JP5772252B2 - 導光体、照明装置、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に照明光路制御に使用される導光体、照明装置、及び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、背面から液晶を照明する照明装置として、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、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が、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）の対向する側の面（光偏向面）には、導光板の端面から入射する入射光を効率良く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である（例えば特許文献１参照）。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、導光板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などが提案されている。この方法によれば、白色インキと違い、導光板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板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は、白色インキの印刷と同様、導光板を平板成形した後に別工程で形成されるため、作製工程数が減る訳ではない。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、導光板を射出成形法や押出成形法により成形し、光偏向要素を成形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）。この方法によれば、導光板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り、低コスト化が実現できる。

特開平１−２４１５９０号公報 特開２０００−８９０３３号公報

ところで、導光板は、側端面に配置された光源からの入射光を光偏向要素によって射出面側へと立ち上げ、面全体を光らせる面光源である。光入射面近傍は光量が多いため、光偏向要素は疎に配置され、光入射面から遠ざかるにつれ光量が少なくなるため、光偏向要素は徐々に密となる疎密で配置される。ここで、光偏向要素の形状が変化すると、光偏向要素によって射出面側へ立ち上げられる光のみならず、光入射面から遠ざかる方向への導光にも影響が出るため、面内で輝度ムラが生じる。よって、導光板の光偏向要素の形状精度要求は非常に高い。

一方、射出成形法や押出成形法により、平板成形と同時に光偏向要素を賦形する場合、光偏向要素を転写する型が必要となるが、導光板の光偏向要素に求められる形状精度を満たす型を用意することは非常に困難である。例えば押出成形法に用いられる型として、一般的にはロール金型が用いられる。ロール金型に形状を彫刻する方法としては、レーザー彫刻やマスクを用いての腐食、エッチング、ダイヤモンドバイト等工具による切削などが挙げられる。しかしながら、いかに彫刻設備の精度を高めても、ロール金型は経時で変形を起こす。それは、ロール金型表面金属の熱膨張や、ロール軸のずれなどが生じるためである。

また、押出成形法のみならず、射出成形法や熱・ＵＶ転写法など、型を用いて光偏向要素を平板へ転写する場合には上述のような問題が生じる。さらに、導光板のサイズが大きくなればなるほど、この影響は大きくなる。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたものであり、型を用いて平板に光偏向要素を転写をしても大きな輝度ムラの生じない導光体、該導光体を備える照明装置、及び該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。
即ち、本発明による導光体は、第一主面と、前記第一主面と対向する第二主面と、前記第一主面と前記第二主面とを接続する４つの側端面を有し、前記４つの側端面の少なくとも１つの面に光源が配され、前記光源から入射された光を前記第一主面に形成された複数の光偏向要素によって第二主面から射出する透光性の導光体であって、前記光偏向要素は、光立上げレンズと、前記光立上げレンズよりも高さの低いバッファーレンズとで構成され、前記光立上げレンズと前記バッファーレンズとの一部が重なって形成される複合レンズであるとともに、前記複合レンズは、凸形状である前記光立上げレンズと凸形状である前記バッファーレンズとが一部重なって形成されてなり、 前記凸形状であるバッファーレンズの単位形状の中心位置は、前記凸形状である光立上げレンズの単位形状の中心位置に対して、前記光偏向要素に最近接である光源から離れる方向にシフトしてなることを特徴とする。

また、本発明の導光体は、前記複合レンズは、凹形状である前記光立上げレンズと凹形状である前記バッファーレンズとが一部重なって形成されてなり、前記凹形状であるバッファーレンズの単位形状の中心位置は、前記凹形状である光立上げレンズの単位形状の中心位置に対して、前記光偏向要素に最近接である光源の方向にシフトしてなることが好ましい。

また、本発明の導光体は、前記複合レンズは、凸形状である前記光立上げレンズと凸形状である前記バッファーレンズとが一部重なって形成されてなり、前記凸形状であるバッファーレンズの単位形状の中心位置は、前記凸形状である光立上げレンズの単位形状の中心位置に対して、前記光偏向要素に最近接である光源から離れる方向にシフトしてなる構成としてもよい。

また、本発明の導光体は、前記光偏向要素に対して最近接である光源の方向に沿い、かつ、第一主面と直交する断面において、前記バッファーレンズのレンズ面の接線と前記第一主面とのなす角度のうち最大となる角度θａは、前記光立ち上げレンズのレンズ面の接線と前記第一主面とのなす角度のうち最大となる角度θｂよりも小さいことが好ましい。

また、本発明の導光体は、前記光偏向要素に対して最近接である光源の方向に沿い、かつ、第一主面と直交する断面において、前記光立ち上げレンズと前記バッファーレンズとの交点を通る前記バッファーレンズのレンズ面の接線と前記第一主面とは略平行であることが好ましい。

また、本発明の導光体は、前記光偏向要素に対して最近接である光源の方向に沿い、かつ、第一主面と直交する断面において、前記光立ち上げレンズと前記バッファーレンズとの交点の位置は、前記バッファーレンズの単位形状の中心点の位置と略一致することが好ましい。

また、本発明による導光体は、前記バッファーレンズの曲率半径と、前記光立ち上げレンズの曲率半径とは同一であることが好ましい。

また、本発明による導光体は、前記光偏向要素は、前記光源が配される面に近いほど、第一主面内における前記光偏向要素の占める面積が少なく、前記光源が配される面から離れるほど、前記光偏向要素の占める面積が多くなる疎密分布で配されることが好ましい。

また、本発明による導光体は、前記光偏向要素は、前記第一主面の一部の領域においては、前記光立上げレンズのみで構成されてもよい。

また、本発明による導光体は、前記光偏向要素は、前記光源が配される面から最も離れた領域においては、前記光立上げレンズのみで構成されてもよい。

また、本発明による導光体は、隣合う前記光偏向要素において一方の前記バッファーレンズと他方の前記光立上げレンズが重なっていることが好ましい。

また、本発明による導光体は、前記光立ち上げレンズと前記バッファーレンズとは、一次元方向に延在するシリンドリカルレンズであることが好ましい。

さらに、本発明は、前記光源と、前記導光体と、前記第一主面側に、反射シートを備える照明装置を提供する。

本発明による照明装置は、前記導光体の前記第二主面側に、光を散乱、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。

さらに、本発明は、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、前記照明装置と、を具備することを特徴とする表示装置を提供する。

本発明によれば、型を用いて光偏向要素を転写しても、大きな輝度ムラが生じない導光体、該導光体を備える照明装置、及び該照明装置を用いた表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態による表示装置の構成を示す断面模式図である。 本発明の実施形態による光偏向要素の断面拡大図である。 光偏向要素に入射する光とその反射光について説明する図である。 光偏向要素の形状変化による影響を示し、（ａ）は導光体の射出光量を示す表と図、（ｂ）は射出光量が変化した場合の輝度ムラを示す表である。 図４に表された１０分割された領域の射出光量をプロットしたグラフである。 従来の三角プリズムが隙間無く配置する場合の金属型を示す図である。 光偏向要素を形成するための金属型を示し、（ａ）は平坦面を有する金属型を説明する図、（ｂ）は平坦面を有する金属型の変動を説明する図である。 本発明の実施形態によるバッファーレンズの効果を説明する図である。 本発明の別の実施形態による光偏向要素の断面拡大図である。 本発明の実施形態の光偏向要素の配置を説明する図である。 光偏向要素の斜視図であり（ａ）は本発明の実施形態の光偏向要素の斜視図、（ｂ）は別の実施形態の光偏向要素の斜視図である。 本発明の別の実施形態の光偏向要素の断面拡大図である。 比較例の光偏向要素を示す三面図である。 実施例の光偏向要素を示し、（ａ）は三面図、（ｂ）は単位形状中心位置を説明する上面図である。 実施例で得られた照明装置の輝度ムラへの影響を確認した結果であり、（ａ）は照明装置の上面図（ｂ）は照明装置の垂直断面Ｖ１−Ｖ２の輝度ムラを示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による表示装置１を示すものである。
図１に示すように、表示装置１は、画像表示装置（液晶表示素子）２と、この画像表示素子２の光Ｋの入射側に配置された照明装置３とを備えたエッジライト方式のものである。
画像表示素子２は、１組の偏光板１０、１１と、その間に挟持された液晶層９とで構成されている。
照明装置３は、拡散性光学シート２８、集光シート２０、拡散シート８、導光体（導光板）７、及び反射板５の順に配置した積層体と、導光体７の側面に配置された光源６を少なくとも含んで構成される。この照明装置３は、拡散性光学シート２８が画像表示素子２と対向するように配置される。
拡散シート８は、導光体７から射出される光を拡散する機能を有する。集光シート２０は拡散シート８によって拡散された光を、観察者側Ｆへと集光する機能を有する。拡散性光学シート２８は、集光シート２０によって集光された光を拡散し、また集光シート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。

光源６としては例えば点光源が挙げられる。点光源としては、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６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６が導光体７の１つの端面７Ｌに、端面７Ｌの長手方向に沿って複数配置された例を示している。また導光体７の形状は、図１に示すような平板形状ではなく、楔形状等であっても良い。

導光体７は、導光体７の観察者側Ｆが射出面７ｂ（第二主面）であり、射出面７ｂとは反対側の面が光偏向面７ａ（第一主面）である。光偏向面７ａには、光源６からの入射光を射出面７ｂ側へと偏向する複数の光偏向要素１８が形成されている。この光偏向要素１８による射出面７ｂ側への光偏向量は、光偏光面７ａにおける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。

図２は、光偏向要素１８の断面であって、光偏向要素１８から光源６に向かう方向に沿い、かつ、光偏光面７ａと直交する断面における断面拡大図である。光偏向要素１８は、凹形状の所謂マイクロレンズ（円、または楕円ドット形状）形状を有しており、二次元方向に独立して複数配置されている。光偏向要素１８は、凹形状のバッファーレンズ１８１と凹形状の光立上げレンズ１８２とで構成されている。また、凹形状のバッファーレンズ１８１と凹形状の光立上げレンズ１８２とは、一部が重なって形成されている複合レンズである。
バッファーレンズ１８１の断面単位形状は、図２において実線と点線とで表わされる湾曲形状である。ここでバッファーレンズ１８１の点線部は、光立上げレンズ１８２と重なっている仮想線である。

ここで、バッファーレンズ１８１のレンズ面の接線と光偏光面７ａとのなす角度のうち最大となる角度（以下、最大接角と呼ぶ）をθａとする。また、光立ち上げレンズ１８２とのレンズ面の接線と光偏光面７ａとのなす角度のうち最大となる角度をθｂとする。そして、本実施形態の導光体７の光偏向要素１８においては、最大接角θａは、最大接角θｂよりも小さい。

また、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２の曲率半径は略同一である。よって、バッファーレンズ１８１の光偏光面７ａからの高さは、光立ち上げレンズ１８２の光偏光面７ａからの高さよりも低く形成されている。

バッファーレンズ１８１の単位形状の中心位置１８１ｃは、光立上げレンズ１８２の単位形状の中心位置１８２ｃに対して、最近接の光源６側にシフトしている。即ち、バッファーレンズ１８１の単位形状の中心位置１８１ｃは、光立上げレンズ１８２の単位形状の中心位置１８２ｃに対して、光源６側にシフトしている。

また、図２の断面において、バッファーレンズ１８１の一部と光立ち上げレンズ１８２の一部とが重なることによる、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２の交点
の水平方向の位置は、バッファーレンズ１８１の単位形状の中心位置１８１ｃと略一致している。

さらに、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２の交点を通るバッファーレンズ１８１の接線と、光偏向面７ａとのなす角度は略０度である。即ち、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２の交点を通るバッファーレンズ１８１の接線と、光偏向面７ａとは略平行である。
前述したように、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２の交点と、中心位置１８１ｃとは略一致しているため、バッファーレンズ１８１の単位形状の中心位置１８１ｃにおける接線と、光偏向面７ａとのなす角度は略０度である。

図３は、バッファーレンズ１８１と光立上げレンズ１８２との複合レンズである光偏向要素１８に入射する光とその反射光について説明する図である。光源６からの光Ｌ１，Ｌ２が、導光体７の入射面７Ｌから入射する。ここで光Ｌ１は、光偏向面７ａに形成されたバッファーレンズ１８１によって進行方向が偏向されるものの、バッファーレンズ１８１と光偏光面７ａとがなす角度θａ（図２参照）が小さいため、その進行方向は大きくは偏向されずに導光体７の射出面７ｂへと向かう。そして、射出面７ｂと空気との界面における全反射によって導光する。
一方、光Ｌ２は、光偏向面７ａに形成された光立上げレンズ１８２によって進行方向が偏向される。光立ち上げレンズ１８２と光偏光面７ａとがなす角度θｂ（図２参照）が十分大きいため、その進行方向は大きく偏向されて導光体７の射出面７ｂへと向かう。そして、射出面７ｂと空気との界面において屈折して射出される。

このように、光偏向要素１８はバッファーレンズ１８１と光立上げレンズ１８２との複合レンズで形成されるが、バッファーレンズ１８１は導光体７に入射した光を射出する効果は低い。導光体７に入射した光を射出する効果が高いのは光立ち上げレンズ１８２であり、特に図３に太線で示される、光立ち上げレンズ１８２の光源６側の領域、すなわちバッファーレンズの中心位置１８１ｃと光立ち上げレンズ１８２の中心位置１８２ｃとの間の領域が、光源６から導光体７に入射した光を射出する効果が高い領域である。

導光体７は光偏向要素１８の形状精度要求が高いことを先述した。図４は、光偏向要素１８の形状変化による影響を示す図と表である。図４（ａ）は導光体７を光の進行方向に１０分割して考えたとき、簡易的に、光源６から１００の光量が入力したとすると、１０分割された領域からは、それぞれ１０の光量が射出されるとする。そのとき、それぞれの領域に入射する光量と、それぞれの領域で射出される光量との比を射出率としたとき、最も光源６に近い領域では１００の光量のうち１０の光量を射出するので射出率は１０％、次の領域では９０の光量のうち１０の光量を射出するので射出率は１１％、となる。
このように、光源６に近い領域ほど射出率を低く、光源６から遠ざかるほど射出率を高くするため、光偏光面７ａにおける光偏向要素１８の占める面積は、光源６に近いほど少なく、光源６から離れるほど多くなっている。即ち、光偏向要素１８は、光源６に近いほど疎に、光源６から遠ざかるほど密となる疎密で配置される。

図４（ｂ）は、光偏向要素１８の形状が変化することで、変化する前に比べて光を射出する効果が５％低下した場合を表している。光源６に最も近い領域では、図４（ａ）では１０の光量を射出していたが、図４（ｂ）では９．５の光量しか射出されない。そして次の領域には、図４（ａ）では９０の光量が入射されて、１０の光量を射出していたが、図４（ｂ）では９０．５の光量が入射されて９．６の光量を射出することとなる。そして最も光源６から離れた領域では、図４（ａ）では１０の光量が入射されて１０の光量を射出していたが、図４（ｂ）では１１．５の光量が入射されて１０．９の光量を射出することとなる。光偏向要素１８が導光体７に入射した光を射出する効果が５％低下したことで、光源６に近い領域は光の射出量が減り、一方で光源６から離れた領域では反対に、光の射出量が増えることとなる。

図５は、図４に表された１０分割された領域の射出光量をグラフとしてプロットしたものである。光偏向要素１８の形状が変化し、射出光量が５％変化することで、光源６近傍の領域は５％輝度が低下する。一方で光源６から離れるほど射出光量は増加し、最も光源６から離れた領域では１０％輝度が上昇する。すなわち、光偏向要素１８の形状が変化することによる射出光量の低下は５％であるのに対して、導光体７全体の輝度ムラは１５％まで大きくなることを示している。従って、導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８に求められる形状精度は高くなる。

光偏向要素１８の形状精度を高めるには、まず、導光体７に光偏向要素１８を転写する型の精度が重要となる。しかしながら先述したように、金属型に彫刻する場合、彫刻する設備の精度や、彫刻中の温度変化による金属型の熱膨張など、様々な要因でズレが生じる。例えば、図６には、集光シート２０のように三角プリズムが隙間無く配置する場合の金属型１００の例を示している。このような型は、隣り合う三角プリズムが連続して彫刻されるため、例え彫刻中に金属型１００が変形して、金属型１００の表面が１００ａのように変動したとしても、三角プリズムの型を金属型１００の表面１００ａよりも十分深く彫刻することで大きなズレが生じることはない。

一方で導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８は、光源６に近いほど疎に配置され、光源６から遠ざかるほど密に配置される疎密配置となる。従って、各々の光偏向要素１８の間には平坦面が存在する。従って、図７（ａ）に示されるように、光偏向要素１８を形成するための金属型１００Ａにおいては、設計に基づいて光偏向要素１８と平坦面３０の型を金属型１００Ａの表面１００ｂに彫刻する。
しかしながら、図７（ｂ）に示されるように、金属型１００の表面が表面１００ｃのよういに変動すると、光偏向要素１８、及び平坦面３０が変化し、導光体７に入射した光の射出光量が変化してしまう。

本実施形態の光偏向要素１８は、バッファーレンズ１８１と光立上げレンズ１８２との複合レンズ形状である。図８に示されるように、型２００の表面２００ａに形成されるバッファーレンズ型２８１の高さｄ１は、型２００の表面２００ａの変動幅△以上の大きさである。先述したように、本実施形態の光偏向要素１８は、図３に示されるように、光立上げレンズ１８２の光源６側の領域、すなわちバッファーレンズ１８１の単位形状中心位置１８１ｃと光立上げレンズ１８２の単位形状中心位置１８２ｃとの間の領域に入射した光を射出する効果が高い。従って、この領域の形状が大きく変化すると、光偏向要素１８による射出光量が大きく変動することとなる。しかしながら、型２００の表面２００ａの変動幅△以上の大きさであるバッファーレンズ型２８１と、光立上げレンズ型２８２とが形成された型２００によって光偏向要素１８が転写されるため、図中、太点線で示されている領域、すなわちバッファーレンズ型２８１の単位形状中心位置２８１ｃと光立上げレンズ型２８２の単位形状中心位置２８２ｃとの間の領域は変化しないため、型２００の表面２００ａが変動しても、導光体７に入射した光を射出する効果は大きく変動しない。

本実施形態の光偏向要素１８は型の変動幅△以上の大きさであるバッファーレンズ１８１と、光立上げレンズ１８２との複合レンズであるため、転写型の変動影響を大きく受けず、設計からほとんどズレの無い射出が出来るため、大きな輝度ムラが生じることはない。

また、バッファーレンズ１８１と光立上げレンズ１８２とが交差する位置がバッファーレンズ１８１の単位形状中心位置１８１ｃと一致することが好ましいがこれに限ることはなく、交差する位置とバッファーレンズ１８１の単位形状中心位置１８１ｃの位置をずらしても効果は大きく変わらない。例えば、図９に示されるように、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２とが交差する位置をＸとしたとき、光立ち上げレンズ１８２と交差位置Ｘとの間の領域の形状が変化しないことが本発明の主旨であるためである。

また、バッファーレンズ１８１は光立上げレンズ１８２に対して、片側のみに形成されるだけでなく、両側に形成しても良い。両側に形成されることで、片側に形成される場合よりも型変動の影響を小さくすることが可能となるためである。

本実施形態のバッファーレンズ１８１の曲率半径は、光立上げレンズ１８２の曲率半径と略同一であることが望ましい。すなわち１つの切削工具によってバッファーレンズ型２８１と光立上げレンズ型２８２とを彫刻することが望ましい。１つの切削工具でバッファーレンズ型２８１と光立上げレンズ型２８２とを彫刻することで、バッファーレンズ型２８１の単位形状中心位置２８１ｃと光立上げレンズ型２８２の単位形状中心位置２８２ｃとの相対的な位置を精度高く位置決め出来るためである。異なる切削工具でバッファーレンズ型２８１と光立ち上げレンズ型２８２とを彫刻した場合、２つの切削工具による彫刻位置合わせ精度を高める必要が生じる。従って、１つの切削工具でバッファーレンズ型２８１と光立ち上げレンズ型２８２とを彫刻した型を用いた方が、バッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２との相対位置精度が高まるため望ましい。

導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８は、光源６に近いほど疎に配置され、光源６から離れるほど密に配置される疎密配置をとる。複数の光偏向要素１８は、光偏向要素１８である複合レンズが密に形成される位置においては、隣合う複合レンズ１８のバッファーレンズ１８１と光立ち上げレンズ１８２とが近づくことによって、図１０のように重なることが望ましい。先述したように、光立上げレンズ１８２に対して、バッファーレンズ１８１を片側のみならず両側に形成することと同じ効果が得られるためである。

または、隣合う複合レンズ１８のバッファーレンズ１８１と光立上げレンズ１８２とが重なるほど密に配置する場合、光偏向要素１８は光立上げレンズ１８２のみで構成されても良い。隣合う光立上げレンズ１８２の間に生じる平坦面が小さくなるため、図８に示されるような型２００の表面変動幅△の影響が小さくなるためである。また、隣合う光立上げレンズ１８２の間に生じる平坦面に入射する光が減少するためでもある。

バッファーレンズ型２８１の高さｄ１は、図８で示されるように、型２００の表面変動幅△以上の大きさであることが望ましい。例えば、バッファーレンズ型２８１の高さｄ１と型２００の表面変動幅△が等しいとき、バッファーレンズ型２８１は型２００に彫刻されないことが有り得る。従って、このような場合においては、導光体７の光偏向面７ａに形成される光偏向要素１８は、局所的に光立上げレンズ１８２のみが形成される。

前述したように、複合レンズ１８は、図１１（ａ）に示されるように、マイクロレンズ形状であるバッファーレンズ１８１と、マイクロレンズ形状ある光立上げレンズ１８２との複合形状である。
ただし、複合レンズ１８は、このような形状に限ることはなく、図１１（ｂ）に示されるように、その長手方向が光の入射方向に直交する方向に一次元方向に延在するシリンドリカル形状であるバッファーレンズ１８１Ａと、同じくシリンドリカル形状である光立上げレンズ１８２Ａとの複合形状としてもよい。さらに、これらに限らず、プリズム形状やピラミッド形状、その他多角形状であっても良い。

ここまで、光偏向要素１８が凹形状であるバッファーレンズ１８１と凹形状である光立ち上げレンズ１８２の複合レンズである場合の効果について説明したが、光偏向要素１８が凸形状であるバッファーレンズ１８３と凸形状である光立ち上げレンズ１８４の複合レンズである場合について説明する。図１２に示されるように、バッファーレンズ１８３の単位形状中心位置１８３ｃは、光立ち上げレンズ１８４の単位形状中心位置１８４ｃに対して、光源６から遠ざかる方向へとシフトする。そして、光偏向要素１８によって導光体７に入射した光を射出する効果が最も高い領域は、図９中で太線で示された、バッファーレンズ１８３の単位形状中心位置１８３ｃと光立ち上げレンズ１８４の単位形状中心位置１８４ｃとの間の領域となる点が凹レンズ形状である場合と異なる点である。

本実施形態の導光体７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て、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１８を平板と一体で成形する。または、平板の導光体７を上述した製法で成形した後、光偏向要素１８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。

本実施形態の導光体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を平板と一体に成形している。これにより、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、量産性が向上する。
本実施形態の導光体７に形成される光偏向要素１８は、バッファーレンズ１８１と光立上げレンズ１８２との複合レンズ１８であるため、精度要求が厳しい導光体７を成形することが出来る。

また、本実施形態の導光体７の射出面７ｂは平坦面であるが、凹凸面としても良い。例えば、光入射面７Ｌと直交する方向へと延在するプリズムレンズやシリンドリカルレンズが形成されても良い。射出面が平坦面である場合と比べて、照明装置３の輝度が向上するためである。または、３Ｄ表示装置１用の照明装置３として使用する場合、スキャニングが可能となるためである。

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、本実施形態の照明装置３により、観察者側Ｆへの輝度が向上され、光強度の視角度依存性が低減され、さらに、光偏向要素１８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。

なお、光源６は導光体７の１つの端面７Ｌに配置される構成としたが、これに限らず、２つの端面に配置する場合、または４つの端面に配置される場合などもあり得る。複数の端面に光源を配置する場合は、光立ち上げレンズに対するバッファーレンズの位置は、最近接である光源６を考慮して決定される。即ち、光偏向要素が凹形状とされている場合、バッファーレンズの単位形状の中心位置は、光立ち上げレンズの単位形状の中心位置に対して、光偏向要素に最近接である光源の方向にシフトするように形成される。

以上、本発明の照明装置３、並びに表示装置１の実施形態について説明したが、本発明の照明装置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６から射出された光を効率的に集光する機能を有する照明装置３として例えば照明機器などにも使用できることは想像に難しくない。
以下、実施例に基づいて本発明について詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
（実施例）

以下に示す２つの導光体７（比較例１、実施例１）を作製した。
比較例１、実施例１の導光体７は、３１０ｍｍ×５４０ｍｍの２４インチサイズの直方体であり、厚みを４ｍｍとした。導光体７の１つの長辺（５４０ｍｍ側）を光入射面７Ｌとした。

比較例１の光立上げレンズ１８２Ｂは、図１３に示されるような楕円ドット形状とした。楕円短軸側の端部における最大接角θＢを約４５度とし、楕円長軸側の端部における最大接角θＣを約３０度とした。そして、楕円ドット形状の光立上げレンズ１８２Ｂを、光入射面７Ｌに近いほど疎に、離れるほど密となる疎密配置パターンで形成した。さらに、全光立上げレンズ１８２Ｂについて、光立上げ効率（図４で示した射出率）が設計値に対して一律約１５％低下するように、光立上げレンズ１８２Ｂの高さを低く設定した。

実施例１の導光体７は、図１４（ａ）に示されるような楕円ドット形状の光立上げレンズ１８２Ａとバッファーレンズ１８１Ａとの複合レンズ１８Ａとした。光立上げレンズ１８２Ａの楕円短軸側の最大接角θＢが約４５度、楕円長軸側の最大接角θＣは約３０度、バッファーレンズ１８１Ａの最大接角θＡを約１５度とした。図１４（ｂ）に示されるように、バッファーレンズ１８１Ａの単位形状中心１８１ｃは、光立上げレンズ１８２Ａの外形輪郭と一致するように形成した。また、楕円長軸方向の中心位置については、バッファーレンズ１８１Ａと光立上げレンズとを一致させた。
そして比較例１と同じだけ、光立上げレンズ１８２Ａ、及びバッファーレンズ１８１Ａの高さを低く設定した。

光立上げレンズ１８２Ａの高さが大きいほど、光立上げ効率は大きくなる。本実施例では、型２００に対して設計値よりも浅く光立上げレンズ型２８２、及びバッファーレンズ型２８１を彫刻した場合を想定している。そしてその影響が、照明装置３の輝度ムラにどのような変化をもたらすかについて確認した。

実施例１、比較例１の導光体７の１つの長辺側（光入射面７Ｌ）に光源６としてＬＥＤを複数配置した。導光体７の光偏向面７ａ側には白色で反射率が９８％である光反射シート５を配置し、導光体７の射出面７ｂ側には、マイクロレンズシート８、集光シート２０として９０度プリズムシート２０、ＤＢＥＦ−Ｄ（３Ｍ社製）２８の順で配置した照明装置３を得た。

本実施例で得られた照明装置３の輝度ムラへの影響を確認した結果が、図１５（ａ）、（ｂ）である。図１５（ａ）に示されるような照明装置３の垂直断面Ｖ１−Ｖ２の輝度ムラを評価した結果が図１５（ｂ）である。
設計値は、導光体７の中心が最も輝度が高くなる、湾曲した輝度分布となるようにした。
比較例１は、光立上げレンズ１８２Ｂの光立上げ効率が約１５％低下しているため、Ｖ１側では設計値に対して輝度が大きく下がり、Ｖ２側で設計値に対して輝度が大きく上昇していることが見て取れる。また輝度ピーク位置も、導光体７の中心からＶ２側へと大きくシフトしてしまい、輝度ピーク位置からＶ２までほとんど輝度分布がフラットとなり、設計値である湾曲した輝度分布とは大きく変化していることが見て取れる。
一方で実施例１は、バッファーレンズ１８１Ａの効果により、複合レンズ１８Ａの光立上げ効率が大きくは低下していない。輝度ピーク位置が若干導光体７中心からＶ２側へとシフトしているが、全体的に設計値である湾曲した輝度分布からは大きく変化のない輝度分布であることが見て取れる。

本実施例によって、光偏向要素１８Ａをバッファーレンズ１８１Ａと光立上げレンズ１８２Ａとを組合わせた複合レンズ１８Ａとすることで、光偏向要素１８を転写する型２００が経時による熱収縮や、機械的な彫刻ズレが生じても、大きな輝度ムラが生じない導光体７を得ることが出来た。

Ｆ…観察者側、Ｋ…光、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…導光、Ｖ１−Ｖ２…垂直断面、ｄ１…バッファーレンズ型の高さ、θＡ…バッファーレンズの最大接角、θＢ…光立上げレンズの最大接角、θＣ…光立上げレンズの他方の最大接角、△…型表面の変動幅、１…表示装置、２…画像表示素子、３…照明装置、５…反射板（反射シート）、６…光源、７…導光板（導光体）、７ａ…光偏向面、７ｂ…射出面、７Ｌ…入射面、８…拡散シート（マイクロレンズシート）、９…液晶層、１０、１１…偏光板、１８…光偏向要素、１９…光閉じ込めレンズ、２０…集光シート、２８…拡散性光学シート、３０…型の平坦面、１００…型、１００ａ…型表面、１８１、１８３…バッファーレンズ、１８１ｃ、１８３ｃ…バッファーレンズの単位レンズ中心、１８２、１８４…光立上げレンズ、１８２ｃ、１８４ｃ…光立上げレンズの単位レンズ中心、２００…型、２００ａ…型表面、２８１…バッファーレンズ型、２８１ｃ…バッファーレンズ型の単位中心、２８２…光立上げレンズ型、２８２ｃ…光立上げレンズ型の単位中心

Claims (13)

1. 第一主面と、前記第一主面と対向する第二主面と、前記第一主面と前記第二主面とを接続する４つの側端面を有し、
   前記４つの側端面の少なくとも１つの面に光源が配され、
   前記光源から入射された光を前記第一主面に形成された複数の光偏向要素によって第二主面から射出する透光性の導光体であって、
   前記光偏向要素は、光立上げレンズと、前記光立上げレンズよりも高さの低いバッファーレンズとで構成され、前記光立上げレンズと前記バッファーレンズとの一部が重なって形成される複合レンズであるとともに、
   前記複合レンズは、凸形状である前記光立上げレンズと凸形状である前記バッファーレンズとが一部重なって形成されてなり、
   前記凸形状であるバッファーレンズの単位形状の中心位置は、前記凸形状である光立上げレンズの単位形状の中心位置に対して、前記光偏向要素に最近接である光源から離れる方向にシフトしてなることを特徴とする導光体。
2. 前記光偏向要素に対して最近接である光源の方向に沿い、かつ、第一主面と直交する断面において、
   前記バッファーレンズのレンズ面の接線と前記第一主面とのなす角度のうち最大となる角度θａは、
   前記光立ち上げレンズのレンズ面の接線と前記第一主面とのなす角度のうち最大となる角度θｂよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 前記光偏向要素に対して最近接である光源の方向に沿い、かつ、第一主面と直交する断面において、
   前記光立ち上げレンズと前記バッファーレンズとの交点を通る前記バッファーレンズのレンズ面の接線と前記第一主面とは略平行であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導光体。
4. 前記光偏向要素に対して最近接である光源の方向に沿い、かつ、第一主面と直交する断面において、
   前記光立ち上げレンズと前記バッファーレンズとの交点の位置は、前記バッファーレンズの単位形状の中心点の位置と略一致することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ一項に記載の導光体。
5. 前記バッファーレンズの曲率半径と、前記光立ち上げレンズの曲率半径とは同一であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導光体。
6. 前記光偏向要素は、前記光源が配される面に近いほど、第一主面内における前記光偏向要素の占める面積が少なく、前記光源が配される面から離れるほど、前記光偏向要素の占める面積が多くなる疎密分布で配されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の導光体。
7. 前記光偏向要素は、前記第一主面の一部の領域においては、前記光立上げレンズのみで構成されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１項に記載の導光体。
8. 前記光偏向要素は、前記光源が配される面から最も離れた領域においては、前記光立上げレンズのみで構成されることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載の導光体。
9. 隣合う前記光偏向要素において一方の前記バッファーレンズと他方の前記光立上げレンズが重なっていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の導光体。
10. 前記光立ち上げレンズと前記バッファーレンズとは、一次元方向に延在するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１からから請求項８のいずれか一項に記載の導光体。
11. 前記光源と、
    請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の導光体と、
    前記第一主面側に、反射シートを備えることを特徴とする照明装置。
12. 前記導光体の前記第二主面側に、光を散乱、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を特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
13. 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１１又は請求項１２に記載される照明装置と、
    を具備することを特徴とする表示装置。

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