JP2007109608A - 照明装置及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光透過率を向上させ、高輝度化と輝度均一性を高めた照明装置おいて、面内均
一性を改善しかつ光制御部材の反りやたわみを防止する。
【解決手段】複数の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有し、前記線状光源および前記反射板からの光を屈折透過および反射する光制御部材と、光制御部材を保持する突起とから少なくとも構成される照明装置において、該突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有し、前記線状光源および前記反射板からの光を屈折透過および反射する光制御部材と、光制御部材を保持する突起とから少なくとも構成される照明装置、並びに該照明装置上に透過型表示素子を設けた表示装置に関する。

近年、照明分野や透過型ディスプレイの分野では、特に高輝度化・薄型かつ輝度均一性が求められており、複数の線状光源と、その背面に設けられた反射板と、発光面をなす光拡散板を組み合わせた構成である直下型照明装置が好ましく用いられている。かかる直下型照明装置は、線状光源から放射される光束の有効利用効率（ランプから放射される光束のうち発光面から放射される割合）が高く、かつ使用する線状光源数を増やすことができるため発光面の高輝度化が容易である。このような直下型照明装置では、線状光源の真上に比較的短い距離で光拡散板を配置することから、線状光源のランプイメージを消すことを目的に多量の光拡散性微粒子を含有した光拡散板が通常使用されていた。しかし、光拡散性微粒子を多量に含有した光拡散板では拡散特性は良好であるものの、光拡散性微粒子に起因する光ロスおよび光反射率が高く、光の利用効率が低下するという問題があった。このため近年では、光拡散性微粒子を含有させることなくランプのイメージを消す方法としてプリズムレンズ等による光制御部材の開発が行われている（特許文献１参照）。

また、照明装置を薄型にしたときには線状光源と光拡散板の距離がより短くなるため、また、照明装置を大型化したときには光拡散板の自重が大きくなるため、光拡散板が線状光源の熱および自重等により変形するといった問題があった。そこで、上記照明装置に用いる光拡散板の線状光源方向への反りやたわみを抑える方法として、光拡散板を保持して光拡散板のたわみを抑制する目的で、例えば、反射板上に突起を設けた照明装置が用いられていた。この場合、光拡散板等による反射率が高いため、一般には前記突起は不透明である周辺の反射板と同じ素材を用いるかあるいは同色とすることにより、その陰影が光拡散板へ投影されること防止していた。一方、突起壁などの特殊な形状の突起を用いる場合には、透明な材料が用いられることもあった（特許文献２参照）。

特開２００２−３５２６１１号公報（特許請求の範囲、図１等） 特開平５−１１９３１６号公報（特許請求の範囲、図３等）

しかしながら、照明装置の明るさを向上する目的で、光利用効率が高く光透過率の高い光制御部材を用いた場合には、前記反射板上に設けた突起の影が光制御部材を通して見えてしまうという問題が発生する場合があった。さらに、光学表面パターンとしてプリズムなどを使用した光制御部材を用いた場合には、突起の影が２重に見えるといった問題も新たに発生した。近年、上記照明装置に対して更なる高輝度が求められているため、照明装置に用いられる光制御部材に対しても光線透過率の向上が一層求められていることから突起に起因する陰影の改善についても求められている。

したがって、本発明は、複数の線状光源と前記線状光源からの光を反射する反射板を有する照明装置において、線状光源のイメージを消す目的に使用される光制御部材の光透過率が高い場合であっても、光制御部材を保持する目的で使用される突起が光制御部材に対して実質的に影を投影しない材質または形状であることにより、明るくまた面均一性の高い照明装置を提供することを目的とする。また、本発明は、上記照明装置にさらに透過型表示素子を設けた表示装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、直下型照明装置に用いる突起の形状あるいは光制御部材の構成を工夫することにより解決できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、複数の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有し、前記線状光源および前記反射板からの光を屈折透過および反射する光制御部材と、光制御部材を保持する突起とから少なくとも構成される照明装置において、該突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下である照明装置である。なお、本明細書においては、光制御部材の主面に平行な面で突起を切断した断面のことを「突起の水平断面」と称することとする。

請求項１に記載の発明は、複数の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、前記線状光源および前記反射板からの光を屈折透過および反射する光制御部材と、前記光制御部材を保持する突起とから少なくとも構成される照明装置において、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、線状光源及び光制御部材がこの順に配置され、前記突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であり、該光制御部材が主として受光する光入射面と、主として出光する光出射面とを備え、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有し、任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍ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、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倍であることを特徴とする照明装置である。

請求項２に記載の発明は、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成す角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置である。

請求項３に記載の発明は、上記光制御部材の入射面が平坦であり、出射面に前記凹凸形状が形成されており、該出射面に直交し、該凹凸形状の頂部を含む、少なくとも所定の一方向における断面の光出射部分における輪郭線が、該光制御部材の屈折率がｎであるとき、該輪郭線の傾きθ２が０≦｜Sin^−１（ｎ・sin（θ２−Sin^−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ２｜≦（π／１２）を満たし、前記傾きθ２がSin^−１(１／ｎ)未満である領域Ｘを含み、該領域Ｘは前記凹凸形状の頂部を含み、該領域Ｘの出射面と平行な方向成分の長さｘと輪郭線全体の該出射面と平行な方向成分の長さＰの割合が０．１５〜０．８０であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置である。

請求項４に記載の発明は、上記光制御部材は、上記出射面に直交し、かつ、上記凹凸形状の頂部を含む、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、延長線の交差する角度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１〜３のいずれか１項記載の照明装置である。

請求項５に記載の発明は、上記光制御部材の出射面上に複数の凹凸形状が形成され、該出射面に直交し、かつ、該出射面上の前記凹凸形状の頂部を含む、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１〜４のいずれか１項に記載の照明装置である。

請求項６に記載に発明は、請求項１〜５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表示装置である。

請求項１の構成によれば、突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であるため、高い光透過性を有する光制御部材を採用した場合でも突起の陰影が見えにくく、輝度が高く明るい照明装置を提供することが可能となる。この場合従来と同様、突起により光制御部材のたわみを保持できるため、光制御部材の反りやたわみを抑えることが可能である。
また、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、上記線状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。

請求項２の構成によれば、以上の効果に加えて、多くの照明装置として好ましい正面輝度の高い照明装置を提供できる。

請求項３に記載の構成によれば、以上の効果に加えて、出射面の法線に対して（−π／１２）〜（π／１２）の範囲の角度に出光を制御しやすいので、多くの照明装置として好ましい正面輝度の高い照明装置を提供できる。

請求項４の構成によれば、以上の効果に加えて、凹凸形状の直線部と曲線部で異なる光制御をすることで、拡散性と出光方向制御を容易に両立できる。

請求項５の構成によれば、以上の効果に加えて、線状光源の最も顕著にムラが発生する線状光源と垂直な方向の輝度ムラを、線状光源と平行な畝状の凹凸形状によって効率よく解消できる。

請求項６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及び拡散された光線が、透過型表示素子を透過する。この結果、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表示装置を容易に得ることができる。ここで、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表示機能を有する機器のことを言う。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の照明装置は、複数の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有し、前記線状光源および前記反射板からの光を屈折透過および反射する光制御部材と、光制御部材を保持する突起とから少なくとも構成される照明装置であって、該突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状で、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。

次に、図面を参照しながら本発明の実施形態である照明装置の構造と機能を説明する。
まず、図１に、本発明の一つの実施形態例である液晶表示装置用バックライト照明装置の横断面図を示す。図１に示された実施態様においては、バックライト照明装置（バックライトモジュール）Ａは冷陰極管等の線状光源Ｃ、光制御部材Ｂ、反射板Ｄ、及び突起Ｅから構成される。
次に、図２及び図３には、図１の突起が配置された近傍部分に相当する具体的な態様の拡大図を、図４には、光制御部材を取り外したバックライト装置を上方から見た図を、そして、図５には、好ましい態様の光制御部材を取り付けた状態のバックライト装置を斜め上方から見た部分拡大図をそれぞれ模式的に示す。

図示の如く、本発明の上記実施態様で示したバックライト照明装置は、冷陰極管等の線状光源Ｃと、光制御部材Ｂと、反射板Ｄと、突起Ｅより構成されるが、突起Ｅは、光制御部材Ｂを固定する手段として、例えば、図４のように、バックライト照明装置の縦方向の中心部に、また、横方向には対称に取り付けられる。ただし、この突起の位置や個数は、バックライト照明装置の大きさや光制御部材のたわみ具合などにより適宜変更され、複数設けてもよい。以下の説明では図４に示す通り、バックライト照明装置の縦方向の中心部に、また、横方向には左右対称に１つずつ、合計２つ取り付けた例について説明する。

光制御部材Ｂは、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有するものであれば使用可能であり、後述するように少量の光拡散性微粒子が混合されていてもよいが、任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源Ｍ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、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倍であるものが好ましく採用される。図２、図３、図５、図６及び図７では、光制御部材Ｂの入光面に平坦である面が形成され、出光面に図８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のシリンドリカル状の突起が形成され、入光面を線状光源側に向け、線状光源である冷陰極管の長手方向と出光面のプリズム稜線が略一致する方向に配置されている。また、上記突起Ｅは、図２に示すように反射板Ｄと粘着テープなどにより一体化されていてもよいし、図３に示すように反射板に埋め込まれていてもよい。

次いで、突起Ｅによって光制御部材に影が出る原因について説明する。本発明の好ましい態様で示すような光制御部材では、図６、７に示すように、線状光源からの光の方向を光の屈折透過および反射の原理を利用して制御し、明るい面線状光源としている。このとき、不透明材料からなる突起により線状光源からの光線が遮蔽されると、図９に示すようにこの光線は光制御部材に到達することができず、その結果、光制御部材の出光面から見ると前記突起の影が見えることになる。特に、本発明における少なくても一方の面に凹凸形状を形成する光制御部材を使用した場合は、不透明材料からなる突起の影が２重に見えるといった問題が発生する場合がある。

一方、従来の光制御部材の代わりに使用されていた光拡散性微粒子を多量に含む光拡散板では、光散乱作用が強いため、光拡散板の入射面に突起部による光遮蔽部があった場合でも、他の光入光部からの散乱光により、光拡散板出射面において突起部の影を認識されることはほとんどなかった。突起部の影を認識可能となる光散乱作用の度合いは、光拡散性微粒子の特性にも影響されるが、おおよそ光拡散性微粒子の濃度に依存し、１質量部未満の光拡散性微粒子を含む光拡散板である場合に突起部の影が認識されることとなる。

このため、本発明の照明装置に用いる突起は、光拡散性微粒子の含有量が１質量部未満である光制御部材に対してもその影を投影しない形状または材質であることが必要である。具体的に好ましい突起の形状・材質などについて以下に説明する。

本発明の照明装置に用いる突起の水平断面形状としては、円形であることが重要であるが、厳密な意味での円形である必要はなくほぼ円形である場合も含まれる。例えば、長軸の長さに対する短軸の長さの比が０．８以上の楕円や正１６角形以上の正多角形も本発明における円形とみなすことができるがそれらの形状に限られないことはいうまでもない。
本発明の一態様である照明装置では、図６、７に示すように線状光源からの光は光制御部材で直接屈折透過および反射して進む。このため、突起の水平断面が四角形等の所謂エッジを有する形状の場合、エッジの両側で光線の進む方向が急激に変化するため、光制御部材の出射面で突起の影が発生し易くなる。一方、突起の水平断面が比較的扁平な楕円形状の場合、線状光源からの突起を通過した光の広がり状態が楕円の長軸方向と短軸方向で大きく異なるため、この場合にも観察する方向により突起の影が発生し易くなる。つまり、突起の水平断面形状をほぼ円形とすることにより、あらゆる方向から観察した場合であっても、突起の影を認識しがたくなり好ましい。

また、本発明の照明装置に用いる突起は光透過性材料で形成されていることが重要である。突起を形成する材料としては、透明材で形成するのが好ましく、いわゆる透明であれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでも好ましく用いられる。その具体例としては、（メタ）アクリル系樹脂、（メタ）アクリルスチレン系共重合樹脂、スチレン系樹脂、芳香族ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、エチレン酢酸ビニル系共重合樹脂、塩化ビニル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。突起が、不透明な材料から形成されている場合には、光制御部材に影を投影してしまい、好ましくない。なお、影を発生させない光透過性材料の光透過率は６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。

そして、本発明の照明装置に用いる突起の形状としては、断面がほぼ円形で、光制御部材を保持するべく、直径１〜１０ｍｍ程度、好ましくは直径１〜６ｍｍ程度のものが採用されるが、光制御部材と接する突起先端部の直径は１ｍｍ以下であることが重要であり、０．１〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることがより好ましい。光制御部材の光入射面側にプリズムが形成される場合には、プリズムピッチの倍以上であることが光制御部材を保持する上で好ましく、先端部の直径は０．１〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、０．１〜０．８ｍｍの範囲であることがより好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。線状光源からの光は一般に拡散光であるため、影となる光線の光路を考えたとき、拡散光の作用により突起の影は薄くなる。しかし、光制御部材と突起が接している点では、光の拡散作用がほとんどないため、突起の影がそのまま見えることになる。従って、突起と光制御部材の接する点は、通常小さければ小さいほど好ましいといえる。また、突起の先端部は平面である場合に限らず、光入射面及び／又は光出射面に形成される凹凸形状と突起先端部の接触に支障のない範囲で緩やかな凹凸形状を有していてもよい。

突起の配置形態としては、図２に示すような反射板Ｄ上に配置した形態の他光制御部材Ｂ上に影となって投影されないものであれば他の形状または構造であっても構わない。例えば、図３に示すように反射板Ｄに埋め込む形にしてもよいし、また、線状光源Ｃと光制御部材Ｂとを一つの突起部Ｅで双方を支える形にしても良い。

また、本発明の照明装置に用いる光制御部材としては、任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源M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、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倍であるものが好ましい。このような光制御部材としては、図５、図６及び図７に示すように光入射面に平坦面を設け、光出射面に凹凸形状を設けている。この平坦な入射面と出射面の凹凸形状により、線状光源の真上の部分つまり光制御部材に対して垂直に入射する光の一部は屈折透過するが、一部は全反射により透過せずに線状光源側へ戻ってくる。さらに、線状光源間部に入射してくる光も光制御部材に対してほぼ垂直に出射されることから、光制御部材からの出射光は面内に一様に分散され、照明装置は高い輝度を得ることができる。

図５に示すように、光入射側から光出射側に向かって反射板、線状光源、および光制御部材がこの順序で配置され、該光制御部材は規則的な複数の凹凸形状：出射面凹凸を有する。このように、反射板と光制御部材の間に複数の線状光源を配置して成る照明装置にあっては、図１０に示す様に、前記光制御部材の入射面に相当する仮想面へ入射した光は、各線状光源の直上部分と、隣り合う線状光源同士の間の部分とでは光入射エネルギーが異なる。

即ち、各線状光源位置に対向する真上領域では、線状光源に近いため入射エネルギーが大きい一方、複数の線状光源同士の間の位置に対向する非真上領域（各線状光源の斜上部分）では、線状光源から離れているため入射エネルギーは小さい。

また、図１１に示す様に、前記仮想面に対する入射エネルギーの角度分布図、即ち、入射角度に対する輝度の分布図では、仮想面に対し垂直方向に入射した光線の輝度が最大値を示す。一方、図１２に示す様に、仮想面に対する出射エネルギーの角度分布図、即ち、出射角度に対する輝度の分布図では、仮想面に対し斜め方向に入射した光線の輝度、特に、前記隣り合う線状光源同士の間の中央位置近傍における光線の輝度が最大値を示す。

本発明に係る照明装置においては、図１３に示すように、任意の線状光源Ｍと、該線状光源Ｍに対し最近傍に位置する別の線状光源Ｎとの距離をＤ、該線状光源Ｍと光制御部材との距離をＨとした場合、該光制御部材の入射面上における任意の点について、該入射面に入光した光が該光制御部材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。

ここで、前述の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。

図１４に、平坦な入射面を有する測定対象物へ入射角βで入射した平行光における全光線透過率の測定方法を示す。同図に示すように、積分球の開口部の下側にこれを閉鎖するように測定対象物を設置し、レーザー光もしくはレンズでコリメートした平行光を、測定対象物の法線方向に対しβの角度で入射させる。

而して、測定対象物を透過した光は積分球内で乱反射され、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、測定対象物を図示のように設置して、角度βで平行光を入射した場合の検出器の出力をＶ（β）、測定対象物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。

図１３に示す様に、前記角度αは、線状光源Ｍまたは線状光源Ｎから発した光が、該線状光源Ｍと線状光源Ｎとの中間点の直上位置の光制御部材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、各線状光源Ｍ，Ｎの真上の部分と、線状光源Ｍと線状光源Ｎの間の部分において、光制御部材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。

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、複数の各線状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、光制御部材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。先ず、該具体的手段の第１の例としては、図５に示したように、光制御部材の出射面に複数の凹凸形状を設けた態様が挙げられる。凹凸形状９がストライプ状に形成された好適な断面形状を、図８に示す。

該凹凸形状の断面形状は、光制御部材の出射面に直交し、凹凸形状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場合の輪郭線から成る。該輪郭線は、延長線が交差する角度θが鋭角である２つの略直線（部）と、該２つの略直線（部）の各一端同士を結ぶ曲線（部）とから構成され、かつ、輪郭線の頂部が凸状の曲線である。

ここで、前記所定の一方向とは、線状光源Ｍから線状光源Ｎへの方向に平行な方向を意味する。また、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。

図１５、図１６に出射面に断面が略楕円形状の凹凸形状２を形成した場合の光線の挙動を示した。凹凸形状を略楕円形状で構成することで、凹凸形状裾部１１の傾きの絶対値を０≦｜Sin^−１（ｎ・sin（θ２−Sin^−１（（１／ｎ）・sinα）））―θ２｜≦（π／１２）を満たすθ２以下であるようにとっている。

図１８では、法線に対して角度αで入射する斜め入射光は凹凸形状裾部において屈折作用により光制御部材Ｂから略正面方向に出射させることができる。

これは次の理由による。
凹凸形状裾部の傾きをγ、光制御部材への入射角度をφ1、光制御部材の屈折率をｎとすると図１０に示す様に、光制御部材の凹凸形状の一方の裾部から透過する光の光制御部材法線方向に対する角度φ5は下記の通り求めることが出来る。
φ₂=Ｓｉｎ^−１｛（ｓｉｎφ₁）／ｎ｝
φ₃＝γ−φ₂
φ₄＝Ｓｉｎ^−１（ｎ×ｓｉｎφ₃）
φ₅＝φ₄−γ
すなわち、φ₅＝Sin^−１（ｎ・sin（γ−Sin^−１（（１／ｎ）・sinφ₁）））―γ
本発明の主旨から光線の出射方向は正面方向であることが好ましい。従って、φ₁＝αの場合、−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を選択することが好適である。

例えば、線状光源間距離Ｄを３３ｍｍ、線状光源中心から光制御部材までの最短距離Ｈを１５ｍｍ、光制御部材の屈折率ｎを１．５４とすると、５２°≦γ≦６９°（４２°≦θ２≦７６°）であることが望ましい。また、５７°≦γ≦６８°（４４°≦θ２≦６６°）であることがより望ましい。さらには、６２°≦γ≦６７°（４６°≦θ２≦５６°）となるように、γを選択することが好適である。

凹凸形状頂部は出射面に対する傾きの絶対値θ２がSin^−１(１／ｎ)未満である領域Xを持っている。このように領域Xの傾きθ２は複数の値を取る事ができる。曲線部であることで連続的にθ２が変化することで、分散方向を連続的に変化させることができ、より高い輝度均一性が得られる。また望ましくは凹凸形状頂部の任意の点の傾きは凹凸形状裾部の出射面に対する傾きの絶対値以下である。これは成形の容易性、光の方向制御の容易性から望ましい。

また図１６に示す様に光制御部材Ｂに垂直に入射した光１４は一部が方向を分散しつつ出射すると同時に、凹凸形状表面に入射した光の一部は反射光１６として入射側に戻ることで、全光線透過率を抑えることが可能となる。これによって輝度均一性が高く、高輝度な照明装置を得ることができる。

凹凸形状の形状としては、２つの断面略直線と断面曲線を有する立体形状に形成することもできる。この理由について以下に説明する。図６に示す様に、前記凹凸形状の立体形状を、鋭角θをなす２つの略斜面部（断面略直線に相当）と曲面部（断面曲線に相当）とによって構成することにより、光制御部材の入射面に斜めに入射した斜め入射光は、断面略直線の部分において屈折作用により、光制御部材の出射面側から略垂直方向（入射面の略垂直方向と同方向）に出射させることができる。

また、図８に示す様に、光制御部材に垂直に入射した光は、前記凹凸形状の曲面部において出射方向を分散すると同時に、凹凸形状の表面に当たった光の一部は、全反射を起こし出射しないため、該光の全光線透過率を抑えることが可能となる。光制御部材に垂直に入射した垂直光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。

前記光制御部材の凹凸形状の投影面積Ｐに対する曲線部の投影面積Ａの割合Ａ／Ｐについては、４０〜８０％であることが望ましい。例えば、図８中の面積割合Ａ１／Ｐ１が前記面積割合Ａ／Ｐに相当する。面積割合Ａ／Ｐが４０％未満であると、光の分散効果が小さくなり、輝度均一性が低下する。また、面積割合Ａ／Ｐが８０％を越えると、略直線部１０の面積が減少することにより、斜め入射光のうち正面方向へ出射する光の割合が減少するため、上記と同様に、出射面内の輝度均一性が低下する。

図１７に、本発明で実施可能な凹凸形状の別の形状を示す。この場合、凹凸形状の谷部分に断面曲線（部）を設けている。この断面曲線部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。

また光制御部材の入射面に凹凸形状を形成し、出射面が平坦である場合は、前記入射面上に周期的に凸部が形成されており、該凸部の頂部を含み入射面に直交する面で切った少なくとも所定の一方向の断面の輪郭線が凸部の２つの直線部を持ち、該２直線が頂部もしくは該頂部の入射側で角度（π／９）以上の鋭角θ’で交差していることが、全光線透過率を制御する上で好ましい。また前記入射面の凸部の間に該入射面に対する傾きの絶対値が該光拡散板の屈折率がｎであるとき、0≦Sin^−１（ｎ・sin（θ２’−Sin^−１（１／ｎ・sinθ２’）））≦（π／１２）を満たす角度θ２’である領域Yを有することことで、法線方向から領域Ｙに入射した光を効率よく法線に対して（−π／１２）〜（π／１２）の範囲の角度に出光することができるので、正面輝度を効率よく高めることが出来る。領域Ｙの割合を好適な範囲に調整することで、全光線透過率の制御も更に容易になる。

上記出射面側に形成する凹凸形状の高さまたは深さは、１μｍ以上かつ５００μｍ以下が望ましい。５００μｍを越えると、凹凸形状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。さらに、特に液晶パネルを利用する際には、液晶の画素の配列方向と平行な方向の凹凸の平均幅が、液晶の画素ピッチの２／３以下であることが望ましい。平均幅が画素ピッチの２／３を越えると、液晶パネルの表面によりモアレ現象が発生し、液晶パネルの画質を大きく低下させる。

本発明の照明装置に用いる光制御部材を形成する樹脂には、光拡散性微粒子を含有させても良い。含有された光拡散性微粒子により入射面側及び／又は出射面の凹凸形状のイメージが拡散され、モアレを解消する効果を発揮することができる。かかる光拡散性微粒子の粒子径は１〜５０μｍの範囲であることが好ましく、光透過性材料である透光性樹脂１００質量部に対して１質量部未満含有させることが好ましく、０．５質量部未満含有させることがより好ましい。

光制御部材の入射面側の凹凸形状および出射面側の凹凸形状は、押出成形法、射出成形法、紫外線硬化型樹脂を用いた２Ｐ成形法等で形成することができ、これらの成形方法は、凹凸形状の大きさ、要求形状、量産性などを考慮して適宜採用することができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（光制御部材の作製）
線状光源と対向する光入射面に平坦である面が形成され、出光面に図８における２つの略直線の延長線がなす角θ＝５０°、Ｐ１＝２６０μｍ、Ａ１＝１８２μｍのシリンドリカル状の突起が形成されることを特徴とする光制御部材は、以下のようにして作製した。

（１）先ず、図８における２つの略直線の延長線がなす角θ＝５０°、Ｐ１＝２６０μｍ、Ａ１＝１８２μｍのシリンドリカル状の溝を有する雌金型を切削加工により作製した。プリズムの形状は金型表面に対し対称形状とし、深さも面内で一定とした。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プリズム形状をそれぞれ成形した。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面を厚さ２ｍｍの透明なアクリル板の両面に貼り合せて、凸形状のプリズムが形成された光制御部材（Ｂ−１）を得た。

（２）前記透明な厚さ２ｍｍのアクリル板に代え、光拡散性微粒子（ＧＥ東芝シリコーン
株式会社製 商品名“トスパール”２０００Ｂ、屈折率：１．４２０）を０．１５質量部添加した厚み２ｍｍの（メタ）アクリルスチレン系共重合樹脂板（使用樹脂：電気化学工業株式会社製 商品名“ＴＸポリマー”ＴＸ−８００Ｓ、屈折率：１．５４９）を押し出し成形により作製し、前記プリズム形状を紫外線硬化樹脂で転写したポリカーボネートフィルムを同様に貼り合わせて、凸形状のプリズムが形成された光制御部材（Ｂ−２）を得た。

（３）また、前記透明な厚さのアクリル板に代え、光拡散性微粒子（ＧＥ東芝シリコーン
株式会社製 商品名“トスパール”２０００Ｂ、屈折率：１．４２０）を１．０質量部添加した厚み２ｍｍの（メタ）アクリルスチレン系共重合樹脂板（使用樹脂：電気化学工業株式会社製 商品名“ＴＸポリマー”ＴＸ−８００Ｓ、屈折率：１．５４９）を押し出し成形により作製し、前記プリズム形状を紫外線硬化樹脂で転写したポリカーボネートフィルムを同様に貼り合わせて、凸形状のプリズムが形成された光制御部材（Ｂ−３）を得た。

（使用したバックライト装置の構成）
上記で得られた光制御部材を、凸状プリズムが形成された面を線状光源側と反対に向け、線状光源である冷陰極管の長手方向と凸状プリズム稜線が略一致する方向に設置し、図１８に示すようにその上に光拡散シートＦ（恵和株式会社製 商品名“オパル”ＢＳ−７００）を重ね合わせた。なお、線状光源Ｃならびに反射板Ｄは市販の液晶テレビセット（ソニー株式会社製 商品名ＫＤＬ−Ｌ３２ＨＶＸ）のバックライト装置を用いた。

（突起の影の評価および輝度測定）
（ａ）突起による影については、目視での評価を行い、その結果を表１に示した。
（ｂ）バックライトの明るさを示す輝度については、色彩輝度計（株式会社トプコン社製 ＢＭ−５Ａ）により測定し、その結果を表１に示した。

（実施例１）
バックライト装置（ソニー株式会社製 商品名ＫＤＬ−Ｌ３２ＨＶＸ）付属の突起に代え、アクリル樹脂（株式会社クラレ製 商品名“パラグラス”透明板６ｍｍｔ）を使用して、図１９（ａ）に示す水平断面形状が円形の径３ｍｍ、先端径１ｍｍφの突起を旋盤により切削加工し作製した。この突起を前記バックライト装置に両面テープを用いて貼り付け固定した。取り付け位置は、図１に示すように、線状光源の中間位置とした。
光制御部材（Ｂ−１）と組み合わせたとき、突起と光制御部材の接する位置に、突起に起因する影は視認できなかった。また、表１に示すように測定輝度は高い値であった。

（実施例２）
実施例１の突起を用い、光制御部材（Ｂ−２）と組み合わせて、実施例１と同様に評価した。突起と光制御部材の接する位置に突起に起因する影は、実施例１と同様に視認できなかった。また、表１に示すように測定輝度も比較的は高い値であった。

（比較例１）
実施例１で使用したバックライト装置に付属の突起（白色不透明：形状は実施例１と同じ）を用いて、光制御部材（Ｂ−１）を組み合わせて評価を行った。その結果、突起と光制御部材の接する位置に、突起に起因する影が明瞭に発生していた。

（比較例２）
比較例１の突起を用い、光制御部材（Ｂ−３）と組み合わせた。突起と光制御部材の接する位置に突起に起因する影は視認できなかったが、表１に示すように測定輝度は低い値となった。

（比較例３）
実施例１で使用したバックライト装置付属の突起に代え、アクリル樹脂（株式会社クラレ製 商品名“パラグラス”透明板６ｍｍｔ）を使用して、図１９（ｂ）に示すような水平断面の形状が円形で先端径３ｍｍφの突起を旋盤により切削加工し作製した。この突起を前記バックライト装置に両面テープを用いて貼り付け固定した。取り付け位置は、図１に示すように、線状光源の中間位置とした。
光制御部材（Ｂ−１）と組み合わせたとき、突起と光制御部材の接する位置に、突起に起因する影が明瞭に確認された。

本発明の一実施態様である液晶表示装置用バックライト装置の横断面模式図である。 本発明の一実施態様である液晶表示装置用バックライト装置の横断面部分拡大図である。 本発明の他の一実施態様である液晶表示装置用バックライト装置の横断面部分拡大図である。 本発明の一実施態様である液晶表示装置用バックライト装置の光制御部材を除いた模式上面図である。 本発明の一実施態様である液晶表示装置用バックライト装置の斜め上から見た部分拡大図である。 光制御部材の線状光源真上での光線の進行方向を説明する模式図である。 光制御部材の線状光源間部での光線の進行方向を説明する模式図である。 入射面プリズムの稜線のなす角度を示す図である。 線状光源と光制御部材との間に突起を設けた場合の光線の進行方向を説明する模式図である。 複数の線状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。 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。 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。 複数の線状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。 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。 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。 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。 出射面に形成可能な凹凸の断面形状例を示す図である。 本願実施例に係る照明装置の一構成例を示す図である。 実施例及び比較例に係る突起の形状を示す図である。

符号の説明

Ａ バックライトモジュール
Ｂ 光制御部材
Ｃ 線状光源（冷陰極管）
Ｄ 反射板
Ｅ 突起
２ 凹凸形状
１０ 凹凸形状頂部
１１ 凹凸形状裾部
１２ 入射光
１３ 出射光
１４ 垂直入射光
１５ 入射面
１６ 反射光

Claims (6)

1. 複数の線状光源と、前記線状光源からの光を反射する反射板と、前記線状光源および前記反射板からの光を屈折透過および反射する光制御部材と、前記光制御部材を保持する突起とから少なくとも構成される照明装置において、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、線状光源及び光制御部材がこの順に配置され、前記突起が光透過性材料からなり、突起の水平断面が円形形状であって、光制御部材と接する突起先端部の直径が１ｍｍ以下であり、該光制御部材が主として受光する光入射面と、主として出光する光出射面とを備え、光入射面及び／又は光出射面に凹凸形状を有し、任意の線状光源Ｍとその最近傍にある別の線状光源Ｎとの間の距離をＤ、該線状光源M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、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倍であることを特徴とする照明装置。
2. 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成す角度が−１５°〜＋１５°の範囲で出射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 上記光制御部材の入射面が平坦であり、出射面に前記凹凸形状が形成されており、該出射面に直交し、該凹凸形状の頂部を含む、少なくとも所定の一方向における断面の光出射部分における輪郭線が、該光制御部材の屈折率がｎであるとき、該輪郭線の傾きθ２が０≦｜Sin^−１（ｎ・sin（θ２−Sin^−１（（１／ｎ）・sinα）））−θ２｜≦（π／１２）を満たし、前記傾きθ２がSin^−１(１／ｎ)未満である領域Xを含み、該領域Xは前記凹凸形状の頂部を含み、該領域Xの出射面と平行な方向成分の長さｘと輪郭線全体の該出射面と平行な方向成分の長さＰの割合が０．１５〜０．８０であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置
4. 上記光制御部材は、上記出射面に直交し、かつ、上記凹凸形状の頂部を含む、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、延長線の交差する角度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１〜３のいずれか１項記載の照明装置。
5. 上記光制御部材の出射面上に複数の凹凸形状が形成され、該出射面に直交し、かつ、該出射面上の前記凹凸形状の頂部を含む、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１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 請求項１〜５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表示装置。