JP5782806B2 - 照明ユニット及びこれを備えた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に照明光路制御に用いられる照明ユニット及びこれを備えた表示装置に関するものである。

液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な照明装置を内蔵しているタイプが普及している。液晶表示装置の輝度や輝度の視野角分布、空間分布は、この照明装置の性能の影響を大きく受けている。従って、照明装置の輝度を高め、輝度空間分布を均一にすることは、液晶表示装置の輝度を高め、輝度空間分布を均一にすることに直結する。

液晶表示装置に使用される照明装置としては、主に直下方式とエッジライト方式とが挙げられる。直下方式の照明装置は、光源を多数配置することが可能であるため、大型の（主として２０インチ以上の）液晶表示装置に適用されている。一方、エッジライト方式は光源の配置位置が限定されるため、大型の表示装置には適用できず、主としてノート型パソコン、液晶モニター、携帯情報端末等の小型の表示装置に適用されている。

しかし、最近では、照明装置用の光源として冷陰極管に替わってＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ 発光ダイオード）が採用され始めたことにより、低消費電力化が図れ、薄型化の容易なエッジライト方式の照明装置が、２０インチ以上の中型または大型の液晶表示装置に採用され始めている。
一般的に、エッジライト方式は、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に光源が配置され、それとは略直交する面全体から光を射出させる。従って、液晶表示装置が大型になるにつれて表示画面全体を均一に明るくする、つまり、輝度むらをなくすことが難しくなる。また、光源は導光板の端面にのみ配置されるため、光源の設置数に限界がある。従って、液晶表示装置が大型になるにつれて輝度を向上させることも難しくなる。

画面全体を均一に明るくする方法として、特許文献１のように、導光板の射出面と対向する面に、場所により密度もしくはサイズを変更した光学構造物を設けることが考えられる。光学構造物としては、例えば白色拡散反射ドットが印刷されて配設されていたり、また別の例として、プリズム形状等の構造物が形成されている。白色拡散反射ドットやプリズム形状等の構造物の間は、形状が何もない平坦な面になっている。

しかし、製造方法によっては、構造物間の平坦面は製造することが困難な場合が多々ある。僅かでも傷やスジが入ってしまうと、概観上の問題になるだけでなく、その傷やスジが光取り出し構造物となって機能してしまうという問題がある。光が端面から入射し何度も反射を繰り返して射出される導光板においては、僅かな傷やスジも大きな影響になってしまうのである。さらに、平坦な面が出来たとしても、その面から所望のサイズで光学構造物を付加しなくてはいけないという不具合がある。なぜなら、前述したように、導光板においては、何度も反射を繰り返して射出されるため、サイズが僅かに異なるだけで、光学特性、特に、輝度むらに大きな影響を与えてしまうからである。

特許第４２０３２４０号特許掲載公報

そこで、本発明は、平坦面の傷やスジの影響を防ぎ、かつ、輝度むらをなくしつつ、光学構造物のサイズの差異が輝度むらに与える影響を小さくし、さらに、導光板から射出される光量を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、請求項１に記載の照明ユニットは、光源と導光体とを備え、前記導光体は、前記光源から射出される光を入射する入射面と、前記入射面と略直交し入射光を観察者側へと射出する射出面と、前記射出面と対向し前記入射光のうち直接射出されなかった光を前記射出面へと導く光反射面とを有する照明ユニットであって、前記光反射面には、前記光源からの距離により、ピッチを変化させて複数のレンズが賦形されており、前記レンズの間には、幅に対する頂部までの高さの比であるアスペクト比が前記レンズと比較して小さい凹凸が隙間無く賦形されており、前記光源から、前記導光体の前記光源と最も離れた位置までの距離をｍｍ単位で表したときの値をｘとし、前記導光体の厚みをｍｍ単位で表したときの値をｄとしたとき、前記凹凸のアスペクト比ＡＰが、以下の［数１］の範囲内であることを特徴とする照明ユニットとした。

ここで、レンズにおけるアスペクト比は、レンズ幅に対するレンズ頂部までの比であり、凹凸におけるアスペクト比は、凹凸幅に対する凹凸頂部までの高さの比をいう。

上記構成により、導光体の光反射面では平坦面をなくしていることから、平坦面の傷やスジの影響を防ぐことができる。また、レンズのサイズの差異が輝度むらに与える影響は、レンズにより取り出される光量に比例するため、レンズ間の凹凸により取り出される光量を多くすることで、レンズサイズの差異の影響を小さくすることができる。さらに、レンズ間に凹凸を賦形すること（形作ること。以下同じ）で、これまで取り出せなかった光も取り出すことが可能となるため、射出効率も高めることが可能となる。
また、凹凸のアスペクト比が、［数１］の右辺以下であることで画面全体を均一に明るくすることができる。右辺超の場合には、光源に近い領域で明るくなりすぎてしまうという問題が生じる。また、［数１］の左辺以上であることで本発明の効果を発揮することができる。左辺未満の場合には、本発明の効果を十分に得ることができない。

請求項２に記載の照明ユニットは、前記レンズは、断面の少なくとも一部が曲線状になるドット形状であることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニットである。
これにより、光源の配列方向と直交する方向に対するピッチを小さくすることができ、導光板を観察者方向から観察した際に見える微細の明暗差を観測しにくくすることができる。

請求項３に記載の照明ユニットは、前記光源の配列方向に対する前記レンズのピッチは、総じて前記光源からの距離が近くなるほど大きくなることを特徴とする請求項２に記載の照明ユニットである。
これにより、微細の明暗差を請求項２に記載の照明ユニットよりもさらに観測しにくくすることができる。光源の配列方向と直交する方向に対するピッチをさらに小さくすることができるためである。

請求項４に記載の照明ユニットは、前記光源は直線状に並んでおり、かつ、前記凹凸は、前記光源の配列方向に延在したシリンドリカル形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明ユニットである。ここで、光源には線状と点状のものがあるが、線状光源は導光体の入射面に沿って線状に配置され、点状光源は同入射面に沿って多数が線状に並べて配置される。
これにより、凹凸の製造を容易にすることができ、製造時間、ロスを減らすことができる。

請求項５に記載の照明ユニットは、前記凹凸は、前記レンズの頂部部分と一致していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の照明ユニットである。
これにより、レンズとレンズ間の凹凸を、例えば同じバイトで切削することで賦形することが可能となり、製造過程においてバイトの付け替えを行う必要がない。そのため、工程を簡略化するとともに、レンズサイズを変化させてしまう要因を減らすことが可能となる。
請求項６に記載の照明ユニットは、前記凹凸のピッチは、ランダムに変化することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の照明ユニットである。
これにより、凹凸のピッチが規則的な場合に生じる可能性のあるモアレを発生させなくすることができる。

請求項７に記載の照明ユニットは、前記レンズのアスペクト比が、０．１以上で且つ０．５以下であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の照明ユニットである。
これにより、輝度を均一にすることができ、かつ、光源の配列方向と直交する方向に対するレンズのピッチが大きくなりすぎるのを防ぐことができる。レンズのアスペクト比が０．１未満では、光源から最も遠い領域において輝度を均一にする程度の明さを保つことができなくなり、０．５超では、レンズのピッチが大きくなりすぎ、微細の明暗差が観測されてしまうようになる。

請求項８に記載の照明ユニットは、前記導光体の前記射出面には、前記光源の配列方向と直交する方向に延在したレンチキュラーレンズが配列されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の照明ユニットである。
これにより、光源の配列方向に広がる光を閉じ込めることができる。応用上は、一部分を明るくしたり暗くするローカルディミングすることが可能となる。また、それを利用して、順番に明るさを変化させるスキャニングさせることもできる。

請求項９に記載の照明ユニットは、前記射出面と対向した観察者方向側には、拡散機能を有した光学シートが配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の照明ユニットである。
これにより、微細の明暗差を観測しにくくすることができる。
請求項１０に記載の照明ユニットは、前記導光体の前記光学シートとは反対側に、前記光反射面側から射出する光を反射して再度前記導光体へ導く反射シートをさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の照明ユニットである。
これにより、導光板の射出面とは対向する面から射出される光を有効利用することができ、輝度を高めることが可能となる。

請求項１１に記載の照明ユニットは、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の照明ユニットと、表示画像を規定する画像表示素子と、を有することを特徴とする表示装置である。
請求項１２に記載の照明ユニットは、前記画像表示素子が、画素単位での透過／遮光により画像を表示することを特徴とする請求項１１に記載された表示装置である。
これにより、上述の照明ユニットの効果を反映した表示装置を得ることができる。

本発明による賦形導光板を用いた照明ユニット及び表示装置によれば、光反射面に平坦面をなくし、意図的に凹凸を賦形することで、平坦面の傷やスジの影響を防ぐことができる。また、この凹凸により光取出しが可能となるために、ピッチの変化するレンズのサイズが製造上変化してしまっても光学特性に与える影響を小さくすることができる。さらに、これまで平坦面であった部分に凹凸形状を賦形することで、導光板から射出される光量を向上させることもできる。それにより、輝度むらをなくしつつ、製造上の誤差があっても輝度むらが大きく変化せず、かつ、射出効率の高い照明ユニット及びこの照明ユニットを用いた表示装置を提供することができる。

表示装置の一例を分離状態で示す要部断面図である。 本発明の実施の形態による照明ユニットの一例の断面図の一部を示した図である。 本発明の実施の形態の一例の導光板の斜視図である。 本発明の実施の形態の一例の導光板の断面図の一部を示した図である。 本発明の実施の形態による照明ユニットの一例の斜視図である。 レンズ及び凹凸の形状の一例を示した図である。 凹凸のみ賦形した際の輝度むらを示した図である。 凹凸のアスペクト比と正面輝度の最大値の関係を表した図である。 導光板の厚みと正面輝度の最大値の関係を表した図である。 本発明の実施の形態による照明ユニットの一例の断面図の一部を示した図である。 本発明の実施の形態による照明ユニットの一例の断面図の一部を示した図である。 本発明の実施の形態の一例の導光板の断面図の一部を示した図である。 本発明の実施の形態による照明ユニットの一例の断面図の一部を示した図である。

以下に、本発明の実施形態による照明ユニットとこの照明ユニットを備えた表示装置について説明する。なお、図１から図１３は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために適宜誇張して示している。
図１に示す表示装置１は、画像表示パネル２と、この画像表示パネル２の光入射側に臨ませて配置された照明ユニット３とを備えている。

最も観察者側Ｆに配設された画像表示パネル２は、２枚の偏光板（偏光フイルム）４，５と、その間に挟持された画像表示素子６とからなる。画像表示パネル２は例えば液晶表示パネルから構成され、その場合、画像表示素子６は２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成される。
画像表示パネル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望ましい。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、照明ユニット３により、本発明の効果をそのまま反映できる反映した表示装置１を得ることができる。

画像表示素子６として選択される液晶表示素子は、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、他の表示素子と比べて、画像品位を高くすることができる。
照明ユニット３はエッジライト型の照明装置であり、画像表示パネル２の光入射側に臨ませて配置されており、光の光路に沿って光源８，導光板９（本発明における導光体に相当する。）を含んで構成されている。また、導光板９の観察者方向には光学シート１０が配置され、導光板９の背面側には反射シート１１が設けられていると良い。これら光学シート１０と反射シート１１を含めてシートつき照明ユニット３’を構成している。

光源８としては例えば線状光源や点状光源が挙げられる。線状光源としては、ＣＣＦＬやＨＣＦＬ、ＥＥＦＬ等の蛍光管が挙げられる。点状光源としては、ＬＥＤが挙げられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤやＲＧＢ−ＬＥＤ等が挙げられる。図１では、光源８が導光板９の１つの端面に配置された例を示しているが、これに限らず、対向する２つの端面に配置される場合にも採用できる。このとき、導光板９の形状は、図１に示すような平板形状であってもよく、或いは楔形状であってもよい。

導光板９の観察者側Ｆに配設された射出面１３に対向する面には、光反射面１４が形成されている。光反射面１４は、光源８からの入射光のうち直接射出面１３から射出されない光を導光板９内の様々な方向に反射させ、射出面１３側に向かわせるための面であり、光反射面１４には入射光を反射させるための複数の光学構造物１５が設けられている。
光学構造物１５として、図２〜４に、光源８からの距離により、光源８の配列方向と直交する方向に対するピッチが変化するレンズ１６が賦形されており、レンズ１６の間には、レンズ幅Ｗに対するレンズ頂部までの高さＨの比であるアスペクト（ＡＰ）比が前記レンズ１６と比較して小さい凹凸１７が隙間無く賦形されている。導光板９の断面図および斜視図を図２、図３、図４に示す。なお、図３、図４は、レンズ１６、凹凸１７を見やすくするために、射出面１３が下側に描かれている。

導光板９は、光透過性基材上にＵＶや放射線硬化樹脂を用いて成形されるか、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）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）等を用いて、当該技術分野では良く知られている押し出し成形法、射出成形法、あるいは熱プレス成形法によって形成することができる。

つまり、版となる金型を作製し、成形する。金型に平坦面を作製することは、難しく、切削した後に研磨しなければならないことも多い。しかし、本発明では、平坦面を作製することなく、レンズ１６とレンズ１６間に隙間なく存在する凹凸１７により平坦面がなくなるため、金型に平坦面を作製する手間を省くことが可能になり、かつ、傷やスジの影響を防ぐことができる。

また、レンズ１６は、金型に凹凸１７を作製した後、もしくはその前に作製されるが、このとき、レンズ１６のサイズを一定に保つことは困難であり、数um程度のずれが生じてしまうことが多い。そのため、レンズ１６サイズの差異が輝度むらに与える影響は小さいことが望ましい。ここで、輝度むらとは、導光板９を観察者方向Ｆから観察した際の輝度の空間分布を表すものである。レンズ１６サイズの変化により輝度むらが変化してしまうのは、レンズ１６サイズにより取り出される光量が変化してしまうためである。そのため、そもそもレンズ１６により取り出される光量を減らすことで輝度むら変化を小さくすることができる。本発明は凹凸１７により光を取り出すことができる。その分レンズ１６により取り出される光量を減らすことができ、輝度むら変化を小さくすることができる。なお、凹凸１７は隙間なく配列されているため、作製上余分に切削することが可能であり、サイズを一定に保つことは難しくない。

さらに、レンズ１６間に凹凸１７を賦形することで、これまで平坦面で反射され続け、取り出せなかった光も取り出すことが可能となるため、射出効率も高めることが可能となる。これにより、光源８の発光光量を抑えることができ、低消費電力化することもできる。
図３では、レンズ１６、凹凸１７ともに一方向に延在したレンチキュラーレンズ形状として図示したが、特にこの形状に限定されるものではなく、図６（ａ）〜（ｈ）に示したように、球状のドット形状でも良いし、三角形状のドットでも良い。また、一方向に延在したプリズム形状でも良い。それらの断面形状は、直線であっても、曲線であっても、または、直線と曲線の両方が含まれた形でも良い。
特に、凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比が、以下の［数１］の範囲内であるとなお良い。

ここで、ｘ、ｄは以下の通りである。すなわち、光源８から、導光体９の光源８と最も離れた位置までの距離をｍｍ単位で表したときの値をｘとし、導光体９の厚みをｍｍ単位で表したときの値をｄとする。図５にｘ、ｄの指し示す長さを記す。なお、図５では簡略化のため、レンズ１６、凹凸１７は省略し、記していない。また、光源８が導光板９の１つの端面に配置された例を示しているが、対向する２つの端面に配置される場合には、距離ｘは、光源８から導光体９の中心位置までの距離を表す。

凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比が、［数１］の右辺以下であることで画面全体を均一に明るくすることができる。右辺超の場合には、光源に近い領域で明るくなりすぎてしまうという問題が生じる。また、［数１］の左辺以上であることで本発明の効果を発揮することができる。左辺未満の場合には、本発明の効果を十分に得ることができなくなる。

以下、式の導出について説明する。
図７には、光学構造物１５として、凹凸１７のみ賦形した場合の輝度むらを光源８からの距離に対してプロットしたグラフを示す。光源８から導光体９の光源８と最も離れた位置までの距離ｘを３１０ｍｍとし、導光板９の厚みｄを４ｍｍとしたときのシミュレーション結果である。光源８に近いほど輝度が高く、また、凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比が高いほど輝度が高くなっていることが確認できる。各グラフのピーク値を凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比に対してプロットしたものが図８の菱形のプロットである。図８の灰色の実線は、ｙ＝５６０００００×（ＡＰ）^２の関数であり、菱形プロットと一致していることが確認できる。

このモデルにおいて、様々なレンズ１６と凹凸１７の組み合わせでシミュレーションを行った結果、輝度をほぼ均一に射出させる、つまり、輝度むらをなくした場合には、輝度は９５００程度まで向上させられることが判明した。導光板９に入射した光のうち凡そ９０％程度が利用できた場合に９５００という値を得ることができた。
つまり、凹凸１７のみのモデルにおいて、ピーク値が９５００を超えてしまうと、輝度むらをなくすことはできなくなってしまう。距離ｘが大きくなると、それに反比例して輝度値９５００は減少するため、結局、

であれば、本発明の効果を得つつ、輝度むらをなくすことができる。
一方、図８を見てわかるように、アスペクト（ＡＰ）比が小さくなると、急激に輝度ピーク値は小さくなってしまい、本発明の効果を得ることができなくなってしまう。９５００の１／１０である９５０程度以下に輝度値がなってしまうと、本発明の効果は得にくいといえる。

であることが良いといえる。

また、導光板９の厚みｄを変更した結果が図９である。図９からわかるように、導光板９厚みｄの逆数と輝度ピーク値は比例している。灰色実線は、ｙ＝（１４５００／ｄ＋２０００）の関数である。上述したｄ＝４ｍｍのとき、ｙ≒５６００となるため、導光板９厚みｄまで考えると、

を満たすことが望ましいということになる。これを計算すると、前記［数１］が得られる。

レンズ１６や凹凸１７は、前述したように、一方向に延在したレンチキュラーレンズ形状やドット形状など、どのような形状でも問題ないが、特に、レンズ１６は断面において少なくとも一部が曲線状になるドット形状（例えば図６（ａ）、（ｅ）、（ｇ）のような形状）であり、凹凸１７は光源８の配列方向に延在したシリンドリカル形状であることが望ましい。

レンズ１６がドット形状であることが望ましいのは、導光板９からの射出光の局所的な輝度むらを小さくすることができるためである。ここで、局所的な輝度むらとは、レンズ１６が存在するところはレンズ１６により取り出される光により明るくなり、レンズ１６が存在していないところ（つまり、凹凸１７が存在するところ）は光の取り出し光量は小さいために暗くなる、ことにより生じる輝度むらのことである。

光源８に近い領域ほど、導光している光量は大きいために、レンズ１６一つにより取り出せる光量は大きい。そのため、レンズ１６の間隔（ピッチＰ）は大きくなる必要がある。そのため、局所的な輝度むらは大きくなる。しかし、レンズ１６をドット形状にすることで、レンチキュラーレンズ形状にするよりも、光源８の配列方向と直交する方向に対するレンズ１６の間隔（ピッチＰ）を小さくすることができ、輝度むらを小さくすることができる。

また、レンズ１６のドット形状を曲線状にすることで、レンズ１６により反射される光が特定の方向のみに反射されることなく、様々な方向に光を広げることが可能となる。こうすることで、導光板９の射出光の配光分布をある程度広げることができ、視野角分布を著しく不均一にすることを防ぐことができる。ただし、例えば図６（ａ）、（ｅ）、（ｇ）のように、どの断面においても全てが曲線になる必要はなく、一部分に直線状の部分が入っていても良いし、直線状の一部分に曲線が入っているような形状でも問題はない。また、凹凸１７はレンチキュラーレンズ形状にすることで、製造を容易にすることができ、製造時間、ロスを減らすことができる。

ここで、レンチキュラーレンズ形状としているのは、断面が半円状になるものだけをさすのではなく、図６（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）のように、その断面形状は、曲線であっても、直線であっても、または、直線と曲線の両方が含まれた形でも良い。ただし、このとき、凹凸１７の延在方向は、光源８の配列方向に一致させなければならない。方向を合わせなければ、上述した凹凸１７による光取り出し効果を十分に得ることができなくなるためである。
さらに、光源８の配列方向に対するレンズ１６の間隔（ピッチＰ）を開けることで、その分、光源８の配列方向と直交する方向に対してレンズ１６の間隔（ピッチＰ）を小さくすることができる。光取り出し光量はレンズ１６の密度により決定されるためである。これにより、局所的な輝度むらをさらに小さくすることが可能となる。

図１０は、光源８の配列方向に対するレンズ１６の間隔（ピッチＰ）を一定にして輝度むらをなくすレンズ１６の配置の模式図である。一方、図１１は、上述のように配列方向に対するレンズ１６の間隔（ピッチＰ）を光源８に近いほど大きくした場合の配置模式図である。図１０と図１１はレンズ１６の密度は同じであるが、図１１の方が均一に並んでおり、局所的な輝度むらが生じにくいことが見てとれる。なお、図１０、図１１では簡略化のため凹凸１７は省略し、記していない。また、レンズ１６、凹凸１７を見やすくするために、射出面１３が下側に描かれている。

凹凸１７は、レンズ１６の頂部部分と一致しているとなお良い。これにより、レンズ１６とレンズ１６間の凹凸１７を、例えば同じバイトにより切削することで賦形することが可能となり、製造過程においてバイトの付け替えを行う必要がなくなる。そのため、工程を簡略化するとともに、レンズサイズを変化させてしまう要因を減らすことが可能となる。バイトの付け替え時に生じる位置ずれをなくすことができるためである。図１２に、凹凸１７がレンズ１６の頂部部分と一致している様子を記す。レンズ１６、凹凸１７を見やすくするために、射出面１３が下側に描かれている。
凹凸１７のピッチは、ランダムに変化しているとなお良い。これにより、凹凸１７のピッチが規則的な場合に生じる可能性のあるモアレを発生させなくすることができるためである。

レンズ１６のアスペクト（ＡＰ）比は、０．１以上で且つ０．５以下であるとなお良い。レンズ１６のアスペクト（ＡＰ）比が０．１未満では、光源８から最も遠い領域において輝度を均一にする程度の明さを保つことができなくなり、０．５超では、レンズ１６のピッチＰが大きくなりすぎ、局所的な輝度むらが観測されやすくなってしまうためである。よって、輝度を均一にすることができ、かつ、レンズ１６のピッチＰが大きくなりすぎるのを防ぐことができる０．１〜０．５の範囲内であることが望ましい。凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比との関係性は必ずしも持たせる必要はないが、凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比の３倍〜３０倍程度の範囲内であれば、問題ない。

図１３のように、導光板８の射出面１３には、光源８の配列方向と直交する方向に延在したレンチキュラーレンズ１８が配列されているとなお良い。これにより、導光板９に入射した光が光源８の配列方向に広がる事を防ぐことができる。つまり、光をある程度、閉じ込めることができる。応用上、一部分を明るくしたり暗くするローカルディミングすることが可能となる。また、それを利用して、順番に明るさを変化させるスキャニングさせることもできるようになる。また、輝度を向上させることも可能な場合もある。

射出面１３と対向した観察者方向Ｆ側には、拡散機能を有した光学シート１０が配置されているとなお良い。こうすることで、前述した局所的な輝度むらを、さらに観測しにくくすることができるためである。拡散機能を有した光学シート１０としては、マイクロレンズシートや、表面に凹凸のある拡散シート、屈折率の異なる微粒子が混入している拡散シートなどが挙げられる。また、光学シート１０は、複数枚配置しても問題ない。プリズムシートやレンチキュラーレンズシートなどの集光シート、偏光分離シートなどを配置しても良い。

導光板８の光学シート１０とは反対側には、反射面１４側から射出する光を反射して再度導光体８へ導く反射シート１１をさらに備えていると良い。これにより、導光板８の射出面１３とは対向する面から射出される光を有効利用することができ、輝度を高めることが可能となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。例えば、本明細書中では触れなかったが、入射面１２に光取り込み構造物が賦形されていたり、ランダムな構造物が賦形されていても、本発明の効果を得ることができることは言うまでもない。

以上、本発明の実施形態による照明ユニット３及びこれを備えた表示装置１について説明したが、照明ユニット３は表示装置１のみに適用されるものではない。以下、本発明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のみに限定されるものではないことはいうまでもない。
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製照明設計解析ソフトウェアＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓを用いて、照明ユニット３のモデルを以下のように組み立てシミュレーションを行った。

導光板９はアクリル製とした。導光板９の１辺に光源８として白色ＬＥＤを配置した。導光板９の反射面１４には光学構造物１５として、レンズ１６と凹凸１７を賦形した。レンズ１６のアスペクト（ＡＰ）比は０．２とした。凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比は、０、０．０１、０．０２、０．０３、０．０４、０．０５の６種類とした。ここでアスペクト（ＡＰ）比０とは、凹凸１７がなく平坦面であることを示すものとする。導光板９の厚みｄは２ｍｍ、４ｍｍの２種類とした。導光体９の光源８と最も離れた位置までの距離ｘを３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍの３種類とした。導光板９の反射面１４と対向する位置には、反射シート１１を配置した。導光板９の射出面１３と対向する位置には光学シート１０として、マイクロレンズシートを配置した。

以上のモデルにおいて、凹凸１７のアスペクト（ＡＰ）比６種類、導光板厚みｄ２種類、距離ｘ３種類の組み合わせ、計３６種類のシミュレーションを行った。なお、レンズ１６は、それぞれのモデルにおいて、輝度むらを極力なくすように配置を最適化している。
評価項目は、輝度むら、輝度、サイズずれ影響の３つを評価した。輝度むらは、レンズ１６の配置を最適化した際にシミュレーションの誤差範囲内程度に輝度むらが消えているかどうかの検証を行い、消えているものを○、消えていないものを×とした。輝度は、アスペクト比０の場合と比較し、画面中心の正面輝度が高かったものを○、同程度以下であったものを×とした。サイズずれ影響は、製造過程において、設計値からずれてしまった場合の輝度むらの変化率を検証したもので、アスペクト比０の場合よりも、変化率が小さいものを○、大きかったものを×とした。さらに、総合評価として、３つの評価項目が全て○のものを○とし、一つでも×があるものを×とした。評価結果をまとめたものを表１に示す。

表１を確認すると、輝度むらに関しては、アスペクト比が大きく、導光板厚みが小さく、距離ｘが大きいものが、×がついている。輝度に関しては、アスペクト比が小さく、導光板厚みが大きく、距離ｘが小さいものが×がついている。サイズずれ影響に関しては、凹凸１７がついているものはみな○であった。
表２には、導光板厚みｄ、距離ｘが決まったときの、［数１］の左辺、右辺の値を記したものである。表１の総合評価と表２を見比べると、アスペクト比が、［数１］の左辺以上右辺以下の範囲内に入っているものが、総合評価として○になっていることが確認できた。

１ 表示装置
２ 画像表示パネル
３ 照明ユニット
４、５ 偏光板
６ 画像表示素子
８ 光源
９ 導光板
１２ 入射面
１３ 射出面
１４ 反射面
１５ 光学構造物
１６ レンズ
１７ 凹凸
１０ 光学シート
１１ 反射シート
１８ 一方向に延在したレンチキュラーレンズ
ｄ 導光板厚み
ｘ 導光体９の光源８と最も離れた位置までの距離

Claims (12)

1. 光源と導光体とを備え、前記導光体は、前記光源から射出される光を入射する入射面と、前記入射面と略直交し入射光を観察者側へと射出する射出面と、前記射出面と対向し前記入射光のうち直接射出されなかった光を前記射出面へと導く光反射面とを有する照明ユニットであって、
   前記光反射面には、前記光源からの距離により、ピッチを変化させて複数のレンズが賦形されており、前記レンズの間には、幅に対する頂部までの高さの比であるアスペクト比が前記レンズと比較して小さい凹凸が隙間無く賦形されており、
   前記光源から、前記導光体の前記光源と最も離れた位置までの距離をｍｍ単位で表したときの値をｘとし、前記導光体の厚みをｍｍ単位で表したときの値をｄとしたとき、前記凹凸のアスペクト比ＡＰが、以下の［数１］の範囲内であることを特徴とする照明ユニット。
   

   
2. 前記レンズは、断面の少なくとも一部が曲線状になるドット形状であることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記光源の配列方向に対する前記レンズのピッチは、総じて前記光源からの距離が近くなるほど大きくなることを特徴とする請求項２に記載の照明ユニット。
4. 前記光源は直線状に並んでおり、かつ、前記凹凸は、前記光源の配列方向に延在したシリンドリカル形状であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の照明ユニット。
5. 前記凹凸形状は、前記レンズ形状の頂部部分と一致していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の照明ユニット。
6. 前記凹凸のピッチは、ランダムに変化することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の照明ユニット。
7. 前記レンズのアスペクト比が、０．１以上で且つ０．５以下であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の照明ユニット。
8. 前記導光体の前記射出面には、前記光源の配列方向と直交する方向に延在したレンチキュラーレンズが配列されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の照明ユニット。
9. 前記射出面と対向した観察者方向側には、拡散機能を有した光学シートが配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の照明ユニット。
10. 前記導光体の前記光学シートとは反対側に、前記光反射面側から射出する光を反射して再度前記導光体へ導く反射シートをさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の照明ユニット。
11. 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の照明ユニットと、
    表示画像を規定する画像表示素子と、
    を有することを特徴とする表示装置。
12. 前記画像表示素子が、画素単位での透過／遮光により画像を表示することを特徴とする請求項１１に記載された表示装置。

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