JP4425164B2 - 照明装置およ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およ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およ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、フィルム表面に光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、光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２３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た光拡散板を用いる方法が検討されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、これら光拡散材を用いる方法では光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光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 米国特許第５１６１０４１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、以下の検討を行い本発明に至った。

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。

本発明者らはさらに詳細に検討し、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光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。

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、規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源および光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、前記入射面上の任意の点に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、且つ、該全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍である照明装置において、
上記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成されている照明装置を提供する。

この構成によれば、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。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得られる。

この構成によれば、上記出射面上に複数の凸部が形成されているので、光制御部材に入射して出射面に向かった光は、複数の凸部により多方向に拡散して出射される。

請求項２記載の発明は、上記光制御部材の出射面上に形成されている凸部の斜面傾きの絶対値が５０°〜７０°である範囲をＵとし、単位凸部の光制御部材への投影面積に対するＵの光制御部材への投影面積の割合が０．２〜０．８の範囲であることを特徴とする請求項１記載の照明装置を提供する。

この構成によれば、光源間の位置に相当する光制御部材に入射した光のうち、領域Ｕに入射した光は、略正面方向に出射するため、面内の輝度均一性を得ることが出来る。

請求項３記載の発明は、上記光制御部材は、上記出射面に直交し、かつ、上記凸部の頂部を含む、少なくとも所定の一方向に沿った断面の光出射部分における輪郭線が、延長戦の交差する角度θが鋭角である２つの略直線と、該２つの略直線の各一端同士を結ぶ凸状の曲線とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置を提供する。

この構成によれば、上記凸部の輪郭線が、鋭角θの交差方向に延びる２つの略直線と、それらの各一端同士を結ぶ凸状の曲線とを有する形状であるので、前記略直線の部分と曲線の部分とでは集光効率および拡散効率が互いに異なる。従って、直線部と曲線部の割合を適宜選択することで集光機能と拡散機能を同時に実現することができる。

請求項４記載の発明は、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なす角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射することを特徴とする請求項１、２または３記載の照明装置を提供する。

この構成によれば、角度αで入射した光の１０〜５０％が出射角度−１５°〜＋１５°で出射するので、前記光制御部材の出射面において光制御部材の正面方向、即ち、入射面の法線方向から出射する成分の割合が著しく増大する。

請求項５記載の発明は、上記光制御部材は、上記入射面上に複数の凸部が形成され、該凸部の頂部を含み、且つ、前記入射面に直交する方向から断面した輪郭線が、前記凸部の頂部を挟む２つの略直線を含み、上記光源から上記光制御部材に照射した光を、前記入射面で複数の角度に偏向させる請求項１、２、３または４記載の照明装置を提供する。

この構成によれば、前記入射面において光が複数の角度に偏向されるので、該入射面に対して垂直方向に入射した光と、斜め方向に入射した光とでは、後者の全光線透過率が前者の全光線透過率よりも高くなる。さらに、斜め方向に入射した光の一部は入射面上に形成した凸部内部で全反射することにより光制御部材に対し垂直に近い角度で出射する。つまり光源間の法線方向輝度が向上し面内の輝度分布の均一性を向上することができる。

請求項６に記載の発明は、上記光源が線状光源であり、上記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成され、該出射面に直交し、且つ、該出射面上の前記凸部の頂部を含む、前記線状光源と平行な方向で断面した光出射部分における稜線が、前記線状光源に対して平行な方向に延びる直線である請求項１、２、３、４または５記載の照明装置を提供する。

この構成によれば、出射面に形成した稜線の直線方向が、線状光源の長手方向と平行であるので、特に線状光源の真上に進行して光制御部材に入射した光は、出射面側の凸部により一部が全反射される。

請求項７記載の発明は、規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源および光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、前記入射面上の任意の点に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、且つ、該全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍である照明装置において、
上記光制御部材の入射面および出射面の少なくともいずれかに、該光制御部材の基材の屈折率よりも屈折率が低い材質より成る厚さ１μｍ以下の層が少なくとも１層形成されていることを特徴とする照明装置を提供する。

この構成によれば、前記光制御部材の入射面または出射面に、該光制御部材よりも屈折率の小さい材質より成る薄い（１μｍ以下）層が形成されているので、光の干渉作用により垂直入射の光線の透過率よりも斜め入射の光線の透過率を大きくすることができる。

請求項８記載の発明は、上記光源が点状光源である請求項１、２、３、４、５、６または７記載の照明装置を提供する。

この構成によれば、複数の光源が点状光源であっても、上記した線状光源と同様に輝度が均一化する。

請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項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を提供する。

この構成によれば、照明装置上に液晶パネル等の透過型表示素子を設けたので、前記光制御部材により効率良く集光および拡散された光線が、透過型表示素子を透過する。

本発明は、規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源および光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、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、光利用効率が高い、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができる。

本発明で用いる光制御部材は、入射面上の任意の点で好ましい光学的性質が得られることから、光源と光制御部材との位置合わせが不要である。さらに、前記光源に対向する位置に入射する光と、隣接する光源の中間に対向する位置に入射する光の全光線透過率の割合を、光源同士の距離および光源と光制御部材の距離に関連付けている。このため、大型化、薄型化、省エネルギーなどの要求に答えるための、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。また、照明装置として望ましい高輝度、輝度均一性、輝度角度分布性を容易に得ることができることから、機能性光学フィルムや光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る。

また本発明は、光制御部材により集光およ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、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源および光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、前記入射面上の任意の点に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、全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍乃至３倍であることにより、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および画像表示装置を安価に得るという目的を実現した。

さらに、前記光制御部材の全光線透過率は入射角度のみに依存し、光制御部材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。

以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図３４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。

図２に示すように、反射板２の上に複数の光源１を配置して成る照明装置にあっては、正面方向（図中では上）に垂直な仮想面３へ入射した光は、各光源１の直上部分と、該直上部分と隣り合う光源１それぞれの直上の間の部分とでは入射エネルギーが異なる。仮想面３は図１における前記光制御部材４の入射面に相当するので、このことは該光制御部材４への入射エネルギーが、各光源１の直上部分と、隣り合う光源１それぞれの直上の間の部分とで異なることを意味する。

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。

図３は、図２における光源１位置に対向する真上の前記仮想面３に入射する光線の入射角度と入射エネルギーの関係を示す説明図である。ここで該構成の入射角度とは仮想面３の法線に対する角度を言う。図３に示すように、前記仮想面３に対し垂直に入射する光線の輝度が最も高い。さらに、光線の進行方向が垂直からずれて、入射角度が大きくなるに伴い、輝度は次第に低くなる。

一方、図４は、図２における光源１同士の間の部分に相当する前記仮想面３に入射する光線の入射角度と入射エネルギーの関係を説明する図である。同図で示すように、仮想面３に対して垂直に入射する光線の輝度は低く、また，光線の入射方向が法線方向からずれて、最近傍の光源を見込む角度でピークをとる。

図５は本発明に係る照明装置における、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および反射板２、光制御部材４の位置関係を示す図である。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、該入射面に以下に示すαの角度で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。

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とき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）で入射したとき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。

図６に、本発明で用いる光制御部材を選択するために必要となる全光線透過率の測定方法を示す。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において、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。

しかして、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。

ここで、本発明では、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。

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とき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。

まず、該具体的手段の第１の例としては、図１に示したように光制御部材４の出射面に複数の凸部９を設けた態様が挙げられる。該凸部９を、光制御部材４の出射面に直交して凸部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ときの好適な該断面形状として次のような形状が挙げられる。

すなわち、輪郭線の傾きの絶対値が５０°〜７０°である範囲をＵとした、単位凸部の光制御部材への投影面積に対するＵの光制御部材への投影面積の割合が０．２〜０．８の範囲である。

図２８は、前記光制御部材４の出射面に複数の凸部９を設けた態様における、出射面に直交して、頂部を含む所定の一方向に沿って断面した場合の輪郭線と、輪郭線上の各点の傾きの関係を示す図である。該輪郭線の傾きの絶対値が５０°〜７０°である範囲をＵとした場合、単位凸部の光制御部材への投影面積に対するＵの光制御部材への投影面積の割合が０．２〜０．８の範囲である。単位凸部の光制御部材への投影面積に対するＵの光制御部材への投影面積の割合が０．２未満になると斜め入射光１２のうち正面方向へ出射する光の割合が減少するため、出射面内の均一性が低下する。またこの割合が０．８を超えると光の分散効果が小さくなり、輝度均一性が低下する。

ここで、前記領域Ｕの光制御部材への投影面積の割合は、出射面内の輝度均一性の観点から０．４〜０．７５の範囲であることが好ましく、さらに、０．５〜０．７の範囲であることがより一層優れて好ましい。また、前記所定の一方向とは、断面形状が光制御する性能を最も顕著に顕す方向であり、光源Ｘから光源Ｙへの方向に平行な方向を意味する。

図２９に示すように、光制御部材４に垂直に入射した光１３は、前記凸部９の領域Ｕにあたらない傾きの絶対値が小さい頂部周辺において出射方向を分散し、領域Ｕにあたる表面にあたった光も出射方向を分散し、凸部９の領域Ｕにあたる凸部裾部付近の表面に当たった光は全反射を起こして出射せず、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。

領域Ｕが光制御部材４に垂直に入射した光を全反射によって出射させないためには、領域Ｕは少なくとも凸部９の頂部付近ではなく、裾部付近であり、頂部付近は領域Ｕよりも傾きの絶対値が小さい領域からなることが好ましい。

しかしながら隣接する凸部が図２９に示すように裾部で接しているとき、裾部端部が領域Ｕによってなるとき、これを成形するための金型は鋭い凸状となり、金型凸部の変形による賦形不良が起こり易くなる。これを防ぐには凸部９の谷部の狭い領域の傾きの絶対値を小さく設定することが好ましい。

なお図示していないが、前記凸部の絶対値が７０°を超える領域については、同様に全反射するものの、反射角度が垂直方向に対して４０°以下となるため、多くは出射面から出光してしまい全光線透過率を抑えることが困難である。

図３０に示すように、光制御部材４の入射面１９に斜めに入射した斜め入射光１２は、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１９の略垂直方向と同方向）に出射させることができる。

光制御部材４の入射面１９に対する凸部斜面の接線の傾きを角度γとすると、
γ＝（π−θ）／２
で表すことが出来る。ここで、光制御部材４への入射角度をφ１、光制御部材４の屈折率をｎとすると、図１０に示すように、凸部９の一方の凸部９上の点から透過する光の光制御部材４の法線方向に対する角度φ５は、下記の通り求めることができる。

φ２＝Ｓｉｎ^-1｛（ｓｉｎφ１）／ｎ｝
φ３＝γ−φ２
φ４＝Ｓｉｎ^-1（ｎ×ｓｉｎφ３）
φ５＝φ４−γ

ここで、φ４≦９０°である必要があり、一方、０≦γであることから、
０≦γ≦Ｓｉｎ^-1（１／ｎ）＋Ｓｉｎ^-1｛（ｓｉｎφ１）／ｎ｝
となる。

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の場合、光源間の中央位置においてφ１（＝α）がおよそ４８°であるので、光制御部材４の屈折率ｎを１．５４とすると、０°≦γ≦６９°である。つまり、γが６９°よりも大きいと、入射光は光制御部材内部を進んだ後に、出射面に対して臨界角を超える角度で入射するため、光制御部材に全反射して、斜め方向に出光することになる。

本発明の主旨から、光線の出射方向は光制御部材４に対して極力正面方向であることが好ましい。従って、φ１＝αの場合に、−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を選択することが優れて好適である。そして、−１５°≦φ５≦１５°であるようにγが選択された領域に入射する光が、全入射光の１０〜５０％の範囲内であることが、輝度の均一性の観点から好ましい。

例えば、上記のように、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、γの望ましい範囲は５１°≦γ≦６９°（４２°≦θ≦７８°）、より望ましい範囲は５７°≦γ≦６８°（４４°≦θ≦６６°）であり、さらに好適な範囲は６２°≦γ≦６７°（４６°≦θ≦５６°）となる。

以上の入射角度φ１と凸部傾きの絶対値γと出射角度φ５の関係から、本発明で好適とする照明装置においては、光制御部材の光源間に対向する点に入射した光のうち、領域Ｕの斜面で屈折し出射する光は正面付近に出射し、また斜入射光が領域Ｕ以外の斜面で屈折し出射する場合には光制御部材の法線方向に対し斜めに出射する。この出射光が隣接する凸部に再入射し、光源側へ戻されるのを避けるためには領域Ｕの中心を凸部片側の中心より外側に配置することが有効である。

図４に示すように光源間に相当する位置においては分布が対称な光が入射する。従って、凸部断面形状を対称形とすることで光制御部材の垂直方向に対して対称な出射光分布を有することができる。

図７に凸部９がストライプ状に形成された好適な断面形状の例を示す。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、前記略直線の部分と曲線の部分とでは、光出射面に於ける集光および拡散の程度が互いに異なるので、出射面における集光性能および拡散性能が一層向上し、もって、出射面内輝度の均一化をより効果的に高めることができる。

また図８、図９に示すようにこのような形状では同じ方向から入射して略直線部１０にあたる光は同じ方向に屈折し、または反射するので、出光方向の制御がしやすく、望ましい輝度角度分布を得るための光学設計が容易となる。図８に示すように、光制御部材４の入射面１９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１９の略垂直方向と同方向）に出射させることができる。なお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。

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、全方向で有する略円錐状または略台錐状の立体形状に形成していてもよい。

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の谷部分に谷部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。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は、光制御部材４の入射面に平行光を複数の角度に偏向させる手段を用いてもよい。具体的には、光制御部材４の入射面に、ランダムまたは周期性を有する凹凸構造を形成することが挙げられる。

また谷部１４によって、これを成形するための金型の凸部の先端は曲線状の鈍い形状となるため、鋭く尖った形状の場合と比較して金型凸部の変形による賦形不良が起こりにくくなる。なお、輪郭線の頂部を形成する曲線の曲率半径は無限大であってもよく、このとき該頂部を構成する曲線は直線となる。

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。

次に、全光線透過率調整手段に係る別の光制御部材４の構成例を、図１２に示す。本構成では、複数の線状光源１５と、該線状光源１５からの光を反射する反射板（図示せず）と、前記線状光源１５および前記反射板からの光を拡散透過させる光制御部材４とを備えた直下方式の照明装置において、前記光制御部材４の前記線状光源１５と対向する側の入射面に、複数のストライプ状プリズム１６が前記線状光源１５の長手方向と平行に形成されている。

また、前記ストライプ状プリズム１６は、前記線状光源１５に臨む側の稜線部における頂角が３０°乃至６０°の範囲である。さらに、上記光制御部材４の光出射面に複数の凹凸１７が形成されている。該出射面凹凸１７もストライプ状に形成され、ストライプ状凹凸１７の長手方向は、上記光入射面側ストライプ状プリズム１６の長手方向に対して平行な関係を有している。

図１２に示すように、線状光源１５の直上方向に入射した垂直入射光１３は、入射面に形成したプリズム１６の斜面により屈折し、屈折後、出射面に形成した凹凸１７により、光の一部が全反射される。これにより、光制御部材４に対して垂直に入射した光の透過割合が小さくなるので、光制御部材４による全光線透過率を制御することができる。

図１３に示すように、線状光源１５の間に入射した光、即ち、光制御部材４に対する斜め入射光１２は、前記入射面に形成したプリズム１６により屈折、全反射し、光制御部材４に対して略正面方向に出射する。これにより、各線状光源１５間の正面方向付近の輝度を向上させることができる。

本発明に用いることのできるさらに別の光制御部材４の構成例を、図１４に示す。本発明は、複数の線状光源１５から出る光線を拡散透過させる光制御部材４に於いて、該光制御部材４の前記線状光源１５と対向する入射面に、該線状光源１５の長手方向と平行に延びる複数のストライプ状プリズム１６が形成されていると共に、該複数のプリズム１６の間には所定長さの平坦部１８が設けられている。また、前記光制御部材４の光出射面には、前記ストライプ状プリズム１６の長手方向と平行に延びる複数の出射面凹凸１７が形成され、該出射面凹凸１７はプリズム形状等から成る断面形状を有する。このことにより、出射面内輝度の均一化を実現した。

図１４に示すように、線状光源１５の直上に入射した垂直入射光１３は、入射面に形成したプリズム１６で屈折し、出射面に形成した凹凸１７により一部が全反射される。これにより、光制御部材４に対し垂直に入射した垂直光１３の透過率を制御することが可能となる。また、入射面側の複数のプリズム１６間に形成した平坦部１８により、光制御部材４による光の透過率の調整がし易くなる。該平坦部１８の入射面全体に対する比率は４０％以下が好ましい。

図１５に示すように、線状光源１５の間に入射した斜め入射光１２は、入射面に形成したプリズム１６で屈折、全反射し、略正面方向に出射する。これにより、線状光源１５間の正面方向における輝度を向上させることができる。

図１６に、光制御部材４の入射面に形成したプリズム１６内部で全反射を生じる場合の光の進行方向を示す。光制御部材４の入射面の法線方向に対する入射光１００の入射角度をε１とすると、入射面に形成したプリズム１６で全反射した後、この進行光２５の光制御部材４内部での法線方向に対する角度ε５は、以下の通り計算できる。

ε２＝δ１−ε１
ε３＝Ｓｉｎ^-1｛（ｓｉｎε２）／ｎ｝
ε４＝δ１−ε３＋δ２−９０°
ε５＝９０°−（ε４＋δ２）
本発明の主旨から、光線の出射方向は光制御部材４の正面方向、即ち、法線方向と同方向であることが好ましい。このためには、光制御部材４内部において進行光２５が出射面の法線方向に進行することが好適である。従って、ε１＝αの場合、−２０°≦ε５≦２０°であることが望ましい。また、−１０°≦ε５≦１０°であることがより望ましい。さらには、−５°≦ε５≦５°となるようにδ１、δ２を選択することが好適である。

例えば、光源間距離Ｄを３３ｍｍ、光源中心と光制御部材４間の離間距離Ｈを１５ｍｍ、光制御部材４の屈折率ｎを１．５４とすると、５５°≦δ１≦７２°であることが望ましい。また、５９°≦δ１≦６７°であることがより望ましい。さらには、６１°≦δ１≦６５°と選択することが好適である。

上記出射面側に形成する凹凸１７の高さまたは深さは、１μｍ以上かつ１０００μｍ以下が望ましい。１０００μｍ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。また１０μｍ以上、５００μｍ以下であることが望ましい。さらに３０μｍ以上、３００μｍ以下がより好適である。

また、入射面に形成するプリズムについては、図３３に示す通り、複数の傾きを持たせる事が出来る。図３３では、左右対称な入射面プリズム領域Ｕ１と、Ｕ１の中心に対し線対称である１対の非対称プリズムＵ２，および金型の作成を容易にするためにＵ１とＵ２の間に微小な隙間Ｕ３を設けている。プリズム群Ｕ１およびＵ２は、３つ以上の組から成ることができるが、全体で見たときに対称である事が好ましい。図３４に示す通り、入射面を図３３の形状にした光制御部材４では、光源（図示せず）からの斜め入射光１２がより広い方向に拡散出射し、ランプイメージを消す点で好ましい。

上記に示したプリズムなどの表面パターンを設ける場合は、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、プリズムの大きさ、必要形状、量産性を考慮して適宜用いればよく、特に限定されない。

全光線透過率調整手段に係る別の光制御部材４の構成例においては、光制御部材４の入射面および出射面の少なくとも片面に、光制御部材４の基材より屈折率の低い材質より成る厚さ１μｍ以下の薄い層が少なくとも１層設けられる。このように構成すれば、光の干渉作用により、光制御部材４に対する垂直入射時の全光線透過率が小さくなり、斜め入射時の全光線透過率が高くなる。

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。

本発明の第１の実施例を図２７に示す。本実施例では、
ｃ＝８．３３
ｋ＝−０．４４
で表されるシリンドリカル状の溝をもつ雌型を切削加工により作製した。ここでｘは単位形状の中心からの距離を表す。また上記ｋの場合は楕円形状を表す。１つのシリンドリカル形状の幅は０．３ｍｍとした。つまり−０．１５≦ｘ≦０．１５（ｍｍ）である。

次に金型から、紫外線硬化樹脂でポリカーボネートフィルム表面上に凸形状を形成した。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない面を厚さ２ｍｍの透明なアクリル板に貼り合わせ、光制御部材を得た。線状光源として冷陰極管を３０ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管から１８ｍｍの位置に前記アクリル板の凸部を有する面が出射面になるよう設置した。この場合α＝４０°となる。また冷陰極管のアクリル板とは対向する側に反射シートを設けた。

この状態で観察した結果、ランプイメージが解消され、出射面の輝度が均一な照明装置を得ることができた。ここで用いた入射光制御部材の入射面に、入射面の法線方向と角度α＝４０°をなす角度に光を入射した場合の透過率は６６％、該法線方向に光を照射した場合の透過率は５２％であり、これら透過率の比は１．２７であった。

以下に、本発明の第２の実施例について詳しく説明する。先ず、図７における２つの略直線１０の延長線がなす角θ＝５０°、Ｐ１＝２６０μｍ、Ａ１＝１８２μｍの柱状の溝を有する雌金型を切削加工により作製した。

次に、この雌金型を使用して紫外線硬化型樹脂により、ポリカーボネートフィルム表面上に凸形状のプリズムを成形した。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない側の面を、厚さ２ｍｍの透明なアクリル板に貼り合わせることにより、凸形状のプリズムが形成された光制御部材を得た。

次に、光制御部材と反射板の間に複数の線状光源を設置した。この場合、線状光源として複数の冷陰極管を３３ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管から１５ｍｍの位置に前記アクリル板の凸形状部をもつ側の面が出射面になるよう設置した。この場合、前記角度α＝４８°となるように配置した。また、冷陰極管のアクリル板とは対向する側の面に反射シートを設けた。

この状態で冷陰極管の点灯により光制御部材に光照射して、該光制御部材を観察した。その結果、ランプイメージが解消され、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができた。ここで用いた光制御部材の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α＝４８°で光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ１は７５％、該法線方向に光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ２は５１％であり、これら全光線透過率の比Ｒ１／Ｒ２は１．４７であった。

本発明の第３の実施例を図２４に示す。本実施例では、２つの直線のなす角度θa＝４０°、Ｐ１a＝０．１１３ｍｍ、Ａ１a＝０．０４５ｍｍであるＳ１、およびθb＝７０°、Ｐ１b＝０．１１３ｍｍ、Ａ１b＝０．０４５ｍｍであるＳ２のシリンドリカル状の溝をもつ雌型を切削加工により作製した。次に、金型から、紫外線硬化樹脂でポリカーボネートフィルム表面上に凸形状を形成した。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない面を厚さ２ｍｍの透明なアクリル板に貼り合わせ、光制御部材を得た。線状光源として冷陰極管を３３ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管から１６．５ｍｍの位置に前記アクリル板の凸部を有する面が出射面になるよう設置した。この場合α＝４５°となる。また冷陰極管のアクリル板とは対向する側に反射シートを設けた。

この状態で観察した結果、ランプイメージが解消され、出射面の輝度が均一な照明装置を得ることができた。ここで用いた入射光制御部材の入射面に、入射面の法線方向と角度α＝４５°をなす角度に光を入射した場合の透過率は７６％、該法線方向に光を照射した場合の透過率は５２％であり、これら透過率の比は１．４６であった。

このように２種類のシリンドリカル形状を有することで、図２５に示すように光制御部材への垂直入射光１３は形状Ｓ１、Ｓ２で異なる出射光特性Ｌ１、Ｌ２を得ることができる。また図２６で示すように斜め入射光１２も出射光特性はＳ１、Ｓ２に対応したＬ３、Ｌ４を得ることができる。このように光の出射方向を分散させることができるため面内の輝度ムラをより低減することができる。つまり１種類のシリンドリカル形状での出射光制御に対して形状設定の自由度が増すため、出射光の特性をより制御しやすくなる。
シリンドリカル形状は２種類に限定するものではなく、３種類以上でも問題ないことは明らかである。

次に、本発明の第４の実施例について詳しく説明する。まず、頂角４０°を有するプリズム部と各プリズム部の間に面全体の３０％の比率で等間隔に設置した平坦部からなるプリズム面、および頂角１４０°を有するプリズム形状に形成された凹凸面をそれぞれ成形するために、各プリズム形状に応ずる複数の溝部を有する金型を切削加工により作製した。この場合、前記複数の溝部は５０μｍ間隔で設けた。また、切削加工により作製した前記金型の表面形状は、前記プリズム形状と対応する対称形状とし、該対称形状の溝部の深さも面内で一定とした。

そして、該金型内にポリカーボネートフィルムをセットして、紫外線硬化型樹脂を注入することにより、該ポリカーボネートフィルムの片面上に、前記各プリズム形状に応ずる形状部をそれぞれ形成した。さらに、各ポリカーボネートフィルムのプリズム形状部が形成されていない側の面を、それぞれ厚さ２ｍｍの透明なアクリル板貼り合わせた。この場合、頂角４０度を成す入射側プリズム部の稜線と、頂角１４０度を成す出射側凹凸面の稜線とが互いに平行となるように貼り合わせることにより、表裏両面に凸形状部が形成された光制御部材を得た。

次に、線状光源として複数の冷陰極管を３３ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管から１６．５ｍｍの位置に前記光制御部材を配置した。この場合、光制御部材の前記プリズム部が冷陰極管の長手方向と平行、かつ前記凹凸面が光制御部材の出射面側になるよう設置した。この場合、前記角度α＝４５°となるように配置した。また、冷陰極管のアクリル板とは対向する側に反射シートを設けた。

この状態で冷陰極管の点灯により光制御部材に光照射して、該光制御部材を観察した。
その結果、ランプイメージが解消され、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができた。ここで用いた光制御部材の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α＝４５°で光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ１は７９％、該法線方向に光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ２は６６％であり、これら全光線透過率の比Ｒ１／Ｒ２は１．１９であった。

次に、本発明の光制御部材を照明装置に使用した場合と、該光制御部材に代えて通常の微粒子含有の光拡散板を使用した場合とで、輝度均一性などを比較するための実験を行った。まず、図１７（ａ）に示すように、前記プリズム形状部が形成されていない微粒子含有の光拡散板２０に幅Ｂの開口部２０ａを形成した。次に、微粒子含有光拡散板２０と反射板２の間に、線状光源１５である冷陰極管を設置して点灯した。この場合、該光拡散板２０の開口部２０ａには何も置かなかった。

冷陰極管を点灯した状態で、前記光拡散板２０の明るさを正面方向から測定した。この測定結果を図１７（ｂ）に示す。この結果から判るように、冷陰極管の真上領域において輝度が高く、隣り合う冷陰極管同士の間（斜め上領域）では輝度が低くなった。これにより、冷陰極管の真上領域と斜め上領域とで、両者の輝度差が大きいため、画像表示面における輝度均一性などの品質が大きく低下した。

次に、前記ポリカーボネートフィルムが両面に貼着されたアクリル板、即ち、前記入射面プリズム部および出射面凹凸が形成された光制御部材４を前記開口部２０ａの大きさに合わせて切り出し、前記開口部２０ａ内に設置した。この場合、前記光制御部材４は、前記入射面プリズム部側の表面を前記冷陰極管に臨ませ、かつ、該冷陰極管の長手方向に前記入射面プリズムの稜線方向を一致させた。

この後、前記光制御部材４の上に拡散シートを重ね合わせた。そして、前記冷陰極管１５を点灯させ、その状態で前記拡散シート面上の明るさを正面方向から測定した。この測定結果を図１７（ｃ）に示す。これから判るように、前記入射面にプリズム部が形成された前記光制御部材４を用いたときは、線状光源１５のイメージが解消され、該線状光源１５の真上の部分と、複数の線状光源１５の間の部分とで、ほぼ均一な輝度が得られた。

図１７（ｃ）中の光制御部材４に対応する位置範囲のＢ部の明るさと、微粒子含有光拡散板２０に対応する位置範囲のＣ部の明るさを比較すると、Ｂ部の明るさがＣ部の明るさよりも１０％ほど高い。つまり、本発明の光制御部材４を使用した場合は、従来の微粒子含有の光拡散板２０を使用した場合よりも、明るい照明装置を得ることができた。

さらに、微粒子含有の光拡散板２０を使用して、光制御部材４による輝度と同程度の輝度を得ようとした場合には、冷陰極管の真上で輝度が高く、複数の冷陰極管の間で輝度が低くなる現象が見られたため、光制御部材４による輝度と同程度の輝度を得ることは困難になる。

また、本発明の第５の実施例を図１８に示す。本実施例では、屈折率１．５４のメタクリル酸メチル−スチレン共重合体よりなる厚さ２ｍｍの基材の入出射面に、屈折率がそれぞれ１．４８、１．６２および１．３８である透明材料製薄膜Ｎ１、Ｎ２およびＮ３をそれぞれ厚み０．１μｍ、０．０７８μｍおよび０．１７９μｍで積層することにより、光制御部材４とした。尚、２６は反射光である。

光制御部材４に光を照射する線状光源として、複数の冷陰極管を使用した。この場合、複数の冷陰極管は３３ｍｍ間隔で配置し、冷陰極管から１６．５ｍｍの位置に前記光制御部材４を設置した。この場合、前記角度α＝４５°となるように配置した。また、冷陰極管のアクリル板と対向する側に反射シートを設けた。

この状態で冷陰極管の点灯により光制御部材４を光照射して、光制御部材４を観察した。その結果、ランプイメージが解消され、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができた。ここで用いた光制御部材の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α＝４５°で光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ１は９０％、該法線方向に光を照射した場合の該光の全光線透過率Ｒ２は８５％であり、これら全光線透過率の比Ｒ１／Ｒ２は１．０９であった。

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２０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の出射面に拡散シート２２を重ね合わせている。この場合、拡散シート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２１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、拡散シート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フィルム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フィルム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２２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。

＜比較例＞
特許文献６では光源を２つの像に分離することで均一な面光源素子を得ることが提案されている。
特許文献６で提案されている手段と本発明の光制御部材を比較するために、特許文献６に示されている光源を２つの像に分離する手段として、頂角が９０°のプリズムが出射面に形成されたシートをプリズムが線光源と平行になるように配置した。図３２に示すように本シートは斜め方向からの入射光を正面方向に出射させる。しかし図３１で表すようにシートに対して垂直に入射した光は全反射により正面方向に出射する光は大幅に低下する。正面方向から観察した結果、光源の真上部分では輝度の低下が大きくなり、面内の輝度ムラが大きくなった。またシートの入射面に入射面の法線方向と角度α＝４５°をなす角度に光を入射した場合の透過率は９０％であり、法線方向に光を照射した場合の透過率は５％であった。つまり透過率の比は１８である。このように透過率比が大きくなると光源真上の輝度低下により面内輝度ムラを整えることはできない。

図３１、図３２に該シートの光制御の原理を示す。図３１に示すように光制御部材の入射面に法線方向から入射した光は全て全反射して入射側に戻るためこの領域の全光線透過率は原理的には０であり、実測値も５％と非常に低い。一方、図３２に示すように、斜め方向から入射した光は凸部で屈折して正面付近に向かうため、高い全光線透過率を示す。実施した構成では９０％であった。すなわち、本発明と比較して、斜め方向から入射した光の全光線透過率の割合が非常に高い。

このような斜め方向から入射した光と法線方向から入射した光の全光線透過率の割合の違いがもたらす輝度均一性の相違を詳しく比較するため、図３５に示すように、冷陰極間から５５ｍｍの位置に、図２７で示される第１の実施例の光制御部材または上記比較例のプリズムシートをそれぞれ設け、冷陰極間を点灯させた状態で発生する像をカメラで撮影した。

この結果、第１の実施例の光制御部材では、図３６の写真に示すように、光源からの光が広い範囲から出射されることが確認され、このため、面内の輝度均一性により、優れる面光源を得ることができるのに対して、特許文献６に提案される上記比較例のプリズムシートでは、図３７の写真に示すように、光源が明確に２つの像に分割されており、それぞれの位置で高輝度な領域が形成され、輝度の不均一を生じることが予想できる。ここで、図３８の写真は光源を直接撮影した写真である。

なお、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およぶことは当然である。

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。 本発明に用いることのできる光制御部材の断面形状の別の一例を示す説明図である。 本発明に係る光制御部材へ斜めに光が入射した場合の光線の軌跡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さらに別の一例を示す説明図である。 本発明に係る平坦部を有する光制御部材へ斜めに光が入射した場合の光線の軌跡を説明する概略構成図である。 本発明に係る入射面に設けたプリズムに入射した光の光路と角度との関係を説明する概略構成図である。 本発明の別の実施例を評価した構成およびその結果を示す説明図である。 本発明に係る光制御部材表面に薄膜を形成した本発明のさらに別の実施例を示す説明図である。 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。 本発明に用いることのできる光制御部材の第三の実施例を示す説明図である。 本発明に関わる複数のシリンドリカル状の凸部を持つ光制御部材へ垂直に入射した光線の軌跡を説明する概略構成図である。 本発明に関わる複数のシリンドリカル状の凸部を持つ光制御部材へ斜めに入射した光線の軌跡を説明する概略構成図である。 本発明に用いることの出来る光制御部材の、第一の実施例の凸部断面形状を示す説明図である。 本発明に用いることの出来る光制御部材の、第一の実施例の凸部において、出射面に直交して、頂部を含む所定の一方向に沿って断面した場合の輪郭線と、輪郭線上の各点の傾きの関係を説明する図である。 本発明に用いることの出来る光制御部材の第一の実施例において、垂直に入射した光線の軌跡を説明する概略構成図である。 本発明に用いることの出来る光制御部材の第一の実施例において、斜めに入射した光線の軌跡を説明する概略構成図である。 頂角が９０°のプリズムが出射面に形成されたシートの垂直方向から入射した光線の軌跡を説明する概略構成図である。 頂角が９０°のプリズムが出射面に形成されたシートの斜め方向から入射した光線の軌跡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さらに別の一例を示す説明図である。 本発明に係る入射面に非対称プリスムを設けた光制御部材に斜め方向に入射した光線の軌跡を説明する概略構成図である。 本発明に係る光制御部材と特許文献６で提案されている手段とを比較するためのカメラの設置状態をしめす説明図である。 本発明に係る光制御部材と特許文献６で提案されている手段とを比較する写真で、第１の実施例の光制御部材の写真である。 本発明に係る光制御部材と特許文献６で提案されている手段とを比較する写真で、特許文献６に提案されるプリズムシートの写真である。 本発明に係る光制御部材と特許文献６で提案されている手段とを比較する写真で、光源を直接撮影した写真である。

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 直線部
１１ 曲線部
１２ 斜め入射光
１３ 垂直入射光
１４ 谷部
１５ 線状光源
１６ プリズム
１７ 出射面凹凸
１８ 平坦部
１９ 入射面
２０ 微粒子含有光拡散板
２０ａ 開口部
２１ 点状光源
２２ 拡散シート
２３ 偏光分離フィルム
２４ 液晶パネル
２５ 進行光
２６ 反射光
１００ 入射光

Claims (9)

1. 規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源および光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、前記入射面上の任意の点に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、且つ、該全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍である照明装置において、
   上記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成されていることを特徴とする照明装置。
2. 上記光制御部材の出射面上に形成されている凸部の斜面傾きの絶対値が５０°〜７０°である範囲をＵとし、単位凸部の光制御部材への投影面積に対するＵの光制御部材への投影面積の割合が０．２〜０．８の範囲であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 上記光制御部材は、上記出射面に直交し、且つ、上記凸部の頂部を含む、少なくとも所定の一方向に沿った断面の光出射部分における輪郭線が、延長戦の交差する角度θが鋭角である２つの略直線と、該２つの略直線の各一端同士を結ぶ凸状の曲線とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
4. 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なす角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の照明装置。
5. 上記光制御部材は、上記入射面上に複数の凸部が形成され、該凸部の頂部を含み、且つ、前記入射面に直交する方向から断面した輪郭線が、前記凸部の頂部
   を挟む２つの略直線を含み、上記光源から上記光制御部材に照射した光を、前記入射面で複数の角度に偏向させることを特徴とする請求項１〜４いずれか１
   項に記載の照明装置。
6. 上記光源が線状光源であり、上記光制御部材の出射面上に複数の凸部が形成され、該出射面に直交し、且つ、該出射面上の前記凸部の頂部を含む、前記線状光源と平行な方向で断面した光出射部分における稜線が、前記線状光源に対して平行な方向に延びる直線であることを特徴とする請求項１〜５記載のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源および光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Ｘとその最近傍にある別の光源Ｙとの間の距離をＤ、該光源Ｘと前記光制御部材との距離をＨとした場合、前記入射面上の任意の点に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、且つ、該全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の１．０５倍〜３倍である照明装置において、
   上記光制御部材の入射面および出射面の少なくともいずれかに、該光制御部材の基材の屈折率よりも屈折率が低い材質より成る厚さ１μｍ以下の層が少なくとも１層形成されていることを特徴とする照明装置。
8. 上記光源が点状光源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。
9. 請求項１〜８のいずれか１項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。