JP2015176807A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光体内部を伝搬する光の色度変化を抑制し、光偏向要素の像やモアレが見えにくくした導光体、照明装置、及び表示装置を提供する。
【解決手段】導光体（７）は、透光性材料からなり、側面に位置する光入射面（７Ｌ）と、表面及び裏面に位置し互いに対向する光偏向面（７ａ）及び光射出面（７ｂ）と、を有する。上記の導光体（７）は、光入射面（７Ｌ）から入射された光を光偏向面（７ａ）及び光射出面（７ｂ）の間で導光するとともに光の一部を光射出面（７ｂ）から出射する。光偏向面（７ａ）には、光を光射出面（７ｂ）に向けて偏向する複数の光偏向要素（１８）が、光入射面（７Ｌ）から離間するにつれて配置密度が増加するように配置されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、導光体を備えた照明装置及び表示装置に関する。

最近の液晶テレビに代表されるフラットパネルディスプレイ等においては主に、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ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等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用いられ、光源である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では、光源として複数のＬＥＤが、透光性の導光板の端面（光入射面）に配置される。一般的に、導光板において画像表示素子と対向する面（光射出面）の逆側の面（光偏向面）には、光入射面から入射された光を効率良く光射出面へと導く光偏向要素が形成される。現在、光偏向面に形成される光偏向要素としては白色のインキがドット状に印刷されたものが一般的（例えば特許文献１参照）である。

導光板は透明板の端面に光源が配置されるため、光源近傍の領域を導光する光量は多く、光源から離れた領域を導光する光量は相対的に少なくなる。従って、光偏向要素は、光源近傍ほど小さく、離れるほど大きくすることで導光板の光射出面から均一に光が射出されるよう設計される。現在の印刷方式で作製される導光板の大半は、光偏向要素の大きさを変えながら一定のピッチで配置する方法を採用している。しかし、白色ドットに入射した光はほぼ無制御に拡散反射されるため射出効率は低い。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。

また、近年では、マイクロレンズをインクジェット法によって導光板の光偏向面へと形成する方法や、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、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（例えば特許文献２参照）。
このような導光体に用いられる光偏向要素は、光取り出し効率を向上するとともに、導光体から出射される光の輝度分布を均一化する必要があるため、導光体の形状や光入射面の配置に応じて決まる特定のパターンに基づいて配置する必要がある。したがって、従来の光偏向要素は、規則的に配列された反射層や構造物で形成されている。この場合、光取り出し効率を向上するためのプリズムシートと併用された場合にモアレ（干渉縞）が見えたり、光偏向要素の像が視認されたりするといった問題がある。このような問題を解決するため、曲率半径と配列ピッチとを適宜調整した凸レンズ列を導光体に備えることが提案されている（例えば特許文献３参照）。

特開平１−２４１５９０号公報 特開２０００−８９０３３号公報 特開２００３−２７０４４７号公報

しかしながら、上記のような従来の導光体、照明装置、及び表示装置には、次のような問題があった。例えば、エッジライト方式では、ＬＥＤから発光した光が導光体内部を伝搬する過程で、光偏光要素により、導光体の光射出面側へと偏向される。導光体の分光透過率は波長により異なるため、光が導光体内部を進行する距離が長くなるほど色度は変化するという問題がある。また、特許文献３に記載された技術は、プリズムシートによって、光偏向要素による偏向光の集光度合いを変えることにより、光偏向要素の像が視認されにくいようにしているが、このような構成では、光偏向要素とプリズムとの配列がある程度規則性を有していると、モアレが発生することは避けられないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、高輝度の光を出射することができるとともに、色度変化が小さく、光偏向要素の像やモアレが見えにくくなる導光体、照明装置、及び表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る照明装置は、導光体と、光源と、透光性発光部材とを備える。導光体は、透光性材料からなり、側面（端面）に形成された光入射面と、互いに対向する光偏向面及び光射出面とを有する。光源は、光入射面に光を照射する。透光性発光部材は、光射出面と対向する位置に配置されている。ここでは、導光体は、光入射面から入射された光を光偏向面及び光射出面の間で導光するとともに、光の一部を光射出面から出射する。光偏向面には、光を光射出面に向けて偏向する複数の光偏向要素が、均一な大きさで、光入射面から離間するにつれて配置密度が増加するように配置されている。透光性発光部材は、光源の発光波長により励起され、発光波長とは異なる波長で発光する発光材料を含有する。

上記の透光性発光部材は、２層以上の多層構成からなり、自身の光入射面側に発光材料を含有する発光層が形成され、且つ、自身の光射出面側に光散乱粒子が含有される光散乱層、又は単位レンズが形成されていることが好ましい。
また、本発明の一態様に係る照明装置は、導光体の光偏向面と対向する位置に配置され、導光体から漏れる光を導光体側に反射する反射部材を更に備えることが好ましい。

また、導光体における複数の光偏向要素は、光入射面から離間するにつれて、光入射面に交差する第１の方向における隣接間隔、及び光偏向面内において第１の方向に交差する第２の方向における隣接間隔が共に減少するように配列されることが好ましい。
本発明の一態様に係る表示装置は、上記の照明装置と、当該照明装置からの照明光を照射することにより画像を表示する画像表示素子と、を備える。

本発明の一態様によれば、導光体の光偏向面に、光入射面から離間するにつれて配置密度が増加するように複数の光偏向要素を配置することで、従来の導光体に比べ、輝度均一性が高く、射出効率の高い導光体を実現することができる。また、この導光体の光射出面側に、透光性発光部材を配置することで、導光体内部を伝搬する光の色度変化を抑制でき、光偏向要素の像やモアレが見えにくくなる導光体、照明装置、及び表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る表示装置の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る光源、透光性発光部材の発光特性を示す図である。 従来の導光体に使用される透明材料の分光透過率を示す図である。 本発明の実施形態に係る導光体の光偏向要素の配置パターンの概要を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る導光体の光偏向要素の配置パターンの概要を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る導光体の一例を示す模式的な斜視図、及びそのＡ−Ａ’断面図、及びＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の実施形態に係る導光体のＸ方向に沿う断面の部分拡大図である。 輝度低下率の測定位置を示す模式的な平面図である。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一又は相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
本実施形態に係る導光体、照明装置、及び表示装置について説明する。
図１に、本実施形態に係る表示装置の構成の一例の模式的な断面図を示す。図２（ａ）に、本実施形態に係る光源の発光特性の一例を示す。図２（ｂ）に、本実施形態に係る透光性発光部材の発光特性の一例を示す。図２（ｃ）に、本実施形態に係る光源から射出した光が導光体内部を伝播し、透光性発光部材を透過したときの発光特性の一例を示す。図３に、本実施形態に係る導光体に使用される透明樹脂の透過率特性の一例を示す。図４Ａ（ａ）〜（ｄ）及び図４Ｂ（ｅ）〜（ｇ）に、本実施形態に係る導光体の光偏向要素の配置パターンの概要を示す模式的な断面図を示す。図５（ａ）に、本実施形態に係る導光体の一例の模式的な斜視図を示す。図５（ｂ）に、図５（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図を示す。図５（ｃ）に、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図を示す。図６に、本実施形態に係る導光体のＸ方向に沿う断面の部分拡大図を示す。図７に、輝度低下率の測定位置を示す模式的な平面図を示す。なお、各図面は、模式図のため、寸法、形状、個数等は、誇張及び省略している（以下の図面も同様）。

図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置（表示装置）１は、画像表示素子２と、この画像表示素子２の光入射側に面して配置された照明装置３とを備える。
画像表示素子２は、液晶層９を２つの偏光板１０及び１１で挟んで構成されている。すなわち、２つの偏光板１０及び１１は、液晶層９を挟んで対向している（液晶層９を挟持している）。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く、液晶表示素子であることがより好ましい。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。

照明装置３は、積層体２１と、光源６と、反射板（反射部材）５と、を少なくとも含む。積層体２１は、拡散シート２８、集光シート２０、透光性発光部材（透光性発光シート）８、及び導光体７が画像表示素子２の方からこの順に（順次）配置されている。拡散シート２８は、画像表示素子２に面して配置されている。光源６は、導光体７の側面（端面）に配置されている。反射板５は、導光体７及び光源６を囲む。図１の例では、反射板５は、導光体７の光射出面７ｂ側を開放している。すなわち、導光体７の光射出面７ｂ以外の面を囲んでいる。

集光シート２０は、透光性発光部材８を透過した光を、視覚方向Ｆへと集光する機能を有する部材であり、例えば、基材２３の表面に複数のプリズム２４が形成されたプリズムシートを採用することができる。
拡散シート２８は、集光シート２０によって集光された光を拡散する機能、集光シート２０を保護する機能、及び集光シート２０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の発生を低減する機能を有する。例えば、拡散シート２８としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に球状粒子を分散させたアクリル樹脂を塗布したシート部材を採用することができる。また、拡散シート２８は、集光シート２０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。このような偏光分離機能を有する拡散シート２８としては、例えば、スリーエム社製の反射型偏光性フィルム「ＤＢＥＦ（登録商標）」（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）に代表されるような、一方の偏光を透過し、もう一方の偏光を反射する反射型偏光分離シートを用いることができる。

反射板５は、導光体７から漏れる光を導光体７側に反射するものである。例えば、反射板５は、白色のポリエチレンテレフタレートフィルムのような反射シート等によって構成される。本実施形態では、このような反射シートを、光源６の側方及び後述する導光体７の光偏向面７ａ（第１面）を囲む筐体の内面に配置した構成を採用している。
光源６は、導光体７が透光性発光部材８に向けて射出する光を、導光体７の側面から供給（照射）するものである。光源６として、点状、線状、又は面状の光源を採用することができる。好ましくはＬＥＤやレーザーを採用することができる。ＬＥＤやレーザーの種類としては、例えば、白色や、光の３原色である赤色、緑色、青色のＬＥＤやレーザー等が挙げられる。また、光源６の発光強度の最大値が半分になるときの発光分布の波長幅は、１０ｎｍから６０ｎｍの範囲であることが望ましい。より好ましくは２０ｎｍから５０ｎｍの範囲であることが望ましい。更に好ましくは３０ｎｍから４０ｎｍの範囲であることが望ましい。本実施形態に係る照明装置３における光源６は、後述する導光体７の光入射面７Ｌの近傍において複数の光源が離間して配置された点状光源を採用している。複数の光源の各々の光軸は、一例として、光入射面７Ｌに略直交する（直交する場合を含む）方向に配置されている。

透光性発光部材８は、導光体７の光射出面７ｂに面して配置されており、光源６の発光波長により励起され、この発光波長とは異なる波長で発光する発光材料８ａを透明樹脂に分散させた透光性の発光シートである。このような透明樹脂の例としては、例えば、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、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）樹脂、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）樹脂、Ｎｙ（ナイロン）樹脂等の透明樹脂を挙げることができる。透光性発光部材８には、例えば図２（ａ）に示すような発光スペクトルを有する青色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの発光スペクトルにより励起され、図２（ｂ）に示すような発光スペクトルを有する発光材料８ａを用いることができる。図２（ｃ）に、透光性発光部材８から射出した光の発光スペクトルを示す。液晶表示装置１や照明装置３においては、射出光の色は白色が好ましい。図２（ａ）に示すように青色ＬＥＤを光源６とし、発光材料８ａとして黄色発光材料を用いれば、色度ｘ＝０．３１５４、色度ｙ＝０．３２４９となるような白色照明装置とすることが可能である。

発光材料８ａとしては、光源６により励起され、異なる発光波長で発光する材料であれば良く、例えばアルカリ土類元素Ｃａ，Ｓｒ，ＢａやＳｃ，Ｙ，Ｌａ等の化合物からなる蛍光材料や燐光材料、蓄光材料やＣｄＳｅ、ＩＩＩ族〜Ｖ族元素の化合物からなる量子ドット等を挙げることができる。また、発光材料８ａとして、蓄光を使用することで、ＬＥＤが消灯した後も、一定時間発光する照明装置３とすることが可能である。また、発光材料８ａとして、量子ドットを使用することで、発光波長ピークが鋭い照明装置３とすることが可能である。また、発光材料８ａとしては、蛍光材料、蓄光材料を混合することもできる。蛍光材料は、種類も多く、様々な発光スペクトル波長の材料が存在する。一方、蓄光材料は、種類が少なく、長波長領域を発光ピークに有する材料があまり存在しない。蓄光材料でカバーしにくい領域を蛍光材料で補うことで、発光波長領域の広い発光材料とすることができる。例えば、蛍光材料、蓄光材料を混合することにより発光色を白色にすることもできる。

従来の導光板では、光源に白色光源を使用し、導光体の内部を伝搬した光が光偏向要素により偏向され光射出面側から射出される。このとき、導光体内部を伝搬する光の移動距離は光源の近傍では短く、光源から離れるに従い、移動距離は長くなる。導光体に使用される透明樹脂はＰＭＭＡ等の吸収の少ない材料を使用するが、例えば図３に示すように、分光透過率は波長により異なる。図３にＰＭＭＡの分光透過率を示す。透明樹脂としては、可視光領域の分光透過率変化が小さいＰＭＭＡの透過率でも、図３に示すように４５０ｎｍ付近と５５０ｎｍ付近では透過率が異なる。このため、導光体内部を伝搬する光の移動距離が異なると、移動距離により導光体からの射出光の発光分布が異なる。白色光源を使用し、図３に示す分光透過率を有するアクリル樹脂を用いた導光体から射出される光は光源から離れるに従い、短波長領域の光量が減少するため黄色味を帯びる。なお、導光体から射出される光が光源から離れるに従って黄色味を帯びることは、透明樹脂としてポリカーボネートを用いた場合でも発生する。

一方、図２（ａ）に示すような発光スペクトルが狭帯域な青色ＬＥＤ等を用いると、導光体７から射出する光の発光スペクトルは、光源６の発光スペクトルにおける導光体７の透過率があまり変化しないため、導光体７内部の移動距離に寄らず、ほとんど変化しない。したがって、光源６の発光スペクトルにおける吸収が少ない材料からなる導光体７から射出された光が、図２（ｂ）に示すような発光特性を有する透光性発光部材８を透過することで、導光体７内部を移動する距離の差による色変化の小さい白色の照明装置３として利用することが可能である。

光源６と透光性発光部材８の組み合わせは、上記の例に限定されない。光源６としては、赤色、緑色、青色、白色等のＬＥＤやレーザー等の光源が使用できる。透光性発光部材８に含有される発光体としても、赤色、緑色、青色、白色等の発光体を使用することが可能である。光源６と透光性発光部材８の組み合わせを変更することで、色温度の異なる照明装置３として利用することが可能である。

以下に、図４Ａ、図４Ｂを参照して、本実施形態に係る導光体の光偏向要素の配置パターンの概要について説明する。
図４Ａ（ａ）に示すように、透光性発光部材８には、基本的に、光源６の発光波長により励起され、この発光波長とは異なる波長で発光する発光材料８ａが分散されている。
また、図４Ａ（ｂ）に示すように、導光体７の光偏向要素１８の視認性やモアレの抑制、輝度・色度の均一性を向上するために、透光性発光部材８には、発光材料８ａに加えて、光散乱粒子８ｂが分散されていても良い。分散された光散乱粒子８ｂとしては、無機酸化物からなる粒子又は樹脂からなる粒子が使用できる。例えば、無機酸化物からなる粒子としてはシリカやアルミナ等からなる粒子を挙げることができる。また、樹脂からなる粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。これら粒子は、２種類以上を混合して使用しても良い。

光散乱粒子８ｂは、透明樹脂と、この透明樹脂の中に分散された粒子と、を備えて構成されている。これら透明樹脂の屈折率と粒子の屈折率は、十分な光拡散特性を得るために異なる必要がある。透明樹脂の屈折率と粒子の屈折率の差は０．０２以上であることが望ましい。また、光散乱特性上その屈折率差は０．５以下で良い。また、光散乱粒子８ｂの平均粒径は０．１〜１００μｍであることが望ましい。好ましくは１．０〜５０μｍである。粒子の粒径が０．１μｍ以下であると、入射光が可視光を散乱することにより出射光が色味を帯びる。一方、粒子の粒径が１００μｍ以上であると、出射光輝度分布の半値角が小さくなり十分な光拡散性能を得られない。また、光散乱粒子８ｂは、透明樹脂中に空気を含む微細な空洞を有した構造とし、透明樹脂と空気の屈折率差で拡散性能を得ても良い。

また、図４Ａ（ｃ）に示すように、透光性発光部材８は、２層以上の層構成からなり、透光性発光部材８の光入射面側に発光材料８ａを含有する発光層が形成され、光射出面側に光散乱粒子８ｂを含有する光散乱層が形成されていても良い。光射出面側に光散乱層を有することで、光偏向要素１８の視認性やモアレの抑制や、発光層の輝度・色度分布の均一性を向上させることが可能である。

また、図４Ａ（ｄ）に示すように、透光性発光部材８は、２層以上の層構成からなり、透光性発光部材８の光入射面側に発光材料８ａを含有する発光層が形成され、光射出面側に微細な凹凸が形成されていても良い。ここで、微細な凹凸の種類としては、凸状シリンドリカル形状のもの、レンズ形状のもの、三角プリズム形状が挙げられるが、これらに限らず、透光性発光部材８の光偏向機能が微細の凹凸が付与される前に比較して向上する凹凸形状のものであれば、上記の形状に限らない。光射出面側にレンズ形状を形成することで、レンズ面による再帰反射、屈折を利用することで、輝度の集光効果や射出光角度の調整が可能である。また、光射出面側には、数十ｎｍから数ｕｍオーダーの微細な回折構造を形成することで、射出光角度の調整だけでなく、波長の透過光強度・波長分散性を調整することが可能となる。

また、図４Ｂ（ｅ）に示すように、透光性発光部材８は、発光層の損傷劣化を防ぐために、発光層を覆うように保護層８ｃを設けても良い。保護層８ｃの構成としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、Ｎｙ（ナイロン）樹脂等からなるフィルムを発光層８に積層して用いることができる。特に、発光材料８ａとして量子ドットを用いた際には、発光材料を水蒸気から保護する必要がある。そこで、保護層８ｃには防湿性のあるバリア性フィルムを用いることが好ましい。バリア性フィルムの構成としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、Ｎｙ（ナイロン）樹脂等からなるフィルム上に酸化ケイ素、酸化アルミニウムからなるバリア層を設けたフィルムを用いることができる。バリア層は、蒸着法、スパッタ法等の真空成膜法により形成することができる。これらの保護層８ｃは、接着剤層を介して発光層に積層しても良いし、保護層８ｃ上に直接発光材料を塗工しても良い。また、保護層８ｃには、導光体７と接する面に凹凸形状８ｄを付与しても良い。凹凸形状８ｄを付与したフィルムは、耐衝撃フィルムとして機能する。

また、図４Ｂ（ｆ）、図４Ｂ（ｇ）に示すように、透光性発光部材８は、発光層を覆う保護層８ｃ上に、更に粒子が分散されている層を組み合わせて設けることで保護層８ｃ上に凹凸形状８ｄを設けても良いし、エンボス（Ｅｍｂｏｓｓ：浮き彫り加工）により凹凸形状８ｄを形成しても良い。導光体７と接する面に凹凸形状８ｄを設けることにより、導光体７と、透光性発光部材８の間でのモアレやブロッキングを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、保護層８ｃと凹凸形状８ｄを付与したフィルムをそれぞれ用意し、貼り合わせても良いし、保護層８ｃと凹凸形状８ｄを一体形成することもできる。ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、Ｎｙ（ナイロン）樹脂等からなるフィルムの一方の面にバリア層を設け、他方の面に凹凸形状８ｄを設け、バリア層と発光層を貼り合わせることにより、透光性発光材料８とすることもできる。

導光体７は、光源６から入射された光を導光するとともに、この光を透光性発光部材８に向けて射出する部材である。本実施形態では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、導光体７は、平面視矩形状の平板部７ｃの一方の板面に導光された光を内部反射する平面状の光偏向面７ａ（第１面）が形成され、光偏向面７ａの反対側に、透光性発光部材８に対向する面状領域である光射出面７ｂ（第２面）を構成する単位レンズ７ｄが複数形成されている。

単位レンズ７ｄは、光偏向面７ａに対向する矩形領域であるレンズ形成面部７ｂ’を覆うように形成されている。平板部７ｃの厚さｈ７ｃは、特に限定されないが、例えば、０．３００ｍｍ以上３．００ｍｍ以下とすることが可能である。導光体７において互いに対向する一組の側面のうち一方の側面は、光源６から出射された光を導光体７の内部に入射させる光入射面７Ｌを構成している。以下では、光入射面７Ｌが互いに対向する方向をＹ方向（第１の方向）と称し、光偏向面７ａ（又はこれに平行な平面）内においてＹ方向と直交する方向をＸ方向（第２の方向）、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向と称する。このため、Ｙ方向は、光入射面７Ｌに直角をなして交差する第１の方向になっており、Ｘ方向は、Ｙ方向に直交する第２の方向になっている。本実施形態に係る光入射面７Ｌは、Ｘ方向に長辺、Ｚ方向に短辺を有する矩形形状を有しており、このため、Ｘ方向は、光入射面７Ｌの長手方向に一致している。

図５（ｂ）に示すように、本実施形態では、単位レンズ７ｄは、少なくとも頂部Ｔ１において円弧形状又は楕円弧形状を有する外部側に凸の断面がＹ方向に延ばされたシリンドリカルレンズ形状を有し、その延在方向と直交する方向（Ｘ方向）に隙間なく配列されている。このため、レンズ形成面部７ｂ’は、各単位レンズ７ｄの底部が整列する仮想的な平面になっており、単位レンズ７ｄの全体によって覆われている。この結果、導光体７の光射出面７ｂは、各単位レンズ７ｄの表面が連なった断面Ｕ字状の凹凸面になっている。

このような構成により、光偏向面７ａ側に光源６として点光源を設置した場合、点光源から射出された斜め方向の光Ｋが単位レンズ７ｄの表面での屈折により集光されて、Ｚ方向に沿う視覚方向Ｆへ立ち上げられる。これにより、導光体７の光射出面７ｂ側から点光源を観察すると、点光源はＹ方向に延びる線状光源として視認される。単位レンズ７ｄのレンズ形成面部７ｂ’からの高さはｈ７ｄ、各単位レンズ７ｄの底面のＸ方向の幅はＴ７ｄ、単位レンズ７ｄのＸ方向の配列ピッチはＰ７ｄである。高さｈ７ｄの好ましい範囲は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下である。幅Ｔ７ｄの好ましい範囲は、例えば、２０μｍ以上２００μｍ以下である。配列ピッチＰ７ｄの好ましい範囲は、例えば、２０μｍ以上２００μｍ以下である。本実施形態では、特に、Ｐ７ｄ＝Ｔ７ｄになっている。

導光体７の光偏向面７ａには、光源６からの入射光を光射出面７ｂ側へと偏向する光偏向要素１８が形成されている。光偏向要素１８としては、例えば、印刷によりパターニングされた反射面や、ドット状の構造物の例を挙げることができる。ただし、光偏向要素１８が印刷パターンからなる場合には、光入射面７Ｌから入射した光が印刷パターンで散乱される際に、指向性を持たずに四方八方に散乱されるため、単位レンズ７ｄにより散乱された光を効果的に集光することができないおそれもある。このため、光偏向要素１８は、ドット状の構造物であることがより好ましい。光偏向要素１８に好適なドット状の構造物としては、光入射面７Ｌから入射して導光体７内で内部反射して導光される光を、光偏向面７ａに対する入射角より小さな角度となる方向に偏向できれば、特に限定されない。例えば、凹型のマイクロレンズ形状、又は凸型のマイクロレンズ形状や角錐形状、円錐形状等の構造物が挙げられる。この光偏向要素１８による光射出面７ｂ側への光偏向量は、単位面積当りの光偏向要素１８の占める面積が大きいほど多くなる。ドット状の構造物からなる光偏向要素１８は、凸部、凹部のいずれも選択することができ、凸部、凹部を混合して用いることも可能である。光偏向要素１８が光偏向面７ａに形成した凹部からなる場合、光入射面７Ｌから入射した光が、導光体７内では凸面となる光偏向要素１８の内面において全反射されて、指向性を持った光が、光偏向面７ａ側からその上方の光射出面７ｂに向かって進む。このような偏向光は、単位レンズ７ｄによって、効率的に集光することが可能になる。

本実施形態では、光偏向要素１８の一例として、凹型のマイクロレンズを採用している。具体的には、平面視（Ｚ方向視）において長軸がＸ方向に向けられた楕円の範囲に形成された凹楕円面を採用している。すなわち、本実施形態に係る光偏向要素１８は、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、平面視の長径はｗｘ、短径はｗｙ、光偏向面７ａからの深さはｈ１８である。長径ｗｘの好ましい範囲は、例えば、３０μｍ以上１００μｍ以下である。短径ｗｙの好ましい範囲は、例えば、３０μｍ以上１００μｍ以下である。深さｈ１８の好ましい範囲は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下である。

図６に示すように、光偏向要素１８は、Ｘ方向の配置密度が、Ｙ方向の各位置で略均一であり、かつ各光入射面７Ｌから導光体７のＹ方向に向かって、Ｙ方向に沿う配置密度Ｄが漸次増大するように配置されている。ここで、密度Ｄは、光偏向面７ａに占める単位面積当たりの光偏向要素１８の投影面積の比である。ここで、密度Ｄの変化は、導光体７から射出される輝度分布を略均一化（均一である場合を含む）できるように設定され、本実施形態では、図６のグラフに示すように、領域ａ、ｂ、ｃの全体を通して、光入射面７Ｌから離れるにつれて増加する単調増加関数（曲線１００参照）を採用している。密度Ｄが小さいと、光入射面７Ｌから入射した光が視覚方向Ｆに沿う方向に偏向される量が少なくなり、光射出面７ｂから射出される光の輝度が低下する。このため、密度Ｄ０は、０．０１以上であることが必要である。密度Ｄが０．０１未満の場合、例えば、厚み３ｍｍで４０インチサイズ（５００ｍｍ×９００ｍｍ）の導光体７において、光入射面７Ｌ近傍の輝度低下率が３０％以上と非常に大きくなる。ここで定義している輝度低下率とは、導光体７の面内での輝度の最大値に対する低下率を指す。また、輝度低下率が３０％以上の場合、照明装置３を拡散シート２８側から眺めたときに、光入射面７Ｌ付近と中央部での輝度差がはっきりと目で視認されるようになるため、液晶表示装置１の品質的な問題が生じる。導光体７の光入射面７Ｌ近傍の輝度低下が視認できないようにするためにも、密度Ｄは０．０１以上とすることが求められる。

このように、本実施形態に係る液晶表示装置１又は照明装置３では、Ｙ方向には光入射面７Ｌから離間するにつれて密度Ｄが増加するように、複数の単位群に分けて光偏向要素１８を配置し、Ｘ方向には平均ピッチＰｘｊが一定となるように光偏向要素１８の隣接間隔を変化させた導光体７を備える。このため、導光体７により、光源６から入射した光を光射出面７ｂから効率良く取り出して、高輝度の光を出射することができる。また、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って輝度ムラを抑制することができる。しかも、光偏向要素１８の配列が規則性を有しないため、光偏向要素１８の像やモアレを見えにくくすることができる。これにより、液晶表示装置１又は照明装置３の表示品質、照明品質を向上することができる。

照明装置３を、例えば、液晶ディスプレイ等のバックライトとして適用する場合、ある基準内の面内輝度均一性を保ちながら面中心輝度を高めることが望ましい。本実施形態に係る導光体７における光偏向要素１８の配置によれば、光入射面７Ｌに近いほど疎に、光入射面７Ｌから離れるほど密となる粗密分布を取っており、これにより、照明装置３の面内輝度均一性を犠牲にすることなく、面中心輝度を高めることが可能になっている。

このような構成の導光体７に好適な透光性材料の例としては、例えば、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、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）樹脂、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）樹脂、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）樹脂等の透明樹脂を挙げることができる。

導光体７の製造方法としては、上記のような樹脂を用いて、押出成形法、射出成型法、若しくは熱プレス成型法によって、光偏向要素１８、及び単位レンズ７ｄを一体で成形することが可能である。また、上述した製法で板状部材を成形した後、光偏向要素１８、及び単位レンズ７ｄを、例えば、印刷法や、ＵＶ硬化樹脂、放射線硬化樹脂等を用いて形成することにより、導光体７を製造することも可能である。導光体７は、上述した製法のうち、特に押出成形法を用いて、光偏向要素１８と単位レンズ７ｄとを一体に成形することが望ましい。この場合、導光体７を作製するための工程数が減り、またロール・トゥ・ロールでの成形であるため、量産性を高めることができる。

（変形例）
なお、上記の説明では、照明装置３が液晶表示装置１に用いられた場合の例で説明したが、照明装置３は液晶表示装置１のみに適用されるものではない。例えば、看板、電子ブックのような液晶表示装置１以外の表示装置の照明装置として用いることも可能である。また、照明装置３は表示装置と組み合わせることも必須ではなく、例えば、単独の照明装置３、いわゆる照明器具として使用することも可能である。

上記の説明では、画像表示素子２と導光体との間に、拡散シート２８、集光シート２０を有する場合の例で説明したが、これは一例であって、他の構成も可能である。例えば、透光性発光部材８のみによって、必要な拡散性能が得られる場合には、拡散シート２８は削除することができる。
上記の説明では、光偏向要素の配置のみで、好適な輝度分布を形成する場合の例で説明したが、光偏向要素の配置に加えて、複数の光源の光量を調整したり、光偏向要素の大きさや形状を変えたりすることも可能である。この場合、より細かく輝度分布を修正することが可能である。

次に、上記の実施形態の実施例について、比較例とともに説明する。
［実施例１〜４］
実施例１〜４は、上記に説明した導光体７と同様の構成を有する導光体を用いて作成した液晶表示装置１や照明装置３である。したがって、この導光体は、厳密には、上記に説明した導光体７そのもの（それ自体）ではないが、ここでは導光体７として扱うものとする。以下では、誤解のおそれのない場合には、対応する部材の符号や、パラメータの名称等については、上記の説明に用いた符号、名称を援用する。

各実施例の導光体７は、すべて平板部が平面視１７０ｍｍ×３００ｍｍの１３インチサイズの直方体であり、平板部の厚さｈ７ｃは、０．５５ｍｍとした。導光体７の単位レンズ７ｄは、断面形状が半径０．３ｍｍの円弧形状の一部からなる形状でＹ方向に延在され、高さｈ７ｄが０．０３０ｍｍの単位レンズを、Ｘ方向にピッチＰ７ｄで配列して構成した。ピッチＰ７ｄは、１００μｍとした。このような導光体７はアクリル樹脂（ＰＭＭＡ、屈折率１．４９）の押し出し成型により、ロール金型に形成した光偏向要素１８のパターンと、単位レンズ７ｄのパターンとをアクリル樹脂表面に転写することにより、一体で作製した。

光偏向要素１８は、平面視形状の長径が、ｗｘ＝１００（μｍ）、短径が、ｗｙ＝７０（μｍ）の楕円形であり、深さが、ｈ１８＝１０（μｍ）とした。光偏向要素１８は、光偏向面７ａを３つの領域ａ、ｂ、ｃに分けて、それぞれに単位群に配置した。光偏向要素１８の密度は、Ｙ方向において光入射面７Ｌからの距離が増大するにつれて、０．０３５から０．０４１まで、増大するように配列した。光偏向要素１８のＸ方向の平均ピッチは、Ｐｘｊａ＝０．５（ｍｍ）、Ｐｘｊｂ＝０．４００（ｍｍ）、Ｐｘｊｃ＝０．３３０（ｍｍ）とした。

光源６として、図２（ａ）に示すような発光特性を有する青色ＬＥＤを採用した。平板部の長辺を構成する一方に側面である光入射面７Ｌに面して５ｍｍおきに、光源６を３６個配置した。
実施例１に用いた透光性発光部材８は、アクリル樹脂中に、光源６により励起され、図２（ｂ）に示す発光特性を有する発光材料を分散させ、押出し成型により厚さ０．２００ｍｍのシート状に作製した。

実施例２に用いた透光性発光部材８は、アクリル樹脂中に、光源６により励起され、図２（ｂ）に示す発光特性を有する発光材料と、粒径０．０３０ｍｍのシリコンフィラーを分散させ、押出し成型により厚さ０．２００ｍｍのシート状に作製した。
実施例３に用いた透光性発光部材８は、アクリル樹脂中に、光源６により励起され、図２（ｂ）に示す発光特性を有する発光材料と、粒径０．０３０ｍｍのシリコンフィラーを分散させ、透光性発光部材８の光入射面側から、発光層、透明層、散乱層がそれぞれ０．１００ｍｍの厚さとなるように３層押出し成型により厚さ０．３００ｍｍのシート状に作製した。

実施例４に用いた透光性発光部材８は、アクリル樹脂中に、光源６により励起され、図２（ｂ）に示す発光特性を有する発光材料を分散させ、透光性発光部材８の光入射面側から、発光層、透明層、がそれぞれ０．１００ｍｍの厚さとなるように２層押出し成型により厚さ０．２００ｍｍのシート状に作製し、透明層の表面には、ピッチ０．１００ｍｍ高さ０．０５０ｍｍとなるようなプリズム形状を賦形した。

拡散シート２８として、ＰＥＴ上に拡散層が塗布された拡散シートを採用した。
このような構成の照明装置３の視覚方向Ｆ側に画像表示素子２を配置し、液晶表示装置１を作製した。画像表示素子２の画素ピッチは、０．１５ｍｍ（Ｘ方向）×０．１２ｍｍ（Ｙ方向）とした。
［比較例］
光源６に図２（ｃ）に示すような発光分布を有する白色ＬＥＤを使用し、透光性発光部材８の代わりに、ＰＥＴ上に拡散層を塗工した拡散フィルムを利用した。

［評価方法］
評価としては、照明装置３を視覚方向Ｆから眺めたときの光偏向要素が視認されるか否かの評価と、輝度、色度の測定と、液晶表示装置１を視覚方向Ｆから眺めたときのモアレの視認性の評価とを、以下のようにして行った。
（輝度評価、色度評価）
輝度、色度の測定については、照明装置３の最表面から視覚方向Ｆ側に距離５０ｃｍ離れた位置に、トプコン社製の分光放射輝度計「ＳＲ３」を設置し、照明装置３の輝度を測定した。図７は、測定位置を示す模式的な平面図である。本測定では、図７に示すように、縦横６分割した際の２５点の交点の輝度の積算量、色度は２５点の色度の差を評価した。輝度評価については、比較例と比較して測定した２５点の輝度の均一性が大幅に向上したものを◎（二重丸印）、比較例と比較して５点の輝度の均一性の効果が確認されたものを○（丸印）とした。色度評価については、比較例と比較して測定した２５点の色度の均一性が大幅に向上したものを◎（二重丸印）、比較例と比較して測定した２５点の色度の均一性の効果が確認されたものを○（丸印）とした。

（モアレ評価）
モアレ干渉縞の視認性の評価では、液晶表示装置１の最表面から視覚方向Ｆ側に距離２０ｃｍ離れた位置に視点を置いて液晶表示装置１を眺めることにより行った。このモアレと、液晶表示装置１に実施例、比較例の導光体Ｗを液晶表示装置１に組み込んだ場合のモアレと比較した。比較例と比較してモアレがまったく確認されずモアレを防ぐ効果が大幅に向上したものを◎（二重丸印）、比較例と比較してモアレを防ぐ効果が確認されたものを○（丸印）とした。

（光偏向要素の視認性評価）
光偏向要素の視認性の評価は、照明装置３の最表面から視覚方向Ｆ側に距離５０ｃｍ離れた位置に視点を置いて、照明装置３を眺めたときに光偏向要素１８の像が視認されるか否かを目視で評価することにより行った。光偏向要素がまったく視認されない場合を◎（二重丸印）、光偏向要素がうっすら確認されるものの照明装置３として合格レベルのものを○（丸印）光偏向要素が視認された場合を×（バツ印）とした。

［評価結果］
表１に、各実施例、各比較例の条件と、評価結果についてまとめて示す。

表１に示すように、実施例１〜４の照明装置３を利用することで、色度変化及び光偏向要素の視認性は改善した。また、輝度評価結果では、実施例１，４では向上し、実施例２，３でも比較例相当な輝度であることが得られた。更にモアレの視認性でも実施例１〜３では改善し、実施例４でも比較例相当な視認性である。
（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態では、導光体の光偏向面に、光入射面から離間するにつれて配置密度が増加するように複数の光偏向要素を配置する。特に、光入射面から離間するにつれて、光入射面に交差する第１の方向における隣接間隔、及び光偏向面（又はこれに平行な平面）内において第１の方向に交差する第２の方向における隣接間隔が共に減少するように配列する。これにより、従来の導光体に比べ、輝度均一性が高く、射出効率の高い導光体となる。また、導光体の光射出面側に、透光性発光部材を配置することで、導光体内部を伝搬する光の色度変化を抑制でき、光偏向要素の像やモアレが見えにくくなる導光体、照明装置、及び表示装置を提供することができる。また、導光体、照明装置、及び表示装置において、色度変化が小さく、高輝度な光を出射することができるようになる。

以上、本実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。例えば、上記に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。

１…液晶表示装置（表示装置）、２…画像表示素子、３…照明装置、５…反射板（反射部材）、６…光源、７…導光体、７ａ…光偏向面（第１面）、７ｂ…光射出面（第２面）、７ｄ…単位レンズ、７Ｌ…光入射面、８…透光性発光部材（透光性発光シート）、８ａ…発光材料、８ｂ…光散乱粒子、８ｃ…保護層（バリア性フィルム）、８ｄ…凹凸形状（耐衝撃フィルム）、９…液晶層、１０、１１…偏光板、１８…光偏向要素、２０…集光シート、２３…基材、２４…プリズム、２８…拡散シート、Ｄ…密度、Ｆ…視覚方向

Claims (7)

1. 透光性材料からなり、側面に形成された光入射面と、互いに対向する光偏向面及び光射出面とを有する導光体と、
   前記光入射面に光を照射する光源と、
   前記光射出面と対向する位置に配置された透光性発光部材と
   を備え、
   前記導光体は、前記光入射面から入射された光を前記光偏向面及び前記光射出面の間で導光するとともに、前記光の一部を前記光射出面から出射し、
   前記光偏向面には、前記光を前記光射出面に向けて偏向する複数の光偏向要素が、均一な大きさで、前記光入射面から離間するにつれて配置密度が増加するように配置され、
   前記透光性発光部材は、前記光源の発光波長により励起され、前記発光波長とは異なる波長で発光する発光材料を含有することを特徴とする照明装置。
2. 前記透光性発光部材は、２層以上の多層構成からなり、自身の光入射面側に前記発光材料を含有する発光層が形成され、且つ、自身の光射出面側に光散乱粒子を含有する光散乱層、又は単位レンズが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光偏向面と対向する位置に配置され、前記導光体から漏れる光を前記導光体側に反射する反射部材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記複数の光偏向要素は、前記光入射面から離間するにつれて、前記光入射面に交差する第１の方向における隣接間隔、及び前記光偏向面内において前記第１の方向に交差する第２の方向における隣接間隔が共に減少するように配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記複数の光偏向要素の各々は、前記光偏向面において楕円の範囲に形成された凹楕円面を採用している凹型のマイクロレンズであり、
   前記凹楕円面の長径は３０μｍ以上１００μｍ以下であり、
   前記凹楕円面の短径は３０μｍ以上１００μｍ以下であり、
   前記凹楕円面の深さは２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記複数の光偏向要素の配置密度は０．０１以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項のいずれか１項に記載の照明装置と、前記照明装置からの前記照明光を照射することにより画像を表示する画像表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置。

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