JP4582223B2 - 照明装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば透過型の液晶パネルを背後から照明する照明装置およびそれを備えた表示装置に関する。

近年、液晶表示装置は、低消費電力、省スペース等の利点や、低価格化等により、従来から表示装置の主流であったブラウン管（ＣＲＴ；Cathode Ray Tube）に置き換わりつつある。

その液晶表示装置においても、例えば画像を表示する際の照明方法で分類するといくつかのタイプが存在し、代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した光源を利用して画像表示を行う透過型の液晶表示装置が挙げられる。

このような表示装置では、色の再現域を広くすることが望まれており、その手法の一つとして、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）の代わりに、青・緑・赤の三原色の発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）を光源に用いることが提案されている。また、三原色のみならず、色域を広げるために四原色や六原色のＬＥＤを用いることも提案されている。

光源としてＣＣＦＬやＬＥＤを用いる場合には、面内の輝度分布および色分布を均一化する必要がある。照明装置が比較的小さい場合には、サイドライト型の導光板を用いることもできるが、照明装置が比較的大きく、大きな光量が必要となる場合には、光源を直接並べる直下型が主流である。直下型における輝度むらや色むらを抑制する手法の一つとして、フィラーが内添された拡散板を光源上に配置することが提案されている（特許文献１）。他の手法として、例えば、断面形状が一の方向において一様となっている板を用いることが提案されている（特許文献２）。

特開昭５４−１５５２４４号公報 特開２００５−３２６８１９号公報

ところで、三原色のＬＥＤを照明装置の光源として用いた場合には、ＣＣＦＬを照明装置の光源として用いた場合と比べて、面内の輝度むらおよび色むらを抑制することが難しい。これは、ＬＥＤが点状光源であるということと、ＣＣＦＬが白色なのに対し、三原色のＬＥＤの場合には三色を混合することで白色としなければならないことに起因している。例えば、特許文献１の場合には、特に光源にＬＥＤを用いると、光源から拡散板までの距離を比較的長くする必要があり、照明装置が厚くなってしまうという問題があった。一方、特許文献２の場合には、線光源であるＣＣＦＬにおいては有効であるものの、点状光源であるＬＥＤでは、輝度むらおよび色むらが生じてしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、点状光源に起因する輝度むらおよび色むらを低減することの可能な照明装置およびそれを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の照明装置は、一の面内に配置された複数の点状光源と、複数の点状光源との対向領域に重ねて配置された２枚の光学シートとを備えたものである。複数の点状光源は、第１の方向に配列されると共に第１の方向と直交する第２の方向に配列されている。点状光源側の光学シートは、第１の方向と平行な方向に延在すると共に第２の方向と平行な方向に配列された複数の第１の立体構造を有している。点状光源とは反対側の光学シートは、第２の方向と平行な方向に延在すると共に第１の方向と平行な方向に配列された複数の第２の立体構造を有している。この第２の立体構造は、第１の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。

本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明する上記照明装置を備えたものである。

本発明の照明装置および表示装置では、点状光源の一の配列方向と平行な方向に延在する複数の第１の立体構造が形成された一の光学シートと、点状光源の他の配列方向と平行な方向に延在する複数の第２の立体構造が形成された他の光学シートとが点状光源側から順に重ね合わされている。さらに、第２の立体構造が第１の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。これにより、第１の立体構造で屈折透過してきた光のうち、点状光源とは反対側の光学シートに垂直に入射してきた光が第２の立体構造によって反射され点状光源側に向かう戻り光となる割合が大きくなる。

本発明の照明装置および表示装置によれば、第２の立体構造を第１の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状にしたので、第１の立体構造で屈折透過してきた光のうち、点状光源とは反対側の光学シートに垂直に入射してきた光が第２の立体構造によって反射され点状光源側に向かう戻り光となる割合を大きくすることができる。これにより、第１の立体構造で形成された光源分割像が第２の立体構造で消されるので、点状光源に起因する輝度むらおよび色むらを低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置１の断面構成を表したものである。図２は、図１の照明装置１を展開して斜視的に表したものである。

この照明装置１は、一の面１０Ａ内に配置された複数の点状光源１０と、ムラ消しシート１１，１２（光学シート）と、拡散部材１３と、プリズムシート１４と、反射板１５とを備えたものである。反射板１５は、点状光源１０の背後に、複数の点状光源１０と対向配置されている。ムラ消しシート１１，１２、拡散部材１３およびプリズムシート１４は、点状光源１０に関して反射板１５の反対側に、点状光源１０側からこの順に配置されると共に複数の点状光源１０と対向配置されている。なお、以下では、点状光源１０、拡散部材１３、プリズムシート１４および反射板１５を説明したのち、ムラ消しシート１１，１２について説明する。

（点状光源１０）
各点状光源１０は、例えば、１もしくは複数の単色（同一色）のＬＥＤ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）の光を発する単一のＬＥＤ、または、ＲＧＢの三原色の光を別個に発する複数のＬＥＤにより構成されている。

各点状光源１０は、図２に示したように、ムラ消しシート１１の一の方向（図２のＸ軸方向）に延在する辺１１ｘと平行な方向Ｌ１（第１の方向）に配列されると共に、ムラ消しシート１１の一の方向（図２のＸ軸方向）と直交する方向（図２のＹ軸方向）に延在する辺１１ｙと平行な方向Ｌ２（第２の方向）に配列されている。つまり、複数の点状光源１０は、マトリクス状に直交配列されている。

ここで、点状光源１０における配列方向とは、一の点状光源１０の周囲に配置された複数の他の点状光源１０のうち一の点状光源１０に最も近い他の点状光源１０（最も近い他の点状光源１０が複数存在する場合にはそのうちの１つ）と、一の点状光源１０とを最短距離で結んだときの線分の方向（便宜的に方向Ａとする。）と、一の点状光源１０から見て方向Ａと交差する方向にある複数の他の点状光源１０のうち一の点状光源１０に最も近い他の点状光源１０と、一の点状光源１０とを最短距離で結んだときの線分の方向との２方向を指す。

なお、各点状光源１０がＲ、ＧまたはＢの光を発する単一のＬＥＤにより構成されている場合や、ＲＧＢの三原色の光を別個に発する複数のＬＥＤにより構成されている場合には、色ごとに上記のルールに従って配列方向が規定される。ただし、ＬＥＤの配置の仕方によっては、配列の線分がジグザクになることがあるが、その場合には、ジグザクを平均化して、ジグザクの線分を一本の直線に直せばよい。

また、方向Ｌ１における複数の点状光源１０のピッチＰ３は、方向Ｌ２における複数の点状光源１０のピッチＰ４と等しいことが好ましいが、ピッチＰ４と異なっていてもよい。

ここで、複数の点状光源１０のピッチとは、配列方向における点状光源１０同士の間隔（距離）を指す。なお、各点状光源１０がＲ、ＧまたはＢの光を発する単一のＬＥＤにより構成されている場合や、ＲＧＢの三原色の光を別個に発する複数のＬＥＤにより構成されている場合には、色ごとに上記のルールに従ってピッチが規定される。

拡散部材１３は、例えば、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材（フィラ）を分散して形成された光拡散層を有する厚くて剛性の高い光学シート、または、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に光拡散材を含む透明樹脂を塗布して形成された薄い光学シートである。拡散部材１３は、各点状光源１０からの光やプリズムシート１４側からの戻り光を拡散する機能を有している。この拡散部材１３は、当該拡散部材１３が剛性の高い光学シートにより構成されている場合には、他の光学シート（例えば、ムラ消しシート１１，１２およびプリズムシート１４）を支持する支持体としても機能する。なお、拡散部材１３は、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材（フィラ）を分散して形成されたものと、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に拡散材を含む透明樹脂（バインダ）を塗布して形成されたものとを組み合わせたものであってもよい。

ここで、板状またはフィルム状の透明樹脂には、例えばＰＥＴ、アクリルおよびポリカーボネートなどの光透過性熱可塑性樹脂が用いられる。上記光拡散層は、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有している。また、上記光拡散材は、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下の平均粒子径を有する粒子からなり、上記光拡散層全体の重量に対して０．１重量部以上１０重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている。上記光拡散材の種類としては、例えば、有機フィラや無機フィラなどが挙げられるが、上記光拡散材として空洞性粒子を用いてもよい。

なお、光拡散層が１ｍｍより薄くなると、光拡散性が損なわれ、また、拡散部材１３を筐体（図示せず）で支持する際にシート剛性を確保できなくなる虞がある。また、光拡散層が５ｍｍより厚くなると、拡散部材１３が光源からの光によって加熱されたときに、その熱を放散することが困難となり、拡散部材１３が撓む虞がある。光拡散材の平均粒子径が０．５μｍ以上１０μｍ以下の範囲にあり、光拡散材が光拡散層全体の重量に対して０．１重量部以上１０重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている場合には、光拡散材としての効果が効率よく発現し、ムラ消しシート１１，１２との組合せで効率よく輝度むらを解消することができる。

なお、図示しないが、拡散部材１３とプリズムシート１４との間などに拡散シートが拡散部材１３とは別体で設けられていてもよい。この拡散シートは、例えば、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に光拡散材を含む透明樹脂を塗布して形成された薄い光学シートである。この拡散シートは、拡散部材１３などを通過した光を拡散する機能を有している。

（プリズムシート１４）
プリズムシート１４は、例えば、図２に示したように、その上面（光射出側の面）に、ムラ消しシート１２の凸部１２Ａの延在方向と平行な方向に延在する複数の凸部１４Ａが延在方向と直交する方向に配列された薄い光学シートである。これにより、プリズムシート１４は、底面側から入射した光のうち各凸部１２Ａの配列方向の成分を底面の法線方向に向けて屈折透過させ、指向性を増加させ、正面輝度を向上させるようになっている。なお、図２では、凸部１２Ａが、頂部が尖った三角柱形状となっているが、例えば、頂部が丸まっていてもよいし、蛇行していてもよい。また、図２には、凸部１２Ａが、ムラ消しシート１２の凸部１２Ａの延在方向と平行な方向に延在している場合が例示されているが、例えば、図示しないが、ムラ消しシート１２の凸部１２Ａの延在方向と交差する方向に延在していてもよい。

このプリズムシート１４は、例えば、透光性を有する樹脂材料、例えば１または複数種類の熱可塑性樹脂を用いて一体的に形成されていてもよいし、また、透光性の基材、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）上にエネルギー線（たとえば紫外線）硬化樹脂を転写して形成されていてもよい。

ここで、熱可塑性樹脂としては、光の射出方向を制御するという機能を考慮すると、屈折率１．４以上のものを用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート樹脂）などのアクリル樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ＭＳ（メチルメタクリレートとスチレンの共重合体）などの非晶性共重合ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ウレタン系樹脂、天然ゴム系樹脂および人工ゴム系樹脂、およびこれらの複数の組み合わせなどが挙げられる。

反射シート１５は、複数の点状光源１０を含む面１０Ａから所定の間隙だけ離れた位置に対向配置されており、点状光源１０側に反射面を有している。この反射面は、正反射だけでなく、拡散反射の機能も有していることが好ましい。このような正反射および拡散反射の機能を発現するために、樹脂を白色に着色したものを反射面に用いることが可能であるが、その場合には高い光線反射特性が得られることが好ましい。そのような材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。

ムラ消しシート１１は、図２に示したように、その上面（光射出側の面）に、点状光源１０の一の延在方向（方向Ｌ２）と平行な方向に延在する複数の凸部１１Ａ（第１の立体構造）が一の延在方向と直交する方向に配列された薄い光学シートである。一方、ムラ消しシート１２は、図２に示したように、その上面（光射出側の面）に、点状光源１０の一の延在方向（方向Ｌ１）と平行な方向に延在する複数の凸部１２Ａ（第２の立体構造）が延在方向と直交する方向に配列された薄い光学シートである。つまり、凸部１１Ａの延在方向と、凸部１２Ａの延在方向とは互いに直交している。ムラ消しシート１１，１２は、例えば、プリズムシート１４と共通する材料によって形成されている。なお、ムラ消しシート１２に対して光拡散材が含まれていてもよい。

凸部１１Ａは、凸部１２Ａとの関係で点状光源１０側からの入射光を相対的に通し易い光学特性を発現する立体構造となっている。一方、凸部１２Ａは、凸部１１Ａとの関係で点状光源１０側からの入射光を相対的に通し難い光学特性を発現する立体構造となっている。具体的には、凸部１２Ａは、凸部１１Ａよりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。

ここで、凸部１２Ａが凸部１１Ａよりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させというのは、おおまかに言うと、光学シート１２に対して点状光源１０側から光を垂直入射させたときの、光学シート１２の全光線透過率（ＪＩＳ Ｋ ７３６１）が、光学シート１１に対して点状光源１０側から光を垂直入射させたときの、光学シート１１の全光線透過率よりも小さいことを意味している。これは、数値を示して具体的に言うと、凸部１１Ａ，１２Ａが式（１），（２）を満たした上で、式（３）を満たしていることとほぼ等価である。

Ｐ３／Ｈ＞１．３…（１）
Ｐ４／Ｈ＞１．３…（２）
２０＞Ｔｔ１−Ｔｔ２＞５…（３）

Ｐ３は、点状光源１０の方向Ｌ１のピッチである。Ｐ４は、点状光源１０の方向Ｌ２のピッチである。Ｈは、点状光源１０とムラ消しシート１１との距離である。Ｔｔ１は、ムラ消しシート１１に対して点状光源１０側から光を垂直入射させたときの、ムラ消しシート１１の全光線透過率である。Ｔｔ２は、ムラ消しシート１２に対して点状光源１０側から光を垂直入射させたときの、ムラ消しシート１２の全光線透過率である。

また、ムラ消しシート１１，１２にフィラーなどの拡散剤が入っておらず、ムラ消しシート１１，１２の上に拡散板が存在する場合には、下記のように凸部１１Ａ，１２Ａを規定することも出来る。凸部１１Ａ，１２Ａは、式（４）、（５）を満たした上で、式（６），（７）を満たす。

Ｐ３／Ｈ＞１．３…（４）
Ｐ４／Ｈ＞１．３…（５）
０．１≦Ｒ２／Ｐ２＜Ｒ１／Ｐ１＜０．４…（６）
０．０２＜Ｒ１／Ｐ１−Ｒ２／Ｐ２＜０．１…（７）

Ｐ１は、図２に示したように、複数の凸部１１Ａの配列方向（Ｘ軸方向）のピッチである。Ｐ２は、図２に示したように、複数の凸部１２Ａの配列方向（Ｙ軸方向）のピッチである。Ｒ１は、図３に示したように、凸部１１Ａの頂部１１Ｒの曲率である。Ｒ２は、図３に示したように、凸部１２Ａの頂部１２Ｒの曲率である。なお、図３は、凸部１１Ａ，１２Ａの断面形状の一例を重ねて表したものである。また、図３中のφ１は、凸部１１Ａに接する接線Ｔ１と、ムラ消しシート１１の裏面と平行な面Ｔ２とのなす角であり、図３中のφ２は、凸部１２Ａに接する接線Ｔ３と、ムラ消しシート１１の裏面と平行な面Ｔ２とのなす角である。

ここで、φ１，φ２が３９°未満の場合には、ムラ消しシート１１，１２の裏面に垂直に入射した光において、凸部１１Ａ，１２Ａの表面を透過する割合が凸部１１Ａ，１２Ａで反射されて戻り光となる割合よりも支配的となっている。また、φ１，φ２が５９°を超える場合には、ムラ消しシート１１，１２の裏面に垂直に入射した光が凸部１１Ａ，１２Ａの一の表面において全反射されるものの、その反射光が凸部１１Ａ，１２Ａの他の表面を透過し、その透過光が再度、凸部１１Ａ，１２Ａに入射することが無い。そのため、この場合にも、ムラ消しシート１１，１２の裏面に垂直に入射した光において、ムラ消しシート１１，１２を透過する割合がムラ消しシート１１，１２で反射されて戻り光となる割合よりも支配的となっている。

また、式（４）、（５）の上限および下限は、以下の式（６）によって求められるムラ率によって規定されたものであり、ムラ率が３％を超えない範囲内となるように規定されている。ムラ率３％というのは、人が表示ムラを視認することができない（または表示ムラが気にならない）上限であり、表示品質における指針の一つとなっている。
ムラ率（％）＝（（最大輝度−最小輝度）／平均輝度）×１００…（６）

また、φ１，φ２は、凸部１１Ａ，１２Ａの頂部から底部に向かうにつれて滑らかに大きくなっていることが好ましい。例えば、凸部１１Ａが、図３に示したように、点状光源１０の一の延在方向（方向Ｌ２）と平行な方向に延在する頂部１１Ｒを有すると共に、その頂部１１Ｒの両側に、頂部１１Ｒと滑らかに連続する傾斜面１１Ｓを有する三角柱状の立体構造を有している場合には、頂部１１Ｒが光射出側に突出した凸形状となっており、傾斜面１１Ｓが平面となっていることが好ましい。また、例えば、凸部１２Ａが、図３に示したように、点状光源１０の一の延在方向（方向Ｌ１）と平行な方向に延在する頂部１２Ｒを有すると共に、その頂部１２Ｒの両側に、頂部１２Ｒと滑らかに連続する傾斜面１２Ｓを有する三角柱状の立体構造を有している場合には、頂部１２Ｒが光射出側に突出した凸形状となっており、傾斜面１２Ｓが平面となっていることが好ましい。

なお、凸部１１Ａ，１２Ａが、図３に示したような立体構造となっている場合に、傾斜面１１Ｓ，１２Ｓの傾斜角が互いに等しくなっているときには、必然的に、頂部１１Ｒの高さが頂部１２Ｒの高さよりも高くなる。

また、凸部１１Ａ，１２Ａは、上で例示した形状に限定されるものではなく、上記の式（１）〜（５）を満たす範囲内で変形可能なものである。

凸部１１Ａのうち、各点状光源１０からムラ消しシート１１に垂直に入射した光が全反射され点状光源１０側に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分ａ１（第１の部分）が、ムラ消しシート１１を面１０Ａの法線方向から見たときに凸部１１Ａに占める割合をＫ１とし、凸部１２Ａのうち、ムラ消しシート１１を透過してきた光のうちムラ消しシート１２に垂直に入射した光が全反射され点状光源１０側に向かう戻り光を発生させる戻り光発生部分ｂ１（第２の部分）が、ムラ消しシート１２を面１０Ａの法線方向から見たときに凸部１２Ａに占める割合をＫ２としたとき、Ｋ２がＫ１よりも大きくなっていることが好ましい。

例えば、凸部１１Ａが、図３に示したような立体構造となっている場合には、図３に示したように、戻り光発生部分ａ１が傾斜面１１Ｓに対応し、凸部１１Ａのうち戻り光発生部分ａ１以外の部分ａ２が頂部１１Ｒに対応する。また、例えば、凸部１２Ａが、図３に示したような立体構造となっている場合には、戻り光発生部分ｂ１が傾斜面１２Ｓに対応し、凸部１２Ａのうち戻り光発生部分ｂ１以外の部分ｂ２が頂部１２Ｒに対応する。なお、傾斜面１１Ｓ，１２Ｓの傾斜角および表面形状、頂部１１Ｒ，１２Ｒの表面形状によっては、上で示したような対応関係が成立するとは限らない。

次に、本実施の形態の照明装置１の作用および効果について説明する。

本実施の形態の照明装置１では、各点状光源１０から射出された光は、ムラ消しシート１１，１２によって輝度ムラが低減されたのち、拡散部材１３で拡散され、指向性が緩和されたのち、プリズムシート１４で集光され、正面輝度と指向性の調整がなされる。

ところで、本実施の形態では、点状光源１０の一の配列方向（Ｌ２）と平行な方向に延在する複数の凸部１１Ａが形成されたムラ消しシート１１と、点状光源１０の他の配列方向（Ｌ１）と平行な方向に延在する複数の凸部１２Ａが形成されたムラ消しシート１２とが点状光源１０側から順に重ね合わされている。これにより、複数の点状光源１０から発せられた光のうち、点状光源１０の配列方向Ｌ１と平行な方向の輝度むらをムラ消しシート１１によって緩和することができ、点状光源１０の配列方向Ｌ２と平行な方向の輝度むらをムラ消しシート１２によって緩和することができる。

ここで、ムラ消しシート１１の裏面に入射する光はほぼ直線的な光であり、ムラ消しシート１２に入射する光はムラ消しシート１１で散乱された拡散光である。点状光源１０の配列方向Ｌ１と平行な方向（Ｘ方向）の戻り光の量と、点状光源１０の配列方向Ｌ２と平行な方向（Ｙ方向）の戻り光の量とを均等にするためには、ムラ消しシート１２における、戻り光を発生させる能力の方がムラ消しシート１１における、戻り光を発生させる能力よりも高いことが要求される。そのため、双方の能力が同じ場合（典型的には、ムラ消しシート１１の凸部１１Ａの形状および材料と、ムラ消しシート１２の凸部１２Ａの形状および材料が同一の場合）には、直線入射光の多いムラ消しシート１１の方が直線入射光の少ないムラ消しシート１２よりも、ムラ消し効果が高くなる。その結果、Ｘ方向だけムラが消えてＹ方向のムラは消えないという現象や、Ｘ方向だけ異常に点状光源１０上が暗くなってしまうという現象が発生する。

一方、本実施の形態では、ムラ消しシート１２の凸部１２Ａがムラ消しシート１１の凸部１１Ａよりも相対的に集光作用の強い（つまり、式（１）〜（５）を満たす）立体構造となっており、垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている。これにより、ムラ消しシート１１のムラ消し効果と、ムラ消しシート１２のムラ消し効果とをほぼ等しくすることができるので、Ｘ方向だけムラが消えてＹ方向のムラは消えないという現象や、Ｘ方向だけ異常に点状光源１０上が暗くなってしまうという現象をなくすることができ、点状光源１０に起因する輝度むらおよび色むらを低減することができる。

また、本実施の形態において、ムラ消しシート１２に対して光拡散剤が含まれている場合には、光拡散剤の散乱効果によって、点状光源１０に起因する輝度むらおよび色むらを低減することができる。ただし、光拡散剤の添加量は微量であることが好ましく、例えば、厚さ２ｍｍの両面平坦な透明板に光拡散剤を含ませた場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率が８１％以上８７％以下となるような範囲内の値であることが好ましい。ここで、上限値は透明板における全光線透過率の限界値であり、下限値は透明板の表面に立体形状が設けられている場合に、光拡散剤の添加によって戻り光発生効果が大きく阻害されない程度の量として規定した値である（後述の図１４参照）。

なお、上記とは逆に、ムラ消しシート１１に対して光拡散材が含まれている場合には、点状光源１０からの入射光がさらに散乱されてムラ消しシート１２に入射するようになるので、ムラ消しシート１２における戻り光発生能力をさらに高くすることが必要となる。しかし、戻り光発生能力の向上には限界があるので、拡散シートを追加したり、点状光源１０を密に配置したりすることが必要となるが、そのようにした場合には、照明装置１の薄型化や省灯化が阻害されてしまう。従って、ムラ消しシート１１に対して光拡散材を含ませることは、照明装置１の薄型化や省灯化の観点から好ましくない。

ところで、一般に、面内の輝度むらが発生するのは、Ｐ３／ＨまたはＰ４／Ｈを大きくしたときである。Ｐ３／ＨまたはＰ４／Ｈが大きくなるケースは二つあり、一つは点状光源１０とムラ消しシート１１との距離Ｈを狭くして薄型化したときであり、もう一つは点状光源１０の数を減らして（点状光源１０のピッチＰ３，Ｐ４を減らして）省灯化したときである。本実施の形態の表示装置は、いずれのケースにも適している。

［変形例］
上記実施の形態では、点状光源１０上に配置された各種光学シート（例えば、ムラ消しシート１１，１２、拡散部材１３、プリズムシート１４）を特に何かで覆っていなかったが、拡散部材１３を比較的厚手の拡散板とし、拡散部材１３を支持体として用いた場合には、例えば、図４に示したように、各種光学素子を可撓性フィルム１６で覆うことが可能である。このようにした場合には、点状光源１０上の各種光学シートが温度変化に応じて伸縮する量が互いに異なるときであっても、それぞれの光学シートにしわを発生させることなく、各種光学シートを照明装置１の筐体（図示せず）に保持させることができる。ここで、図４に示したように、拡散部材１３の裏面（点状光源１０側の面）と可撓性フィルム１６との間にムラ消しシート１１，１２を配置した場合には、反りやたわみを防止するためにムラ消しシート１１，１２の剛性を強くする必要がないので、ムラ消しシート１１，１２を拡散部材１３の上面に設けた場合と同程度にムラ消しシート１１，１２を薄くすることができる。これにより、ムラ消しシート１１，１２を拡散部材１３の直下に設けた場合であっても、照明装置１を薄型化することが可能となる。

さらに、図５に示したように、可撓性フィルム１６の光入射側領域に、ムラ消しシート１１の凸部１１Ａと同様の特徴を有する凸部１７Ａを設けるようにしてもよい。このように、ムラ消しシート１１の代わりに、凸部１７Ａを有するムラ消し部１７を可撓性フィルム１６の光入射側領域に設けることにより、照明装置１をさらに薄型化することが可能となる。

また、例えば、図６に示したように、ムラ消しシート１１を厚くして剛性を持たせ支持体として用いたり、図７、図８に示したように、ムラ消しシート１２を厚くして剛性を持たせ支持体として用いたりすることも可能である。なお、ムラ消しシート１１またはムラ消しシート１２を支持体として用いる場合には、拡散部材１３は支持体として機能する拡散板である必要はなく、薄い拡散シートであってもよい。また、拡散部材１３が薄い拡散シートとなっている場合には、ムラ消しシート１２にフィラーを含有させ拡散性を強めることが好ましい。

また、例えば、図９、図１０に示したように、ムラ消しシート１２および拡散部材１３の代わりに、ムラ消しシート１２と拡散部材１３とを互いに一体に形成したムラ消しシート１８をムラ消しシート１１の上面に設けることも可能である。また、例えば、図１１に示したように、ムラ消しシート１２および拡散部材１３の代わりに、ムラ消しシート１２と拡散部材１３とを互いに一体に形成したムラ消しシート１８を可撓性フィルム１６のムラ消し部１７に接して設けることも可能である。なお、ムラ消しシート１８は、拡散部材１３の上面にムラ消しシート１２を貼り合わせたり、拡散部材１３を形成する際に拡散部材１３の上面にムラ消しシート１２の凸部１２Ａと同一形状の立体構造を作り込んだりすることにより作製可能である。なお、ムラ消しシート１８が強い拡散性を有していない場合には、ムラ消しシート１８とプリズムシート１４との間に、拡散シートを設けることが好ましい。

［実施例］
次に、上記実施の形態の照明装置１の実施例について説明する。

図１２、図１３、図１４は、照明装置１におけるムラ消しシート１１，１２の構成と、点状光源１０とムラ消しシート１１との距離Ｈとの組み合わせを変えることにより得られたサンプル１〜３４の輝度ムラの計測結果および判定を表すものである。

サンプル１〜３４は、点状光源１０上に、ムラ消しシート１１、ムラ消しシート１２、拡散部材１３、プリズムシート１４および反射型偏光分離素子１５を点状光源１０側から順に配置すると共に、点状光源１０の背面に反射シート１５を配置することにより作製されたものである。ここで、図１２に記載のサンプル１〜１２において、点状光源１０として白色ＬＥＤを用い、ピッチＰ３，Ｐ４を３０ｍｍとした。図１３に記載のサンプル１３〜２４において、点状光源１０としてＲＧＢの三原色の光を別個に発するＬＥＤを用い、ピッチＰ３，Ｐ４を４０ｍｍとした。サンプル１〜２４において、ムラ消しシート１１，１２のいずれに対してもフィラーを添加せず、拡散部材１３として全光線透過率８０％程度の拡散板を使用した。図１４に記載のサンプル２５〜３４において、点状光源１０としてＲＧＢの三原色の光を別個に発するＬＥＤを用い、ピッチＰ３，Ｐ４を４０ｍｍとした。サンプル２５〜３４において、ムラ消しシート１１に対してはフィラーを添加しなかったが、ムラ消しシート１２に対してフィラーを添加し、拡散部材１３として拡散シートを使用した。サンプル１〜３４において、ムラ消しシート１１，１２の凸部１１Ａ，１２Ａとして図１５に示したような断面形状を有するものを選択し、拡散部材１３として、透過率８０％程度のものを用いた。また、サンプル２４〜３４において、ムラ消しシート１２添加するフィラーとして図１６に示したようなものを選択した。

図１２から、ムラ消しシート１１、１２および拡散板を用いた場合において、Ｐ３／Ｈ＞１．３、Ｐ３４／Ｈ＞１．３となっているとき、Ｔｔ１−Ｔｔ２が２０＞Ｔｔ１−Ｔｔ２＞５となっているサンプル５、７、９、１１では、ムラが見えなかった。Ｐ３／Ｈと、Ｐ４／ＨがＰ３／Ｈ＜１．３、Ｐ４／Ｈ＜１．３となっているときは、ムラ消しシート１１，１２の形状を変えなくてもムラが見えなかった。また、ムラが見えなかったサンプル５、７、９、１１では、Ｒ２／Ｐ２と、Ｐ１／Ｐ１は、０．１≦Ｒ２／Ｐ２＜Ｐ１／Ｐ１＜０．４と、０．０２＜Ｒ１／Ｐ１−Ｒ２／Ｐ２＜０．１を満たしていた。

図１３からは、図１２と同様、光源として３色ＬＥＤを用いた場合においても上記が成立した。ムラが見えなかったサンプル１７、１９、２１、２３は、以下の関係式群ＡまたはＢを満たしていた。

（関係式群Ａ）
Ｐ３／Ｈ＞１．３
Ｐ４／Ｈ＞１．３
２０＞Ｔｔ１−Ｔｔ２＞５

（関係式群Ｂ）
Ｐ３／Ｈ＞１．３
Ｐ４／Ｈ＞１．３
０．１≦Ｒ２／Ｐ２＜Ｒ１／Ｐ１＜０．４
０．０２＜Ｒ１／Ｐ１−Ｒ２／Ｐ２＜０．１

図１４からは、ムラが見えなかったサンプル３０〜３３は、ムラ消しシート１１と、フィラー入りのムラ消しシート１２と、拡散シートとを用いた場合において、Ｐ３／Ｈと、Ｐ４／ＨがＰ３／Ｈ＞１．３、Ｐ４／Ｈ＞１．３となっているとき、Ｔｔ１−Ｔｔ２が２０＞Ｔｔ１−Ｔｔ２＞５となっている。同様に、Ｒ２／Ｐ２は、Ｒ２／Ｐ２＜０．１となっている。また、ムラ消しシート１２に添加する適当な拡散剤の量はＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆであり、厚さ２ｍｍの両面平坦な透明板に同量の光拡散剤を含ませた場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率Ｔｔ‘が８１％以上８７％以下となるような範囲内の値となっている。

図１７は、上記サンプル１〜３４において、プリズムシート１４の凸部１４Ａの稜線がムラ消しシート１２の凸部１２Ａの稜線と平行となっている場合と、直交している場合とにおける輝度ムラの計測結果および判定を表すものである。

図１７から、プリズムシート１４の凸部１４Ａの稜線がムラ消しシート１２の凸部１２Ａの稜線と平行となっている場合に、輝度ムラがなくなることがわかった。

図１８は、拡散板１〜８を用い、その拡散板の全光線透過率と、点状光源１０上に、ムラ消しシート１１、ムラ消しシート１２、拡散板、プリズムシート１４および反射型偏光分離素子を点状光源１０側から順に配置すると共に、点状光源１０の背面に反射シート１５を配置したときの輝度および輝度ムラの計測結果と、判定とを表すものである。図１８から、輝度については、拡散板４〜８に優位性があることがわかった。ただし、拡散板の透過率が９０％となる（拡散板８）と、拡散性がほとんど無いので、輝度ムラ・色ムラが悪化する。よって、全光線透過率、輝度および輝度ムラの全ての観点からは、拡散板４〜７（透過率で７６％〜８５％）が適当となる。

［適用例］
次に、上記実施の形態の照明装置１を表示装置に適用した場合について説明する。なお、以下では、照明装置１のうち図１と図６に例示した構成を備えたものを表示装置に適用した場合について説明するが、それ以外の構成を有するものを表示装置に適用することはもちろん可能である。

図１９は、本適用例にかかる表示装置２の断面構成を表したものである。この表示装置２は、表示パネル２０と、プリズムシート１４を表示パネル２０側に向けて配置された照明装置１とを備えており、表示パネル２０の表面が観察者（図示せず）側に向けられている。

表示パネル２０は、図示しないが、観察側の透明基板と照明装置１側の透明基板との間に液晶層を有する積層構造となっている。具体的には、観察側から順に、偏光板、透明基板、カラーフィルタ、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明画素電極、透明基板および偏光板を有している。

偏光板は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。これら偏光板はそれぞれ、偏光軸が互いに９０度異なるように配置されており、これにより照明装置１からの射出光が、液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。なお、照明装置１側の透明基板には、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。カラーフィルタは、照明装置１からの射出光を例えば、ＲＧＢの三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して構成されている。透明電極は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）からなり、共通の対向電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モードまたはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モードの液晶からなり、駆動回路からの印加電圧により、照明装置１からの射出光を画素ごとに透過または遮断する機能を有する。透明画素電極は、例えばＩＴＯからなり、画素ごとの電極として機能する。

次に、表示装置２における作用について説明する。照明装置１内の各点状光源１０から射出された光は所望の正面輝度、面内輝度分布および視野角などを有する光に調整されたのち、表示パネル２０の裏面を照明する。表示パネル２０の裏面を照明した光は、表示パネル２０で変調され、画像光として表示パネル２０の表面から観察者側に射出される。

ところで、表示装置２では、照明装置１内のムラ消しシート１１，１２において式（１）〜（５）が満たされているので、表示パネル２０の裏面を照明する照明光の輝度むらおよび色むらが小さくなっている。これにより、表示品質の高い表示装置２を提供することができる。

なお、図２０に示したように、表示装置２において、ムラ消しシート１２および拡散部材１３の代わりに、ムラ消しシート１２と拡散部材１３とを互いに一体に形成したムラ消しシート１８をムラ消しシート１１の上面に設けたものを照明装置として用いてもよい。

以上、実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、照明装置１および表示装置２において、照明装置１に含まれる各種光学シートとして、ムラ消しシート１１，１２、拡散部材１３、プリズムシート１４を挙げていたが、必要に応じて、それ以外の光学シートを照明装置１に含ませたり、取り除いたりしてもよい。

本発明の一実施の形態に係る照明装置の一例の断面図である。 図１の照明装置の内部構成を展開して斜視的に表した斜視図である。 図１のムラ消しシートの凸部の断面図である。 図１の照明装置の第１の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第２の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第３の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第４の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第５の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第６の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第７の変形例の断面図である。 図１の照明装置の第８の変形例の断面図である。 一実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表した対応図である。 他の実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表した対応図である。 その他の実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表した対応図である。 各実施例における凸部１１Ａ，１２Ａの断面形状を表した断面図である。 各実施例におけるフィラーの構成と、それに対応する全光線透過率とについて表した対応図である。 更にその他の実施例に係る照明装置の構成と、それに対応する輝度ムラの計測結果および判定結果を表した対応図である。 各種拡散板と、拡散板ごとの全光線透過率、輝度および輝度ムラの計測結果ならびに判定結果とを表した対応図である。 図１の照明装置の一適用例に係る表示装置の断面図である。 図９の照明装置の一適用例に係る表示装置の断面図である。

符号の説明

１…照明装置、２…表示装置、１０…点状光源、１１，１２，１８…ムラ消しシート、１１Ａ，１２Ａ，１４Ａ，１７Ａ…凸部、１１Ｒ，１２Ｒ…頂部、１１Ｓ，１２Ｓ…傾斜面、１３…拡散部材、１４…プリズムシート、１５…反射シート、１６…可撓性フィルム、１７…ムラ消し部、２０…表示パネル、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…ピッチ、Ｌ１，Ｌ２…配列方向。

Claims (17)

1. 一の面内に配置された複数の点状光源と、
   前記複数の点状光源との対向領域に重ねて配置された２枚の光学シートと
   を備え、
   前記複数の点状光源は、第１の方向に配列されると共に前記第１の方向と直交する第２の方向に配列され、
   前記点状光源側の光学シートは、前記第１の方向と平行な方向に延在すると共に前記第２の方向と平行な方向に配列された複数の第１の立体構造を有し、
   前記点状光源とは反対側の光学シートは、前記第２の方向と平行な方向に延在すると共に前記第１の方向と平行な方向に配列された複数の第２の立体構造を有し、
   前記第２の立体構造は、前記第１の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている照明装置。
2. 前記第１の立体構造および前記第２の立体構造は以下の式を満たす請求項１に記載の照明装置。
   Ｐ３／Ｈ＞１．３
   Ｐ４／Ｈ＞１．３
   ２０＞Ｔｔ１−Ｔｔ２＞５
   Ｐ３：前記点状光源の前記第１の方向のピッチ
   Ｐ４：前記点状光源の前記第２の方向のピッチ
   Ｈ：前記点状光源と前記点状光源側の光学シートとの距離
   Ｔｔ１：前記点状光源側の光学シートに対して前記点状光源側から光を垂直入射させたときの、前記点状光源側の光学シートの全光線透過率
   Ｔｔ２：前記点状光源とは反対側の光学シートに対して前記点状光源側から光を垂直入射させたときの、前記点状光源とは反対側の光学シートの全光線透過率
3. 前記第１の立体構造は前記第１の方向と平行な方向に延在する第１の頂部を有すると共に、前記第１の頂部の両側に一対の第１の傾斜面を有し、
   前記第２の立体構造は前記第２の方向と平行な方向に延在する第２の頂部を有すると共に、前記第２の頂部の両側に一対の第２の傾斜面を有する請求項１に記載の照明装置。
4. 前記第１の頂部および前記第２の頂部の表面は、光射出側に突出した凸状の曲面となっており、
   前記第１の傾斜面および前記第２の傾斜面の表面は、平面となっている請求項３に記載の照明装置。
5. 前記第１の頂部および前記第１の傾斜面に接する接線と前記一の面とのなす角をφ１、前記第２の頂部および前記第２の傾斜面に接する接線と前記一の面とのなす角をφ２とすると、φ１は前記第１の頂部から前記第１の傾斜面に向かうにつれて滑らかに大きくなっており、φ２は前記第２の頂部から前記第２の傾斜面に向かうにつれて滑らかに大きくなっている請求項４に記載の照明装置。
6. 前記第１の頂部の高さが前記第２の頂部の高さよりも高くなっている請求項３に記載の照明装置。
7. 前記点状光源とは反対側の光学シートの上に拡散板を備える請求項１に記載の照明装置。
8. 前記第１の立体構造および前記第２の立体構造は以下の式を満たす請求項７に記載の照明装置。
   Ｐ３／Ｈ＞１．３
   Ｐ４／Ｈ＞１．３
   ０．１≦Ｒ２／Ｐ２＜Ｒ１／Ｐ１＜０．４
   ０．０２＜Ｒ１／Ｐ１−Ｒ２／Ｐ２＜０．１
   Ｐ３：前記点状光源の前記第１の方向のピッチ
   Ｐ４：前記点状光源の前記第２の方向のピッチ
   Ｒ１：前記第１の立体構造の頂部の曲率
   Ｒ２：前記第２の立体構造の頂部の曲率
9. 前記拡散板の透過率は７６％以上８５％以下である請求項７に記載の照明装置。
10. 前記点状光源とは反対側の光学シートは光拡散材を含む請求項１に記載の照明装置。
11. 前記点状光源とは反対側の光学シートに含まれる光拡散剤の添加量は、厚さ２ｍｍの両面平坦な透明板に同量の光拡散剤を添加した場合に、その光拡散剤を添加した透明板に光を垂直入射させたときの全光線透過率が８１％以上８７％以下となるような範囲内の値となっている請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記第２の立体構造は以下の式を満たす請求項１０に記載の照明装置。
    Ｒ２／Ｐ２＜０．１
    Ｐ２：前記複数の第２の立体構造の配列方向のピッチ
    Ｒ２：前記第２の立体構造の頂部の曲率
13. 前記点状光源とは反対側の光学シートの上に輝度向上フィルムを備え、
    前記輝度向上フィルムは、前記第２の方向と平行な方向に延在すると共に前記第１の方向と平行な方向に配列された複数の第３の立体構造を有する請求項１に記載の照明装置。
14. 前記２枚の光学シートを包み込む可撓性フィルムを備える請求項１に記載の照明装置。
15. 前記点状光源とは反対側の光学シートを包み込む可撓性フィルムを備え、
    前記可撓性フィルムのうち、前記点状光源からの光が入射する光入射領域が、前記点状光源側の光学シートとなっている請求項１に記載の照明装置。
16. 前記点状光源とは反対側の光学シートが前記点状光源側の光学シートを支持する支持体として機能する請求項１５に記載の照明装置。
17. 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
    前記表示パネルを照明する照明装置と
    を備え、
    前記照明装置は、
    一の面内に配置された複数の点状光源と、
    前記複数の点状光源との対向領域に重ねて配置された２枚の光学シートと
    を備え、
    前記複数の点状光源は、第１の方向に配列されると共に前記第１の方向と直交する第２の方向に配列され、
    前記点状光源側の光学シートは、前記第１の方向と平行な方向に延在すると共に前記第２の方向と平行な方向に配列された複数の第１の立体構造を有し、
    前記点状光源とは反対側の光学シートは、前記第２の方向と平行な方向に延在すると共に前記第１の方向と平行な方向に配列された複数の第２の立体構造を有し、
    前記第２の立体構造は、前記第１の立体構造よりも垂直入射光に対して戻り光を多く発生させる形状となっている表示装置。

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