   前記光入射面から離れた離間領域では前記レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載された導光体。
4. 前記光偏向要素は、前記ドット要素が配列された前記近接領域と前記レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素が配設された前記離間領域との間に、前記ドット要素と前記レンチキュラーレンズ要素またはプリズムレンズ要素とが交互に配設された境界領域が設けられていることを特徴とする請求項３に記載された導光体。
5. 前記ドット要素はマイクロレンズ形状のマイクロレンズ要素である請求項１乃至４のいずれか１項に記載されたことを特徴とする導光体。
6. 前記側端面に臨む光源と、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載された前記導光体と、
   前記導光体の第１の主面側に設けられた反射シートと
   を備えたことを特徴とする照明装置。
7. 前記導光体の前記第２主面側に、光の散乱、屈折、吸収、反射の少なくともいずれか１つの機能を有する光学シートを備えたことを特徴とする請求項６に記載された照明装置。
8. 画素単位での透過／遮光に応じて表示画像を規定する画像表示素子と、
   請求項６または７に記載された前記照明装置と、
   を具備することを特徴とする表示装置。

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