JP7386205B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置では、用途に応じた配光特性を実現するため様々な光学レンズが用いられる（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２００２－２２１６０５号公報 特開２０１２－２０３０９２号公報

液晶表示装置のバックライトの特性として、高輝度化、高効率化とともに、光軸を傾けるなどの特殊な配光特性が要求されてきている。しかしながら、従来の装置では、高輝度化を確保しつつ、要求される視野範囲に対して効率良く光の配光を制御することが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高輝度化を確保しつつ、要求される配光特性を実現することができる面状照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、基板と、第１の光学素子と、第２の光学素子と、レンズと、を備える。面状照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置である。前記基板は、第１の軸方向と前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向とに対して複数の光源が分散されて、２次元に配置される。前記第１の光学素子は、複数の光源の出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を前記第２の軸方向に沿う列ごとに集光し、略平行光として出射する。前記第２の光学素子は、前記第１の光学素子によって集光され、略平行光となった光の進行方向を前記第１の軸方向に対して傾けて所定の方向に出射する。前記レンズは、前記基板に対向する面とは反対側の面、または、前記基板に対向する面に前記第１の光学素子が一体的に形成された板状である。前記第１の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する複数のリニアフレネルレンズが前記列ごとに前記第１の軸方向に対して連続的に形成される。前記第２の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する同一形状の複数のリニアプリズムが前記第１の軸方向に対して連続的に形成される。

本発明の一態様に係る面状照明装置は、高輝度化を確保しつつ、要求される配光特性を実現することができる。

図１は、実施形態にかかる面状照明装置に要求される配光特性を説明するための図である。 図２は、図１に示す面状照明装置の概要を説明するための図である。 図３は、図１に示す面状照明装置の構成を模式的に示す斜視図である。 図４は、図１に示す面状照明装置のＡ－Ａ断面図及びＢ－Ｂ断面図である。 図５は、図３に示すリフレクタの斜視図である。 図６は、図３に示すリフレクタの正面図、Ｃ－Ｃ断面図及びＤ－Ｄ断面図である。 図７は、第１の変形例を説明するための図である。 図８は、第２の変形例を説明するための図である。 図９は、第３の変形例を説明するための図である。 図１０は、第４の変形例を説明するための図である。 図１１は、第５の変形例を説明するための図である。 図１２は、第６の変形例を説明するための図である。 図１３は、第７の変形例を説明するための図である。

以下、実施形態に係る面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

（実施形態）
図１は、実施形態にかかる面状照明装置１に要求される配光特性を説明するための図である。図１は、実施形態にかかる面状照明装置１の外形図であり、図１では、便宜上、面状照明装置１の発光面がＸ－Ｙ平面内にあり、面状照明装置１の厚み方向をＺ方向としている。

図１において、面状照明装置１は、略長方形状の板状の外形を有しており、フレーム９の開口９ａの内側から光が出射するようになっている。なお、面状照明装置１の外形は図示のものに限られない。図に示す「光軸シフト」は、光軸を傾けることを意味する。

図１に示す一例では、面状照明装置１のＹ軸の負方向側（図では斜め右下）に光軸を傾け、狭い視野範囲が要求されていることを示している。一方、図１に示す一例では、面状照明装置１のＸ軸方向における配光特性として、発光面の法線方向を光軸として広い視野範囲が要求されていることを示している。

そこで、面状照明装置１は、光源から出射された光を集光する第１の光学素子と、第１の光学素子によって集光された光の配光をＹ軸方向に対して傾ける第２の光学素子とを備える。Ｙ軸方向は、第１の軸方向の一例である。なお、実施形態は、第１の軸方向をＸ軸方向とする場合でも適用可能である。以下、実施形態の面状照明装置１の構成例について詳細に説明する。

図２は、図１に示す面状照明装置の概要を説明するための図である。図２は、図１に示す面状照明装置１のＡ－Ａ断面図を簡略化した図である。図２では、フレーム９は省略している。なお、以下では、Ａ－Ａ断面図を縦断図と記載する場合がある。また、図１に示す面状照明装置１のＢ－Ｂ断面図を横断図と記載する場合がある。

図２において、基板２の上には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等による複数の光源３が配置されている。なお、図２ではＹ軸方向に配置された複数の光源３が図示されているが、Ｘ軸方向おいても、複数の光源３が複数配置されている（後述する図４参照）。すなわち、基板２には、複数の光源３が２次元に配置されている。複数の光源３それぞれは、個別に駆動が行われ、いわゆるローカルディミングに対応することができる。

そして、複数の光源３の出射側には、複数の光源３から出射された光を集光する第１の光学素子が設けられた集光レンズ５が配置され、集光レンズ５によって集光された光の配光をＹ軸方向に対して傾ける第２の光学素子が設けられた配光レンズ６が配置される。集光レンズ５及び配光レンズ６について、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、図１に示す面状照明装置１を模式的に示す斜視図であり、図４は、図１に示す面状照明装置のＡ－Ａ断面図及びＢ－Ｂ断面図である。図４の左図は、縦断面図であるＡ－Ａ断面図であり、図４の右図は、横断面図であるＢ－Ｂ断面図である。なお、図４の縦断図には、Ｙ軸方向に対する光線のふるまいを模式的に示し、図４の横断図には、Ｘ軸方向に対する光線のふるまいを模式的に示している。

集光レンズ５は、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に延在し、複数の光源３から出射された光をＹ軸方向に対して集光するリニアフレネルレンズ５ａを第１の光学素子として有する。リニアフレネルレンズ５ａは、基板２に対向する面とは反対側の面（集光レンズ５の出射側の面）に設けられる。なお、Ｘ軸方向は、第２の軸方向の一例である。

リニアフレネルレンズ５ａは、シリンダ状の凸レンズをフレネルレンズとしたプリズム構造を有しており、Ｘ軸方向に延びる溝を有している。リニアフレネルレンズ５ａは、直下に配置される光源３のピッチ（Ｙ軸方向のピッチ）に合わせて溝が周期的に形成されている。

配光レンズ６は、集光レンズ５によって集光された光の配光をＹ軸方向に対して傾ける第２の光学素子として、Ｘ軸方向に延在するリニアプリズム６ａを有する。リニアプリズム６ａは、集光レンズ５に対向する面とは反対側の面（配光レンズ６の出射側の面）に設けられる。リニアプリズム６ａは、Ｘ軸方向に延在する略三角柱のプリズム構造を有し、Ｙ軸方向に連続して配置される。これにより、配光レンズ６の出射側の面には、Ｘ軸方向に延びる溝が形成される。リニアプリズム６ａのＹ－Ｚ面の断面形状は、三角形であり、底辺のＹ軸の正方向側の点と頂点とを結ぶ辺の底角は、底辺のＹ軸の負方向側の点と頂点とを結ぶ辺の底角より小さい。

図４の縦断図おいて、光源３から出射された光は、集光レンズ５に入射し、集光レンズ５の上側の面に設けられたリニアフレネルレンズ５ａによって屈折し、略平行光となって出射する。そして、図４の縦断図おいて、集光レンズ５から出射された平行光は、配光レンズ６に入射し、配光レンズ６の上側の面に設けられたリニアプリズム６ａによって光軸が傾けられて出射する。

一方、図４の横断図おいて、光源３から出射された光は、集光レンズ５に入射して、集光レンズ５の上側の面に設けられたリニアフレネルレンズ５ａによって略屈折されずに出射する。そして、図４の横断図おいて、集光レンズ５から出射された光は、配光レンズ６に入射して、配光レンズ６の上側の面に設けられたリニアプリズム６ａによっては略屈折されずに出射する。

このように、Ｙ軸方向に対しては、集光レンズ５は、複数の光源３から出射された光を集光して略平行光として配光レンズ６に効率よく入射させ、配光レンズ６は、入射光の光軸を傾けて出射させる。これにより、面状照明装置１は、要求される配光特性を高輝度で実現することができる。なお、実施形態は、Ｘ軸方向に対しては、光軸シフトは必要ではなく、また、要求される視野範囲が比較的広いので、複数の光源３から出射された光をＸ軸方向に対して集光する必要がない。このことから、実施形態の集光レンズ５には、Ｙ軸方向に延在するリニアフレネルレンズを設けておらず、配光レンズ６には、Ｙ軸方向に延在するリニアプリズムを設けていない。かかる構成による効果については後に詳述する。

更に、実施形態にかかる面状照明装置１は、配光レンズ６から出射した光を、要求されている視野範囲とするため、図２、図３及び図４に示すように、視野範囲調整レンズ７を配光レンズ６の出射側に配置する。視野範囲調整レンズ７は、図４に示すように、配光レンズ６に対向する面（入射側の面）に設けられる第１のレンチキュラーレンズ７ａと、配光レンズ６に対向する面とは反対側の面（出社側の面）に設けられる第２のレンチキュラーレンズ７ｂとを有する。

第１のレンチキュラーレンズ７ａは、Ｘ軸方向に延在し、Ｙ軸方向における視野範囲を調整する。第１のレンチキュラーレンズ７ａは、Ｘ軸方向に延在するかまぼこ状の微細半円筒型のプリズム構造を有している。また、第２のレンチキュラーレンズ７ｂは、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向における輝度分布を調整する。第２のレンチキュラーレンズ７ｂは、Ｙ軸方向に延在するかまぼこ状の微細半円筒型のプリズム構造を有している。

このように、実施形態では、集光を行うリニアフレネルレンズと、目標の光軸へ傾けるリニアプリズムと、集光と拡散との双方を行って視野範囲及び輝度分布を調整するレンチキュラーレンズとを組み合わせることで、高輝度化と均一性を確保しつつ、目標の視野範囲への配光制御を可能とすることができる。

なお、図３及び図４には図示していないが、面状照明装置１は、図２に示すように、視野範囲調整レンズ７の出射側に拡散シート８が配置されても良い。拡散シート８は、第１のレンチキュラーレンズ７ａや第２のレンチキュラーレンズ７ｂに起因する筋状のムラ等を解消するために有用である。

そして、直下型バックライトである面状照明装置１では、図２、図３及び図４に示すように、複数の光源３と、集光レンズ５との間には、複数の光源３が出射する光を効率良く集光レンズ５に入射させるため、リフレクタ４が配置されている。リフレクタ４は、図４に示すように、複数の光源３それぞれに対応する開口４ｂが配列されるように形成され、開口４ｂを囲う壁面が反射面４ａとなる壁部４ｃを有する。実施形態では、リフレクタ４は、開口４ｂを囲む４つの反射面４ａを有する。

実施形態の面状照明装置１は、Ｘ軸方向は広視野となり、Ｙ軸方向は狭視野となる視野特性が求められる。上記の実施形態では、主に上述した集光レンズ５、配光レンズ６、視野範囲調整レンズ７等のレンズ機能による光学特性の制御により、かかる視野特性を実現している。しかし、光源３とレンズとの中間に位置するリフレクタ４の構造によって、レンズを介して得られる視野特性が変化する可能性がある。従って、リフレクタ４の構造を、要求される特性に合わせることが、上述したレンズ機能により実現できた目標の視野範囲への配光制御を確実にするうえで好適である。

以下、実施形態にかかるリフレクタの構造について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、図３に示すリフレクタの斜視図であり、図６は、図３に示すリフレクタの正面図、Ｃ－Ｃ断面図（縦断面）及びＤ－Ｄ断面図（横断面）である。

壁部４ｃは、Ｙ軸方向に延在する複数の第１の壁部４ｃ－１とＸ軸方向に延在する複数の第２の壁部４ｃ－２とを格子状に組み立てた形状となっている。なお、壁部４ｃは、第１の壁部４ｃ－１の底面と第２の壁部４ｃ－２の底面が面一となるように組み立てられる。反射面４ａは、壁部４ｃの壁面である。Ｘ軸方向で隣り合う２つの第１の壁部４ｃ－１の間で対向する２つの反射面４ａ－１は、Ｚ軸正方向に向かうにつれて互いに離れるように傾斜している。また、Ｙ軸方向で隣り合う２つの第２の壁部４ｃ－２の間で対向する２つの反射面４ａ－２は、Ｚ軸正方向に向かうにつれて互いに離れるように傾斜している。リフレクタ４は、反射の効果を高めるため、例えば、白色の樹脂等により形成される。実施形態のリフレクタ４は、射出成型による成形品である。

そして、第１の壁部４ｃ－１の高さは、Ｘ軸方向に対する視野範囲により規定され、第２の壁部４ｃ－２の高さは、Ｙ軸方向に対する視野範囲により規定される。実施形態では、Ｙ軸方向においては、狭視野特性が求められるため、図６の縦断面に示すように、第２の壁部４ｃ－２の高さを高くする。第２の壁部４ｃ－２を高くすることで、光源３からの広い配光成分を反射面４ａ－２で反射させ、当該光源３に対応するセグメントのリニアフレネルレンズ５ａに集めることができる。

また、第２の壁部４ｃ－２を高くすることは、隣接するセグメントのリニアフレネルレンズ５ａへ入り込む光を遮断する役割も担っており、意図しない配光が発生することを回避する機能も有する。

一方、実施形態では、Ｘ軸方向においては、広視野特性が求められるため、図６の横断面に示すように、第１の壁部４ｃ－１の高さを低くすることで光源３からの広い配光成分を遮断せずに利用している。実施形態では、Ｘ軸方向（長手方向）に延びる第２の壁部４ｃ－２の高さは、Ｙ軸方向（短手方向）に延びる第１の壁部４ｃ－１の高さより高い。

そして、実施形態のリフレクタ４は、図４に示すように、開口４ｂが光源３の発光面より出射側に位置するように配置されている。光源３の発光面は、光源３の上面に対応する。換言すると、リフレクタ４の壁部４ｃの底面４ｄは、図４に示すように、光源３の発光面より高い位置になるように、基板２から浮いた状態で配置される。

実施形態では、基板２の短手方向（Ｙ軸方向）に対する集光のみを行うため、基板２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在する一軸のリニアフレネルレンズ５ａのみを採用している。その結果、実施形態では、長辺方向のレンズ位置ずれを無視することができる。なお、実施形態では、視野範囲調整レンズ７において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の双方においてレンチキュラーレンズを設けているが、レンチキュラーレンズは同一形状パターンのため、レンズ位置ずれの考慮は不要である。

リフレクタ４を基板２に接地させた場合、リフレクタ４の壁部４ｃと光源３とが近接した状態となり、リフレクタ４と光源３とが膨張伸縮した際に、互いに干渉してしまう可能性がある。これに対して、実施形態では、フレクタ４の開口４ｂを光源３の発光面から高い位置に配置しているので、リフレクタ４と光源３とが膨張伸縮しても、リフレクタ４の壁部４ｃと光源３とが接触する可能性がない。

光源３の間隔が狭いことから、リフレクタ４の底面４ｄを基板２の上に配置すると、底面４ｄを大きくすることができず、射出成型の成形性の観点からリフレクタ４の壁部４ｃを高くすることが困難である。一方、実施形態では、リフレクタ４の開口４ｂは、上面視において、光源３の発光面よりも大きいのであれば、光源３の外周よりも小さくすることができる。すなわち、実施形態では、開口４ｂを小さくすることができる。換言すると、実施形態では、底面４ｄを大きくすることができ、その結果、射出成型で作成されるリフレクタ４の壁部４ｃを高くすることができる。このようなことから、実施形態では、ローカルディミング時の高コントラスト化、不必要な配光の除去という効果が得られる。

（変形例）
上記実施形態で説明した面状照明装置１はあくまでも一例であり、種々の変更が可能である。以下では、面状照明装置１の変形例について説明する。

（第１の変形例）
第１の変形例の面状照明装置１は、実施形態と同様のプリズム構造（リニアフレネルレンズ５ａ、リニアプリズム６ａ、第１のレンチキュラーレンズ７ａ、第２のレンチキュラーレンズ７ｂ）を有するが、各プリズム構造の配置が、実施形態と異なる。

図７は、第１の変形例を説明するための図である。まず、第１の変形例の面状照明装置１は、第１レンズとして、実施形態と同じく、基板２に対向する面とは反対側の面にリニアフレネルレンズ５ａが設けられた集光レンズ５を第１レンズとして備える。そして、第１の変形例の面状照明装置１は、第２レンズ６０と第３レンズ７０とを備える。

第２レンズ６０は、第１レンズ（集光レンズ５）に対向する面に第２のレンチキュラーレンズ７ｂが設けられ、第１レンズ（集光レンズ５）に対向する面とは反対側の面にＸ軸方向に延在するリニアプリズム６ａが設けられる。第３レンズ７０は、第２レンズ６０に対向する面に第１のレンチキュラーレンズ７ａが設けられる。

第１の変形例では、Ｙ軸方向において、光源３から出射された光は、配光レンズ５（第１レンズ）の出射面で集光されて略平行光となり、第２レンズ６０の出射面で光軸が傾けられ、第３レンズ７０の入射面で視野範囲が調整される。また、第１の変形例では、Ｘ軸方向において、光源３から出射された光は、第２レンズ６０の入射面で輝度分布が調整される。かかるレンズの構成順序でも、実施形態と同様、高輝度化を確保しつつ、要求される配光特性を実現することができる。

そして、第３のレンズ７０は、第２レンズ６０に対向する面とは反対側の面に拡散面８０が形成されている。第１の変形例では、第２のレンチキュラーレンズ７ｂを、リニアプリズム６ａを有するレンズに設けることから、第３レンズ７０の上面に、拡散シート８と同様の機能を有する拡散面８０を形成することができ、部品点数を削減できる。

（第２の変形例）
第２の変形例の面状照明装置１は、実施形態と同様のプリズム構造（リニアフレネルレンズ５ａ、リニアプリズム６ａ、第１のレンチキュラーレンズ７ａ、第２のレンチキュラーレンズ７ｂ）を有するが、各プリズム構造の配置とレンズ点数が、実施形態と異なる。

図８は、第２の変形例を説明するための図である。第２の変形例の面状照明装置１は、第１レンズ５１と第２レンズ６１とを備える。第１レンズ５１は、基板２に対向する面にリニアフレネルレンズ５ａが設けられ、基板２に対向する面とは反対側の面にリニアプリズム６ａが設けられる。また、第２レンズ６１は、第１レンズ５１の出射側に配置され、第１レンズに対向する面に第２のレンチキュラーレンズ７ｂが設けられ、第１レンズ５１に対向する面とは反対側の面に第１のレンチキュラーレンズ７ａが設けられる。

第２の変形例では、Ｙ軸方向において、光源３から出射された光は、第１レンズ５１の入射面で集光されて略平行光となり、第１レンズ５１の出射面で光軸が傾けられ、第２レンズ６１の出射面で視野範囲が調整される。一方、第２の変形例では、Ｘ軸方向において、光源３から出射された光は、第２レンズ６１の入射面で輝度分布が調整される。かかるレンズの構成順序でも、実施形態と同様、高輝度化を確保しつつ、要求される配光特性を実現することができる。

（第３の変形例）
第３の変形例の面状照明装置１は、第２の変形例と同様、２つのレンズで構成され、実施形態と同様のプリズム（リニアフレネルレンズ５ａ、第１のレンチキュラーレンズ７ａ、第２のレンチキュラーレンズ７ｂ）を有するが、光軸シフト用のリニアプリズムの形状がリニアプリズム６ａと異なる。

図９は、第３の変形例を説明するための図である。第３の変形例の面状照明装置１は、第１レンズ５２と第２レンズ６２とを備える。第１レンズ５２は、基板２に対向する面にリニアフレネルレンズ５ａが設けられ、基板２に対向する面とは反対側の面に第２のレンチキュラーレンズ７ｂが設けられる。また、第２レンズ６２は、Ｘ軸方向に延在するリニアプリズム６２ａを第２の光学素子として有し、第１レンズ５２に対向する面にリニアプリズム６２ａが設けられ、第１レンズ５２に対向する面とは反対側の面に第１のレンチキュラーレンズ７ａが設けられる。

リニアプリズム６２ａは、Ｘ軸方向に延在する略三角柱のプリズム構造を有し、Ｙ軸方向に連続して配置される。リニアプリズム６２ａのＹ－Ｚ面の断面形状は、逆三角形であり、底辺のＹ軸の正方向側の点と頂点とを結ぶ辺の底角は、底辺のＹ軸の負方向側の点と頂点とを結ぶ辺の底角より大きい。

第３の変形例では、Ｙ軸方向において、光源３から出射された光は、第１レンズ５２の入射面で集光されて略平行光となり、第２レンズ６２の入射面で光軸が傾けられ、第２レンズ６２の出射面で視野範囲が調整される。一方、第３の変形例では、Ｘ軸方向において、光源３から出射された光は、第１レンズ５２の出射面で輝度分布が調整される。かかるレンズの構成順序でも、実施形態と同様、高輝度化を確保しつつ、要求される配光特性を実現することができる。

なお、レンズ構成は、上記の変形例１～３に限定されない。例えば、第１レンズ５２において、入射面に第２のレンチキュラーレンズ７ｂを設け、出射面にリニアフレネルレンズ５ａを設ける等、任意の構成とすることができる。なお、上記の実施形態、変形例１～３では、リフレクタ４の底面を光源３の発光面より高い位置に配置しているが、リフレクタ４と光源３との干渉が回避でき、視野範囲の調整が可能であれば、リフレクタ４の底面が基板２に接地されていても良い。

（第４の変形例）
第４の変形例では、リフレクタの変形例について説明する。図１０は、第４の変形例を説明するための図である。上述したように、第１の壁部４ｃ－１の高さは、Ｘ軸方向の視野範囲に合わせて調整し、第２の壁部４ｃ－２の高さは、Ｙ軸方向の視野範囲に合わせて調整していた。図１０に示す第４の変形例では、Ｙ軸方向もＸ軸方向も同程度の狭い視野範囲であることから、第１の壁部４ｃ－１の高さと第２の壁部４ｃ－２の高さとが同じ高さとなっている。

（第５の変形例）
第５の変形例でも、リフレクタの変形例について説明する。図１１は、第５の変形例を説明するための図である。第５の変形例は、図１１に示すように、広視野となる方向であるＸ軸方向については、隣り合う光源３の間にＹ軸方向に延在する反射面を設けないリフレクタ構造となる。

すなわち、図１１に示すように、壁部４ｃは、Ｘ軸方向に延在し、複数の光源３がＹ軸方向において配置される間隔に合わせて、Ｙ軸方向に沿って複数配置される。そして、壁部４ｃの高さは。Ｙ軸方向に対する視野範囲により規定される。

（第６の変形例）
第６の変形例では、実施形態で説明した集光レンズ５の変形例について説明する。図１２は、第６の変形例を説明するための図である。上記では、基板２のＹ軸方向に対する集光のみを行っていたが、要求される配光特性を実現できるのであれば、基板２のＸ軸方向に対する集光も行っても良い。

第６の変形例では、図１２に示すように、第１光学素子として、Ｘ軸方向に延在し、Ｙ軸方向に対して集光する第１のリニアフレネルレンズであるリニアフレネルレンズ５ａと、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向に対して集光する第２のリニアフレネルレンズ５ｂとを有する。第２のリニアフレネルレンズ５ｂは、シリンダ状の凸レンズをフレネルレンズとしたプリズム構造を有しており、Ｙ軸方向に延びる溝を有している。第２のリニアフレネルレンズ５ｂは、直下に配置される光源３のＸ軸方向のピッチに合わせて溝が周期的に形成されている。図１２に示す第６の変形例の集光レンズ５は、入射側に第２のリニアフレネルレンズ５ｂを設け、出射側に第１のリニアフレネルレンズ５ａを設けているが、逆の配置としても良い。

（第７の変形例）
第７の変形例では、第６の変形例とは異なるプリズム構造で、Ｙ軸方向もＸ軸方向も集光する集光レンズ５の変形例を説明する。第７の変形例では、図１３に示すように、第１光学素子として、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に対して集光する同心円フレネルレンズ５ｃを有する。同心円フレネルレンズ５ｃは、凸レンズを同心円状の領域に分割し厚みを減らしたレンズであり、のこぎり状の断面を持つ。同心円フレネルレンズ５ｃは、直下に配置される光源３に対応して、光源３の灯数分設けられる。図１３に示す第７の変形例の集光レンズ５は、出射側に同心円フレネルレンズ５ｃを設けているが、入射側に設けても良い。

なお、上記の実施形態や変形例では、要求される配光特性を実現するため、リニアフレネルレンズ５ａ、第１のレンチキュラーレンズ７ａ、第２のレンチキュラーレンズ７ｂ等のプリズムによる配光制御と、リフレクタ４の壁の高さによる配光制御とを組み合わせた場合を説明したが、これに限定されない。要求される配光特性を実現するのであれば、プリズムによる配光制御のみを行っても良いし、リフレクタ４の壁の高さによる配光制御のみを行っても良い。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 面状照明装置、２ 基板、３ 光源、４ リフレクタ、４ａ,４ａ－１，４ｂ－１ 反射面、４ｂ 開口、４ｃ 壁部、４ｃ－１ 第１の壁部、４ｃ－２ 第２の壁部、５ 集光レンズ、５ａ リニアフレネルレンズ（第１のリニアフレネルレンズ）、６ 配光レンズ、６ａ リニアプリズム、７ 視野範囲調整レンズ、７ａ 第１のレンチキュラーレンズ、７ｂ 第２のレンチキュラーレンズ、８ 拡散シート、９ フレーム

Claims (15)

1. 液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置であって、
   第１の軸方向と前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向とに対して複数の光源が分散されて、２次元に配置された基板と、
   前記複数の光源の出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を前記第２の軸方向に沿う列ごとに集光し、略平行光として出射する第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子によって集光され、略平行光となった光の進行方向を前記第１の軸方向に対して傾けて所定の方向に出射する第２の光学素子と、
   前記基板に対向する面とは反対側の面、または、前記基板に対向する面に前記第１の光学素子が一体的に形成された板状のレンズと、
   を備え、
   前記第１の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する複数のリニアフレネルレンズが前記列ごとに前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
   前記第２の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する同一形状の複数のリニアプリズムが前記第１の軸方向に対して連続的に形成される、
   面状照明装置。
2. 液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置であって、
   第１の軸方向と前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向とに対して複数の光源が分散されて、２次元に配置された基板と、
   前記複数の光源の出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を前記第２の軸方向に沿う列ごとに集光し、略平行光として出射する第１の光学素子と、
   前記第１の光学素子によって集光され、略平行光となった光の進行方向を前記第１の軸方向に対して傾けて所定の方向に出射する第２の光学素子と、
   前記基板に対向する面とは反対側の面、または、前記基板に対向する面に前記第１の光学素子が一体的に形成された板状のレンズと、
   前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に延在し、前記第１の軸方向における視野範囲を調整する第１のレンチキュラーレンズと、
   前記第１の軸方向に延在し、輝度分布を調整する第２のレンチキュラーレンズと、
   を備え、
   前記第１の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する複数のリニアフレネルレンズが前記列ごとに前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
   前記第２の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する同一形状の複数のリニアプリズムが前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
   前記第１の軸方向に延在し、かつ、前記複数の光源から出射された光を第２の軸方向に対して集光する前記第１の光学素子が設けられておらず、かつ、前記第１の軸方向において延在し、かつ、前記複数の光源から出射された光を第２の軸方向に対して傾ける前記第２の光学素子が設けられていない、
   面状照明装置。
3. 前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に延在し、前記第１の軸方向における視野範囲を調整する第１のレンチキュラーレンズと、
   前記第１の軸方向に延在し、輝度分布を調整する第２のレンチキュラーレンズと、
   を更に備える、請求項１に記載の面状照明装置。
4. 前記リニアフレネルレンズを前記第１の光学素子として有し、前記基板に対向する面とは反対側の面に前記リニアフレネルレンズが設けられる集光レンズと、
   前記リニアプリズムを前記第２の光学素子として有し、前記集光レンズに対向する面とは反対側の面に前記リニアプリズムが設けられる配光レンズと、
   前記配光レンズの出射側に配置され、前記配光レンズに対向する面に前記第１のレンチキュラーレンズが設けられ、前記配光レンズに対向する面とは反対側の面に前記第２のレンチキュラーレンズが設けられる視野範囲調整レンズと、
   を備える、請求項２または３に記載の面状照明装置。
5. 前記視野範囲調整レンズの出射側に配置される拡散シート、
   を更に備える、請求項４に記載の面状照明装置。
6. 前記リニアフレネルレンズを前記第１の光学素子として有し、前記基板に対向する面とは反対側の面に前記リニアフレネルレンズが設けられる第１レンズと、
   前記第１レンズに対向する面に前記第２のレンチキュラーレンズが設けられ、前記第１レンズに対向する面とは反対側の面に前記リニアプリズムを前記第２の光学素子として有する第２レンズと、
   前記第２レンズに対向する面に前記第１のレンチキュラーレンズが設けられる第３レンズと、
   を備える、請求項２または３に記載の面状照明装置。
7. 前記第３レンズは、前記第２レンズに対向する面とは反対側の面に拡散面が形成されている、請求項６に記載の面状照明装置。
8. 前記リニアフレネルレンズを前記第１の光学素子として有し、前記リニアプリズムを前記第２の光学素子として有し、前記基板に対向する面に前記リニアフレネルレンズが設けられ、前記基板に対向する面とは反対側の面に前記リニアプリズムが設けられた第１レンズと、
   前記第１レンズの出射側に配置され、前記第１レンズに対向する面に前記第２のレンチキュラーレンズが設けられ、前記第１レンズに対向する面とは反対側の面に前記第１のレンチキュラーレンズが設けられる第２レンズと、
   を備える、請求項２または３に記載の面状照明装置。
9. 前記リニアフレネルレンズを前記第１の光学素子として有し、前記基板に対向する面に前記リニアフレネルレンズが設けられ、前記基板に対向する面とは反対側の面に前記第２のレンチキュラーレンズが設けられた第１レンズと、
   前記リニアプリズムを前記第２の光学素子として有し、前記第１レンズに対向する面に前記リニアプリズムが設けられ、前記第１レンズに対向する面とは反対側の面に前記第１のレンチキュラーレンズが設けられる第２レンズと、
   を備える、請求項２または３に記載の面状照明装置。
10. 前記第１の光学素子として、前記第２の軸方向に延在し、前記第１の軸方向に対して集光する第１のリニアフレネルレンズと、前記第１の軸方向に延在し、前記第２の軸方向に対して集光する第２のリニアフレネルレンズを有する、請求項１に記載の面状照明装置。
11. 前記複数の光源それぞれに対応する開口が配列されるように形成され、前記開口を囲う壁面が反射面となる壁部を有するリフレクタを備える、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の面状照明装置。
12. 前記複数の光源それぞれは、個別に駆動が行われる、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の面状照明装置。
13. 液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置であって、
    第１の軸方向と前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向とに対して複数の光源が分散されて、２次元に配置された基板と、
    前記複数の光源の出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を前記第２の軸方向に沿う列ごとに集光し、略平行光として出射する第１の光学素子と、
    前記第１の光学素子によって集光され、略平行光となった光の進行方向を前記第１の軸方向に対して傾けて所定の方向に出射する第２の光学素子と、
    前記基板に対向する面とは反対側の面、または、前記基板に対向する面に前記第１の光学素子が一体的に形成された板状のレンズと、
    前記複数の光源それぞれに対応する開口が配列されるように形成され、前記開口を囲う壁面が反射面となる壁部を有するリフレクタと、
    を備え、
    前記第１の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する複数のリニアフレネルレンズが前記列ごとに前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
    前記第２の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する同一形状の複数のリニアプリズムが前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
    前記壁部は、全体の外形を形成する壁部と、前記全体の外形を形成する壁部を除く壁部と、を有し
    前記全体の外形を形成する壁部を除く壁部は、前記第１の軸方向に延在する複数の第１の壁部と前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に延在する複数の第２の壁部とを格子状に組み立てた形状であり、
    前記第１の壁部の高さは、前記第２の軸方向に対する視野範囲により規定され、
    前記第２の壁部の高さは、前記第１の軸方向に対する視野範囲により規定され、
    前記第１の壁部の高さと、前記第２の壁部の高さとが互いに異なり、
    前記第２の壁部の高さは、前記第１の壁部の高さより高く、
    前記第１の壁部の高さにより規定される前記第２の軸方向に対する視野範囲は、前記第２の壁部の高さにより規定される前記第１の軸方向に対する視野範囲よりも広い、
    面状照明装置。
14. 液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置であって、
    第１の軸方向と前記第１の軸方向に直交する第２の軸方向とに対して複数の光源が分散されて、２次元に配置された基板と、
    前記複数の光源の出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を前記第２の軸方向に沿う列ごとに集光し、略平行光として出射する第１の光学素子と、
    前記第１の光学素子によって集光され、略平行光となった光の進行方向を前記第１の軸方向に対して傾けて所定の方向に出射する第２の光学素子と、
    前記基板に対向する面とは反対側の面、または、前記基板に対向する面に前記第１の光学素子が一体的に形成された板状のレンズと、
    前記複数の光源それぞれに対応する開口が配列されるように形成され、前記開口を囲う壁面が反射面となる壁部を有するリフレクタと、
    を備え、
    前記第１の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する複数のリニアフレネルレンズが前記列ごとに前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
    前記第２の光学素子は、前記第２の軸方向に延在する同一形状の複数のリニアプリズムが前記第１の軸方向に対して連続的に形成され、
    前記壁部は、第１の軸方向に延在する複数の第１の壁部と前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に延在する複数の第２の壁部とを格子状に組み立てた形状であり、
    前記第１の壁部の高さは、前記第２の軸方向に対する視野範囲により規定され、
    前記第２の壁部の高さは、前記第１の軸方向に対する視野範囲により規定され、
    前記第２の軸方向よりも狭い視野範囲の配光制御を行う前記第１の軸方向において、前記第１の壁部より高さが高い前記第２の壁部の前記反射面が、前記光源を挟んで対向するように配置される、
    面状照明装置。
15. 前記壁部の底面は、前記光源の発光面より出射側に位置するように配置される、請求項１３または１４に記載の面状照明装置。
    

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