光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置
【課題】 所定の角度範囲内に広げられた光を出射可能な光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供する。
【解決手段】 光制御板４０は、主面４０ａから入射された複数の光源からの光を出射面４０ｂから出射する。光制御板４０の主面における隣接する２つの光源間に対応する対応領域４１は第１〜第３の領域４１Ａ〜４１Ｃを有し、第１及び第３の領域は、複数の平面部４１ｋ，ｍへの第１の入射光Ｆ１ｉ（Ｆ２ｉ）の入射時の屈折を利用して出射面から第１の入射光を所定の角度範囲内に広げて出射させる第１の光路制御部４２を複数有し、第２の領域は、プリズム部４６ｍ内での全反射を利用して第２の入射光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを出射面から所定の角度範囲内で出射せしめる第２の光路制御部４３を有し、第１の入射光は２つの光源のうち第１の光路制御部により近い方の光源からの光であり、第２の入射光は２つの光源からの光である。
【解決手段】 光制御板４０は、主面４０ａから入射された複数の光源からの光を出射面４０ｂから出射する。光制御板４０の主面における隣接する２つの光源間に対応する対応領域４１は第１〜第３の領域４１Ａ〜４１Ｃを有し、第１及び第３の領域は、複数の平面部４１ｋ，ｍへの第１の入射光Ｆ１ｉ（Ｆ２ｉ）の入射時の屈折を利用して出射面から第１の入射光を所定の角度範囲内に広げて出射させる第１の光路制御部４２を複数有し、第２の領域は、プリズム部４６ｍ内での全反射を利用して第２の入射光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを出射面から所定の角度範囲内で出射せしめる第２の光路制御部４３を有し、第１の入射光は２つの光源のうち第１の光路制御部により近い方の光源からの光であり、第２の入射光は２つの光源からの光である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、液晶表示部のバックライトを出力する光源として面光源装置が使用されている。このような面光源装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この面光源装置は、ランプボックス内に相互に離間して配置された複数の光源の前方に光拡散板が配置されて構成されている。この光拡散板には、複数の光源側から光拡散板に入射する入射光を光拡散板の表面に対して略垂直方向に向けて出射させ得る形状を備えた偏向構造部が設けられている。その結果、複数の光源から出力された光は、光拡散板を通過することによって、光拡散板の表面に対して前方に導かれつつ拡散されて均一な輝度分布の平行光をバックライトとして出力することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００６―３５１５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記面光源装置では、前述したように、均一な輝度分布の平行光として出力することが可能であるが、この面光源装置の適用用途によっては、例えば画面ムラが生じる場合や適当な視野角を確保したい場合もあり、面光源装置からの出射光が所定の出射角度範囲内で広げられているものも求められている。
【０００４】
そこで、本発明は、所定の角度範囲内に広げられた光を出射可能な光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光制御板は、互いに間隔を空けて配列された複数の光源に対して離間して配置される光制御板であって、複数の光源側に位置する主面と、主面に対向配置されると共に、主面から入射された複数の光源からの光が出射される平坦な出射面と、を有し、主面において、隣接する２つの前記光源間に対応する対応領域は、第１の入射光を出射面から所定の角度範囲内に広げて出射せしめる第１の光路制御部が複数の光源の配列方向に複数形成されている第１及び第３の領域と、第１及び第３の領域の間に配置されており、第２の入射光を出射面から所定の角度範囲内で出射せしめる第２の光路制御部が少なくとも一つ形成されている第２の領域と、を有し、第１の入射光は、隣接する２つの光源のうち第１の光路制御部に近い方の光源から出力された光であり、第２の入射光は、隣接する２つの光源からそれぞれ出力された光であり、第１の光路制御部は、一方向に延びており第１の入射光が入射される複数の平面部を含んで構成されており、第１の光路制御部は、複数の平面部への第１の入射光の入射時の屈折を利用して出射面から所定の角度範囲内に広げて出射せしめ、第２の光路制御部は、上記一方向に延びており断面形状が略三角形状であって第２の入射光が入射されるプリズム部を複数有し、第２の光路制御部は、複数のプリズム部へ入射した第２の入射光のプリズム部内での全反射を利用して第２の入射光を出射面から所定の出射角度範囲内で出射せしめることを特徴とする。
【０００６】
上記構成では、主面における各対応領域内の第１〜第３の領域は、一つの対応領域内で上記配列方向に第１〜第３の領域の順に配置されている。そのため、第１の領域は、隣接する２つの光源のうちの一方の光源側に位置し、第３の領域は、隣接する２つの光源の他方の光源側に位置することになる。この場合、第１及び第３の領域には、隣接する２つの光源のうち第１及び第３の領域により近い方の光源からの光が入射されるため、第１の光路制御部には、隣接する２つの光源のうちその第１の光路制御部により近い方の光源からの光が第１の入射光として入射される。一方、第１及び第３の領域の間に位置している第２の領域には隣接する２つの光源からの光が何れも入射するため、第２の光路制御部には、隣接する２つの光源から出力される光が何れも第２の入射光として入射される。
【０００７】
本発明に係る光制御板の構成では、光源のより近くに位置する第１及び第３の領域には第１の光路制御部が複数形成されている。この第１の光路制御部に第１の入射光が入射されると、第１の入射光は、第１の光路制御部が有する複数の平面部による屈折によって出射面から所定の角度範囲内に広げられて出射される。また、第１及び第３の領域の間に位置する第２の領域には第２の光路制御部が複数形成されている。そして、この第２の光路制御部に第２の入射光が入射されると、第２の入射光は、第２の光路制御部が有する複数のプリズム部内の全反射により出射面から所定の角度範囲内に広げられて出射される。このように第１及び第２の光路制御部へ入射される光毎に所定の角度範囲に広げて出射せしめるため、結果として、出射面から所定の角度範囲に広げられた光を出射させることが可能である。
【０００８】
また、本発明に係る光制御板では、各平面部を介して入射された第１の入射光が所定の角度範囲内の出射角で出射面から出射される方向に第１の入射光を屈折させるように、複数の平面部の各々の出射面に対する傾斜角が規定されており、複数のプリズム部の各々は第１及び第２の側面を有し、第１及び第２の側面の出射面に対する傾斜角は、第１の側面が、第２の側面を介して入射された第２の入射光を、その第２の入射光が出射面から所定の角度範囲内の出射角で出射される方向に全反射させると共に、第２の側面が、第１の側面を介して入射された第２の入射光を、その第２の入射光が所定の角度範囲内の出射角で出射面から出射される方向に全反射させるように、規定されており、第１の側面を介して入射される第２の入射光は、隣接する２つの光源のうち第１の側面側の光源から出力された光であり、第２の側面を介して入射される第２の入射光は、隣接する２つの光源のうち第２の側面側の光源から出力された光であることが好ましい。
【０００９】
第１の光路制御部が有する複数の平面部が上記のように出射面に対して傾斜しているため、第１の入射光の各平面部への入射時の屈折を利用して出射面から所定の角度範囲内の出射角で第１の入射光を出射させることができる。そして、各平面部の出射面への傾斜角で決まる第１の入射光の出射面からの出射角を所定の角度範囲内で適宜割り当てることで、第１の光路制御部へ入射した第１の入射光を所定の角度範囲に広げることが可能である。また、第２の光路制御部の各プリズム部が第１及び第２の側面を有しており、第１及び第２の側面の出射面に対する傾斜角が上記のように規定されていることで、第１及び第２の側面を介して入射される上記第２の入射光をプリズム部内の全反射を利用して出射面から所定の角度範囲内の出射角で出射させることができる。そして、第１の光路制御部の場合と同様に、第１及び第２の側面の傾斜角で決まる第２の入射光の出射面からの出射角を所定の角度範囲内で適宜割り当てることで、第２の光路制御部へ入射した第２の入射光を所定の角度範囲に広げることが可能である。
【００１０】
この場合、複数の平面部各々を介して入射された第１の入射光の出射角は互いに異なっており、複数のプリズム部の各々が有する第１の側面で全反射された第２の入射光の出射角は、所定の角度範囲内から一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられており、複数のプリズム部の各々が有する第２の側面で全反射された第２の入射光の出射角は、所定の角度範囲内で一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられていることが好ましい。この場合、第１及び第２の光路制御部にそれぞれ入射される第１及び第２の入射光を所定の角度範囲により広げやすい。
【００１１】
また、本発明に係る光制御板では、上記第２の領域は、第２の光路制御部を複数有することが好ましい。第２の領域が複数の第２の光路制御部を有することにより、より確実に光を所定の角度範囲に広げることが可能である。
【００１２】
また、本発明に係る光制御板では、各第１の光路制御部が有する複数の平面部の各々の大きさは、複数の平面部を介して入射され出射面から所定の角度範囲内で出射される光の所定の角度範囲における輝度角度分布が略均一になるように規定されていることが好ましい。第１の光路制御部は、第２の領域に比べて光源により近い第１及び第３の領域に形成されている。そのため、光源から出力される光の輝度分布の影響を受けやい。よって、上記のように第１の光路制御部が有する平面部の大きさを規定して、第１の光路制御部に入射された第１の入射光を、所定の角度範囲内で輝度角度分布が略一定になるようにすることで、出射面から出射される光の輝度角度分布が略一定になる傾向にある。
【００１３】
また、本発明に係る光制御板では、第１及び第３の領域の各々は、光源の直上に位置する４の領域と、第４の領域と第２の領域との間に位置する第５の領域とを有し、第４の領域には、複数の第１の光路制御部のうち少なくとも一つの第１の光路制御部が形成されており、第４の領域内の第１の光路制御部は断面形状が凹状であり、その第１の光路制御部が有する複数の平面部が連続に配置されて第１の光路制御部の表面が構成されており、第５の領域には複数の第１の光路制御部が形成されており、第５の領域内の各第１の光路制御部が有する複数の平面部のうち第２の領域又は第４の領域側に位置する隣接する平面部間には段差が形成されていることが好ましい。
【００１４】
第４の領域に形成される第１の光路制御部には、第１の入射光として光源からの光が、出射面の法線に略平行に入射されやすい。そのため、断面形状が凹状の第１の光路制御部が形成できると共に、第１の光路制御部の表面を複数の平面部から構成することが可能である。一方、第５の領域では、第１の入射光は、上記法線方向に対して斜め方向に進行して第１の光路制御領域に入射されやすい。この場合、第４の領域の第１の光路制御部と同様の第１の光路制御部を作製しようとすると、平面部の傾斜角等の影響により第１の光路制御部の両端の位置が上記法線方向でずれる場合がある。そのため、上記のように第５の領域の第１の光路制御部において第２又は第４の領域側に段差を設けた場合、段差の大きさで第１の光路制御部の両端の位置の上記法線方向の位置を一致させることができる。その結果、光制御板を所望の厚さを維持しつつ形成することが可能である。
【００１５】
また、本発明に係る面光源装置は、互いに間隔を空けて配列された複数の光源と、複数の光源に対して離間して配置されている上記本発明に係る光制御板と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この場合、複数の光源各々から出力された光は、光制御板をとおって光制御板の出射面から出射される。その際、複数の光源のうちの隣接する２つの光源からの光が、その２つの光源に対応する光制御板の対応領域に入射すると、前述したように出射面から所定の角度範囲に広げられて出射されるため、上記面光源装置では、所定の角度範囲に広がった出射光を得ることができる。
【００１７】
更に、本発明に係る透過型画像表示装置は、上記本発明に係る面光源装置と、面光源装置における複数の光源の配列方向に略直交する方向において面光源装置から離間して配置される透過型画像表示部と、を備えるこことを特徴とする。
【００１８】
この透過型画像表示装置では、上記面光源装置から出力される所定の角度範囲に広がった出射光が透過型表示部に入射することになる。その結果、例えば、平行光が透過型画像表示部に入射される場合よりもより広い視野角を確保することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光制御板によれば、複数の光源から出射された光を、光制御板の出射面から所定の角度範囲に広げて出射することができる。また、本発明に係る面光源装置によれば、複数の光源から出射された光が光制御板に入射されると、光制御板の出射面から所定の角度範囲に広げられた光が出射される。よって、面光源装置からは、出射光として所定の角度範囲に広げられた光を出力することができる。更に、本発明に係る透過型画像表示装置によれば、面光源装置に所定の角度範囲に広げられた光が透過型画像表示部に入射するため、より広い視野角を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置の実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率等は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。透過型画像表示装置１は、液晶表示装置であり、液晶セル１１の上下両面に偏光板１２，１３が積層されてなる透過型画像表示部１０の背面側（下側）に面光源装置５０が設けられて構成されている。なお、本実施形態では、面光源装置５０に対して透過型画像表示部１０が配置されている側を「上」側又は「前」側とする。
【００２２】
液晶セル１１、偏光板１２，１３は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置で用いられているものを用いることができる。液晶セル１１としては、ＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の公知の液晶セルが例示される。また、上下一対の偏光板１２，１３は、互いにその透過軸を直交させる状態に配置され、これらの偏光板１２，１３の透過軸は、液晶セル１１における液晶分子の配向方向と平行になるように配置されている。
【００２３】
面光源装置５０は、光源部２０と、光源部２０の前面側、すなわち、透過型画像表示部１０側に光源部２０に対して離間して配置された光制御板４０とを有する。面光源装置５０は、光源部２０から出力される光Ｆｉを光制御板４０により集光しバックライトとして透過型画像表示部１０に対して供給する。
【００２４】
光源部２０は、光Ｆｉを出力する複数の光源３０を有し、複数の光源３０は各光源３０の中心軸線が同一面内に位置するように等しい間隔Ｌで配置されている。隣接する光源３０，３０間の中心軸線間の間隔Ｌは例えば１５ｍｍ〜１５０ｍｍである。各光源３０は、複数の光源３０の配列方向に直交する方向に延在している棒状のものであり、蛍光ランプ（冷陰極線管）のような直管状のものが例示される。ここでは、光源３０は棒状としたが、ＬＥＤのような点光源などを用いることも可能である。
【００２５】
複数の光源３０は、図１に示すように、ランプボックス３５内に配置されていることが好ましく、ランプボックス３５の内面３５ａは、光反射面として形成されていることが好ましい。これにより、各光源３０から出力された光Ｆｉが透過型画像表示部１０側に確実に出力することができる。
【００２６】
光制御板４０は、略直方体形状を有しており、複数の光源３０の全てを覆っている。光制御板４０は、光源部２０から例えば５ｍｍ〜５０ｍｍ離して配置されている。光制御板４０の厚みは０．１ｍｍ〜１５ｍｍが例示されるが、好ましくは０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００２７】
光制御板４０は、透明材料、例えば透明樹脂、透明ガラスからなる。透明樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体樹脂）、メタクリル樹脂、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂）、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂）、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂などが例示される。なお、光制御板４０には、少量の拡散剤が含まれていても良い。また、表面において僅かな拡散は許容可能である。
【００２８】
光制御板４０は、光源部２０側に位置する裏面（主面）４０ａ側から入射される光Ｆｉを、裏面４０ａに対向配置された平坦な出射面４０ｂから出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対して所定の角度範囲内に広げて出射する。すなわち、出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対する出射角をξとし、最大出射角をξｍａｘとした場合、光制御板４０は、入射される光Ｆｉを、−ξｍａｘ≦ξ≦ξｍａｘ内で広げて出射面４０ｂから光Ｆ０として出射する。ξｍａｘとしては、例えば２０°である。
【００２９】
光制御板４０の裏面４０ａにおいて、隣接する２つの光源３０，３０間の上方に位置している領域であって、２つの光源３０，３０間に対応する対応領域４１毎には、光Ｆｉを所定の角度範囲内で出射するための微細構造が複数形成されている。この対応領域４１の構成について説明する。
【００３０】
図２は、光制御板の一部を拡大した模式図である。図２では、一つの対応領域４１を含む光制御板４０の部分を拡大して示しており、対応領域４１に対応した隣接する２つの光源３０，３０も便宜的に示している。
【００３１】
以下の説明では、図２中の２つの光源３０，３０のうち一方の光源３０（図２では左側の光源）を光源３１とも称し、他方の光源３０を光源３２とも称す。これに対応して、光源３１及び光源３２から出力される光Ｆｉをそれぞれ光Ｆ１ｉ及び光Ｆ２ｉとも称す。更に、光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを、便宜的に複数の光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉの集まりとして説明する場合もあり、同様に、光Ｆｏも光線ｆｏの集まりとして説明する場合もある。また、図２（ａ）に示すように、光源３１，３２が配列されている方向（図２（ａ）中の左右方向）をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に直交する方向であって光源３１に対して光制御板４０が位置する方向をｙ軸方向とし、ｚ軸方向及びｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向とする。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、対応領域４１は、第１〜第３の領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃから構成されている。第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃは光源３１，３２の直上の領域を含んでおり、第２の領域４１Ｂの両側に位置する。本実施形態では、対応領域４１の構成は、２つの光源３１，３２間の中央位置、すなわち、光源３１から光源３２側へＬ／２の位置での出射面４０ｂに直交する仮想的な平面Ｐに対して折り返し対称（図２では左右対称）となっている。よって、対応領域４１における光源３１側の半分の領域、すなわち、第１の領域４１Ａと、第２の領域４１Ｂにおける第１の領域４１Ａ側の半分の領域の構成を中心にして説明する。
【００３３】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１の領域４１Ａ及び第２の領域４１Ｂは、ｘ軸方向（一方向）に延びている微細構造としての光路制御部（第１の光路制御部）４２及び光路制御部（第２の光路制御部）４３を複数有し、複数の光路制御部４２は第１の領域４１Ａ内においてｚ軸方向に密に形成されており、複数の光路制御部４３は第２の領域４１Ｂ内においてｚ軸方向に密に形成されている。各光路制御部４２の幅（ｚ軸方向の長さ）及び各光路制御部４３の幅は、５０μｍ〜１０ｍｍが例示されるが、好ましくは５０μｍ〜５ｍｍ、より好ましくは５０μｍ〜２ｍｍである。
【００３４】
図２（ｂ），（ｃ）に示すように、光路制御部４２は、出射面４０ｂに略平行な平面に対して異なる角度で傾斜した複数の平面部を含んで構成されている。光路制御部４２は、２つの光源３１，３２のうち近い方向の光源３１から出力され光路制御部４２に入射される第１の入射光としての光Ｆ１ｉを、出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対して−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下の角度範囲内に広げて出射面４０ｂから出力するためのものである。
【００３５】
複数の光路制御部４２は、図２（ｂ）に示すように、光源３１の直上に形成されており光線ｆ１ｉがほぼ出射面４０ｂの法線Ｎ方向に平行に入射される光路制御部４２０と、光線ｆ１ｉが上記法線Ｎ方向に対して傾斜して入射される光路制御部４２ｋ（ｋは１以上の整数）とに分けることができる。換言すれば、第１の領域４１Ａにおいて、光線ｆ１ｉがほぼ出射面４０ｂの法線Ｎ方向に平行に入射される光源３１の直上の領域を第４の領域４１Ａ１とし、第１の領域４１Ａのうち第４の領域４１Ａ１と第２の領域４１Ｂとの間の領域を第５の領域４１Ａ２としたとき、第４の領域４１Ａ１には光路制御部４２０が形成されており、第５の領域４１Ａ２には光路制御部４２ｋが形成されていることになる。
【００３６】
なお、図２（ａ），（ｂ）では、第４の領域４１Ａ１には１つの光路制御部４２０が構成されているとしているが、第４の領域４１Ａ１の大きさや光制御板４０と光源３１との間の距離等に応じて、第４の領域４１Ａ１が複数の光路制御部４２０を有していても良い。
【００３７】
光路制御部４３は、図２（ｄ）に示すように複数のプリズム部を含んで構成されている。光路制御部４３は、２つの光源３１，３２から出力され光路制御部４３に入射される第２の入射光としての光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを、各プリズム部内での全反射を利用して出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対して所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）内で出射面４０ｂから出力せしめるためのものである。光路制御部４３は、各プリズム部に入射される光Ｆ１ｉ，光Ｆ２ｉが、プリズム部内で全反射させることによって、出射面４０ｂから上記出射角度範囲内に広げられて出射されるようになっている。
【００３８】
前述したように、対応領域４１は平面Ｐに対して対称である。よって、第３の領域４１Ｃは、第１の領域４１Ａの場合と同様に、複数の光路制御部４２を含んで構成されており、これらの複数の光路制御部４２は、光路制御部４２０と、光路制御部４２ｋとから構成することができる。更に、第３の領域４１Cは、第１の領域４１Aにおける第４の領域４１Ａ１及び第５の領域４１Ａ２に対応した第４の領域４１C１及び第５の領域４１Ｃ２から構成することができ、この場合、第４の領域４１Ｃ１には光路制御部４２０が形成されており、第５の領域４１Ｃ２には光路制御部４２ｋが形成されていることになる。第４の領域４１Ｃ１が複数の光路制御部４２０を有してもよいのは、第１の領域４１Ａの場合と同様である。
【００３９】
次に、図３〜図１７を利用して光路制御部４２（４２０，４２ｋ）及び光路制御部４３の構成について詳述する。
【００４０】
図３は、本実施形態の説明に便宜的に使用する３次元座標系と光制御板との位置関係を示している。図３では、光制御板４０と光源３１，３２との３次元座標系における位置関係も示すために光源３１，３２も示している。以下の説明では、図３に示すように、微細構造が形成されていないと仮定した場合の裏面４０ａにおける光源３１の直上の位置（すなわち、光源３１の中心の直上位置）を原点Ｏとして、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系を仮定する。なお、図３に示したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の延びている方向は図２に示したｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応している。また、ｘ軸と光源３１，３２との間の距離、言い換えれば、光制御板４０と光源３１，３２との間の距離はＨとする。距離Ｈとしては、例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍである。
【００４１】
先ず、光路制御部４２０の構成について説明する。図４及び図５は光制御板における光源の直上領域の一部拡大図である。図５には、光路制御部４２０に入射する第１の入射光を構成する複数の光線ｆ１ｉの光路の一例を模式的に示している。
【００４２】
図４及び図５に示すように、光路制御部４２０はｘ軸方向に延びており断面形状が略凹状の微細構造である。光路制御部４２０の表面はＭ個（Ｍは２以上の整数）の第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍから構成されている。図４及び図５では、一例としてＭ＝９の場合を示している。
【００４３】
第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍはそれぞれｘ軸方向に延在しており連続的に設けられている。第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍのうちｍ番目の平面部を平面部４４０，ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）とすると、平面部４４０，ｍは、出射面４０ｂに平行な平面に対して平行であるか又は傾斜している。平面部４４０，ｍの出射面４０ｂに対する傾斜角α０，ｍは、平面部４４０，ｍへの入射光が出射面４０ｂから出射角ξ０，ｍで出射するように規定されている。この出射角ξ０，ｍは所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）内の任意の角度であればよいが、出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍにより上記角度範囲全体をカバーしていることが好ましく、各出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍには上記所定の角度範囲内において一定間隔で選択された出射角が割り当てられていることが更に好ましい。なお、出射角ξ０，ｍは、ｙ軸方向に対して図中右回り方向（時計回り）を正の方向とする。
【００４４】
また、第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍの大きさは、各出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍ方向へ出射される各光線ｆｏの輝度であるＩ（ξ０，１）〜Ｉ（ξ０，Ｍ）が同一になるように規定されている。このような平面部４４０，ｍの大きさは、平面部０，ｍに入射する光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率及びその光線ｆ１ｉに対応する光線ｆｏの出射角ξ０，ｍに基づいて、図４に示すピッチ比Ｌ０，ｍを規定することで定めることができる。
【００４５】
各傾斜角α０，１〜α０，Ｍ及びピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍの規定方法の一例について説明する。以下の説明では、光制御板４０の屈折率をｎとし、光制御板４０の裏面４０ａに接している媒質（例えば、空気）の屈折率をｎｉとし、光制御板４０の出射面４０ｂに接している媒質（例えば、空気）の屈折率をｎｏとする。すなわち、光制御板４０を中間層として含む３層構造を仮定する。
【００４６】
平面部４４０，ｍの傾斜角α０，mは、
【数１】
により規定することができる。ただし、
【数２】
【数３】
である。式（２）から理解されるように、η０，ｍは、平面部４４０，ｍへの入射により屈折した光線ｆ１ｉの出射面４０ｂへの入射角である（図５参照）。
【００４７】
また、ピッチ比Ｌ０，ｍは、
【数４】
により規定することができる。ただし、
【数５】
である。
【００４８】
式（５）中のＴ０，ｍは平面部４４０，ｍに入射した光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率であり、平面部４４０，ｍに入射した光線ｆ１ｉのＳ偏光成分及びＰ偏光成分に対する光制御板４０の透過率をＴｓ０，ｍ及びＴｐ０，ｍとすると、次式で表される。
【数６】
ただし、
【数７】
【数８】
である。
【００４９】
式（７），（８）中のｔ１ｓ０，ｍ，ｔ１ｐ０，ｍは、光線ｆ１ｉの平面部４４０，ｍへの入射位置におけるＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、ｔ２ｓ０，ｍ、ｔ２ｐ０，ｍは、出射面４０ｂにおける光線ｆｏの出射位置におけるＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、以下の式（９）〜式（１２）で表される。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
式（１）〜式（１２）を利用して傾斜角α０，１〜α０，Ｍ及びピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍを規定し平面部４４０，１〜４４０，Ｍを設計することで、各平面部４４０，１〜４４０，Ｍを通して入射した光線ｆ１ｉを出射面４０ｂから式（３）で規定される出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍで出射させることができる。従って、光路制御部４２０が第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍを有することにより、光路制御部４２０は、入射される光Ｆ１ｉを所定の角度範囲内に広げて出射面４０ｂから出射せしめることが可能である。また、ピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍが式（４），（５）を利用して規定されているため、所定の角度範囲内での輝度角度分布を均一にすることが可能となっている。
【００５０】
次に、光路制御部４２ｋの構成について説明する。図６は、光制御部のうち第１の領域の一部を含む部分の拡大図である。図６では、光路制御部４２０からみてｋ番目の光路制御部４２ｋを含む光制御板の構成を模式的に示している。本実施形態では、光路制御部４２ｋは、Ｍ個の平面部、すなわち、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍを有する。図６では、一例としてＭ＝９の場合を示している。
【００５１】
第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍはそれぞれｘ軸方向に延在している。第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍのうちｍ番目の平面部を平面部４４ｋ，ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）とすると、平面部４４ｋ，ｍは、出射面４０ｂに平行な平面に対して平行であるか又は傾斜している。平面部４４ｋ，ｍの出射面４０ｂに対する傾斜角αｋ，ｍは、平面部４４ｋ，ｍへの入射光が出射面４０ｂから出射角ξｋ，ｍで出射するように規定されている。ここでも出射角ξｋ，ｍは図中右回り（時計回り）を正方向とする。この出射角ξｋ，ｍは所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）内の任意の角度であればよいが、出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍにより上記角度範囲全体をカバーしていることが好ましく、各出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍには上記所定の角度範囲内において一定間隔で選択された出射角が割り当てられていることが更に好ましい。
【００５２】
また、平面部４４ｋ，ｍの大きさは、光源３１からみた場合の平面部４４ｋ，ｍの立体角比で表すことができる。そして、この立体角比は、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍからそれぞれ入射された光線ｆ１ｉに対応しており出射面４０ｂから出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍの方向へ出射された各光線ｆｏの輝度であるＩ（ξｋ，１）〜Ｉ（ξｋ，Ｍ）が同じとなるように、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍにそれぞれ入射する光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率及び出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍを利用して規定することができる。
【００５３】
第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの傾斜角αｋ，１〜αｋ，Ｍ及び大きさの規定方法の一例を説明する。図７及び図８は、傾斜角αｋ，１〜αｋ，Ｍ及び大きさの規定方法の一例を説明するための光制御板モデルの一部拡大図である。
【００５４】
平面部４４ｋ，ｍの傾斜角αｋ，ｍは、
【数１３】
により規定することができる。式（１３）中、θｋ，ｍは、平面部４４ｋ，ｍに入射する光線ｆ１ｉのｙ軸方向に対する傾き角である。また、
【数１４】
であり、更に、
【数１５】
である。式（１４）から理解されるように、βｋ，ｍは、平面部４４ｋ，ｍへの入射により屈折した光線ｆ１ｉの出射面４０ｂへの入射角である（図７参照）。
【００５５】
また、光源３１からみた平面部４４ｋ，ｍの立体角比ωｋ、ｍは、
【数１６】
により規定することができる。
【００５６】
式（１６）中のＴｋ，ｍは平面部４４ｋ，ｍに入射する光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率であり、平面部４４ｋ，ｍに入射する光線ｆ１ｉにおけるＳ偏光成分及びＰ偏光成分の光制御板４０に対する透過率をＴｓｋ，ｍ及びＴｐｋ，ｍとすると、次式で表される。
【数１７】
ただし、
【数１８】
【数１９】
である。
【００５７】
式（１８），（１９）中のｔ１ｓｋ，ｍ，ｔ１ｐｋ，ｍは、光線ｆ１ｉの平面部４４ｋ，ｍへの入射位置でのＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、ｔ２ｓｋ，ｍ、ｔ２ｐｋ，ｍは、光線ｆ１ｉの出射面４０ｂにおける出射位置でのＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、以下の式（２０）〜式（２３）で表される。
【数２０】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
平面部４４ｋ，ｍを設計する際には、式（１３）〜式（１５）及び式（１６）〜式（２３）を利用して算出される傾斜角αｋ，ｍ、立体角比ωｋ，ｍを利用して平面部４４ｋ，ｍの両端の位置を決定していけばよい。この両端の位置の決定方法について説明する。
【００５８】
図８に示すように、光路制御部４２ｋの中央のｚ座標をＺｋとし、光路制御部４２ｋの原点Ｏ側（すなわち、光源３１の直上側）の端のｚ座標をｚｋ，０とする。このときｚｋ，０は、（Ｚｋ＋Ｚｋ−１）／２と表される。そして、平面部４４ｋ，ｍの光源３１側の端のｚ座標及びｙ座標をｚｋ，ｍ及びｙｋ，ｍとすると、平面部４４ｋ，ｍの光源３２側（ｚ＝Ｌ側）の端のｚ座標及びｙ座標であるｚｋ，ｍ＋１及びｙｋ，ｍ＋１は、
【数２４】
【数２５】
となる。
【００５９】
式（２４）及び式（２５）中においてＨは、光源３１の中心と原点Ｏとの間の距離、すなわち光源３１の中心から、光路制御部４２ｋ等の微細構造が形成されていないと仮定した場合の裏面４０ａまでの距離である。
【００６０】
更に、式（２５）中のηｋ，ｍは光源３１の中心と平面部４４ｋ，ｍの原点Ｏ側の端とを結ぶ直線とｚ軸方向との為す角度である。
【００６１】
また、Ωｋ、ｍは光源３１からみた場合の平面部４４ｋ，ｍの立体角であり、
【数２６】
と表される。
【００６２】
式（２６）中のＹｋは、ｋ番目の光路制御部４２ｋの原点Ｏ側の端、すなわち、ｚ=ｚｋ，０に位置する端のｙ座標である。
【００６３】
光路制御部４２ｋを設計する際には、光路制御部４２ｋにおけるｍ番目の平面部４４ｋ，ｍの傾斜角αｋ，ｍ及び立体角比ωｋ，ｍを、式（１３）〜式（２６）に基づいてそれぞれ決定すればよい。
【００６４】
ところで、このように決定した第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍを例えば光路制御部４２０の場合と同様に連続して配置すると、図９に示すように、光路制御部４２ｋにおける両端４２ａｋ，４２ｂｋのｙ軸方向の位置がずれる場合がある。そのため、式（２６）では、一般化してｋ番目の光路制御部４２ｋの原点Ｏ側の端のｙ座標をＹｋとしている。このように両端４２ａｋ，４２ｂｋのｙ軸方向のずれが生じた光路制御部を複数繋げると各光路制御部の両端の段差が累積して光制御板が厚くなるため、扁平な板状を有する光制御板を作製することができない。
【００６５】
そこで、図１０に示すように、光路制御部４２ｋの両端４２ａｋ，４２ｂｋのうちの一方の側（図１０では左側）に、両端４２ａｋ，４２ｂｋのｙ座標が一致するように、隣接する２つの平面部（図１０では、平面部４４ｋ，ｍと平面部４４ｋ，ｍ＋１）間に段差Ｓを設ける。図１０では、平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，５間の隣接する２つの平面部間にそれぞれ段差Ｓを設けている。このように段差Ｓを設けることで生じる斜面４５は、段差Ｓを形成する２つの平面部のうちの一方で屈折された光の進行を斜面４５が阻害しないように形成することが好ましい。図１０に示した平面部４４ｋ，１と平面部４４ｋ，２の場合を例にして具体的に説明すると、平面部４４ｋ，１と平面部４４ｋ，２とを繋ぐ斜面４５は、平面部４４ｋ，２で屈折された光線ｆ１ｉの進行方向（屈折方向）と略平行になるように形成することが好ましい。これにより、段差Ｓによって光線ｆ１ｉが更に屈折することが抑制され、式（１５）で規定される所望の出射角で出射面４０ｂから光線ｆｏを出射できる。ここでは、光路制御部４２ｋの図１０中の左側に段差Ｓを配置したが、段差Ｓは光路制御部４２ｋの図１０中の右側に配置してもよい。
【００６６】
このように段差Ｓを設ける場合には、各光路制御部４２ｋの設計において、各光路制御部４２ｋの原点Ｏ側の端４２ａｋのｙ座標であるＹｋを予め０として平面部４４ｋ，ｍを設計することもできる。また、前述したように一度、端４２ａｋのｙ座標を一般的にＹｋとして設計して段差Ｓを設けた後に、各平面部４４ｋ，ｍの傾斜角αｋ，ｍ及び大きさを、同様の手法で、すなわち、スネルの法則を利用して各平面部４４ｋ，ｍに入射した光ｆ１ｉが所望の出射角で出射面４０ｂから出射されるように再調整するようにしてもよい。
【００６７】
なお、段差Ｓを設けることにより、平面部４４ｋ，ｍの大きさが一部小さくなるが、光路制御部４２ｋは、通常、光源３１と光制御板４０との間の距離Ｈに比べると微細な構造であるため、輝度角度分布に殆ど影響を与えない。このような段差Ｓを設けることにより、光路制御部４２ｋは、平面部４４ｋ，ｍが連続して繋げられた多角形型レンズ部と、平面部４４ｋ，ｍと斜面４５とを側面として有するプリズム部を少なくとも一つ有するプリズム領域部とから構成されていることになる。
【００６８】
上記のように式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角αｋ，１〜αｋ，Ｍを規定すると共に、その大きさを規定することで、図１０に示すように、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍに入射する光線ｆ１ｉをそれぞれ出射面４０ｂから式（１５）で規定される出射角で出射させることができる。その結果、光路制御部４２ｋに入射される光Ｆ１ｉを所定の角度範囲内に広げて出射することが可能となっている。また、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの大きさ（立体角比）を式（１６）〜式（２６）を利用して規定しているため、光路制御部４２ｋに入射された光Ｆ１ｉを所定の角度範囲内で均一な輝度角度分布を有する光として出射することが可能である。
【００６９】
なお、光路制御部４２ｋの一部に、図１０に示しているように段差Ｓを設け斜面４５を形成した場合、斜面４５を形成することにより平面部４４ｋ，ｍの大きさが設計時の場合より小さくなることから、出射効率が減少する場合がある。そのため、出射効率が最大になるように、言い換えれば、斜面４５の大きさがより小さくなるように、式（１３）〜式（２６）を利用して設計した第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの一部を図１１に示すように並べ変えてもよい。
【００７０】
次に、第２の領域４１Ｂが有する光路制御部４３について説明する。図１２は、第２の領域が有する光路制御部の一例の模式図である。図１２では、光制御板４０のうち光路制御部４３を含む部分を一部拡大して示している。
【００７１】
光路制御部４３は、ｘ軸方向に延びており断面形状が略三角形状である第１〜第Ｍのプリズム部４６１〜４６Ｍを有している。図１２に示すように、第１〜第Ｍのプリズム部４６１〜４６Ｍは、下側に凸となっており、それらのプリズム頂部４６ａ１〜４６ａＭが同一平面上に位置するように形成されている。第１〜第Ｍのプリズム部４６１〜４６Ｍのうちｍ番目のプリズム部４６ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の構成について説明する。
【００７２】
プリズム部４６ｍは交差している２つの側面（傾斜面）４６ｂｍ，４６ｃｍを有する。側面（傾斜面）４６ｂｍ，４６ｃｍには、２つの光源３１，３２のうち側面４６ｂｍ，４６ｃｍに近い方の光源からの光が入射される。
【００７３】
プリズム部４６ｍは、側面４６ｂｍ側の光源３１からの光線ｆ１ｉを側面４６ｂｍで側面４６ｃｍ側に屈折させ側面４６ｃｍで全反射させた後、出射面４０ｂから出射角ξβｍで出射せしめると共に、側面４６ｂｍ側の光源３２からの光線ｆ２ｉを側面４６ｃｍで側面４６ｂｍ側に屈折させ側面４６ｂｍで全反射させた後、出射面４０ｂから出射角ξαｍで出射せしめるように構成されている。なお、出射角ξαｍ，ξβｍは図中右回り（時計回り）を正の方向とする。
【００７４】
出射角ξαｍ，ξβｍは、所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）の値であり、所定の角度範囲全体をカバーしていることが好ましく、更に、出射角ξα１〜ξαＭは上記所定の角度範囲内から一定の間隔で選択された出射角がそれぞれ割り当てられていることが好ましく、出射角ξβ１〜ξβＭも同様に、上記所定の角度範囲内から一定の間隔で選択された出射角がそれぞれ割り当てられていることが好ましい。
【００７５】
プリズム部４６ｍに入射した光の出射角ξαｍ，ξβｍは、側面４６ｂm，４６ｃｍの出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角αｍ，βｍを規定することで規定され、この傾斜角αｍ，βｍを規定することでプリズム部４６ｍの形状が決められている。
【００７６】
図１３〜図１５を利用して傾斜角αｍ，βｍの規定方法の一例を説明する。
【００７７】
図１３は、傾斜角αｍ，βｍの規定方法を説明するための光制御板モデルを示す図面である。図１３に示している３次元座標系は、図３に示した３次元座標系と同様のものである。ここでは、図１３に示すように、傾斜角αｍは右回りの方向を正の方向とし、傾斜角βｍは左回りの方向を正の方向とする。
【００７８】
また、光源３１，３２からの光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉが全反射される位置は、プリズム部４６ｍの傾斜面４６ｂｍ，４６ｃｍの中点ｐ１ｍ，ｐ２ｍであるとする。点ｐ１ｍの座標を（ｚ１ｍ，ｙ１ｍ）とし、点ｐ２ｍの座標を（ｚ２ｍ，ｙ２ｍ）とすると、点ｐ１ｍ，ｐ２ｍは以下の式（２７），（２８）で表される。
【数２７】
【数２８】
図１４及び図１５は、プリズム部の２つの側面の傾斜角α，βの規定方法を説明するための図面である。図１４及び図１５では、プリズム部４６ｍを模式的に示しており、説明のために、出射面４０ｂ及び光源３１，３２を示している。
【００７９】
図１４に示すように、側面４６ｂｍから入射された光線ｆ１ｉを側面４６ｃｍで全反射させた後に、出射面４０ｂから出射角ξβｍで出射する場合、傾斜角αｍ，βｍは、以下の式（２９）及び式（３０）を満たす。
【数２９】
【数３０】
式（３０）中のθβｍは光源３１から出力され、図１４に示すように側面４６ｂｍに入射される光線ｆ１ｉのｙ軸方向とのなす角度であり、θβｍは式（３１）の関係を満たす。
【数３１】
ただし、
【数３２】
【数３３】
である。
【００８０】
式（３２），式（３３）で表されるΔＨβｍ、Δｚβｍは、図１４に示したように、光線ｆ１ｉを点ｐ２ｍの位置で全反射させることによる光線ｆ１ｉのプリズム部４６ｍへの入射位置とプリズム頂部４６ａｍの位置とのズレをｚ軸方向及びｙ軸方向に対して補正するための補正項である。
【００８１】
また、式（３０）中のηβｍは、図１４に示すように、側面４６ｃｍで全反射した光の出射面４０ｂへの入射角であり、図１４の入射方向において、ηβｍ≧０とする。
【００８２】
また、図１５に示すように、側面４６ｃｍから入射された光線ｆ２ｉを側面４６ｂｍの点ｐ１ｍの位置で全反射させた後に、出射面４０ｂから出射角で出射させる場合、傾斜角αｍ，βｍは、以下の式（３４）及び式（３５）を満たす。
【数３４】
【数３５】
式（３５）中のθαｍは光源３２から出力され、図１５に示すように側面４６ａｍに入射される光線ｆ２ｉのｙ軸方向とのなす角度であり、θαｍは式（３６）の関係を満たす。
【数３６】
ただし、
【数３７】
【数３８】
式（３７），式（３８）で表されるΔｚαｍ、ΔＨαｍは、図１５に示したように、光線ｆ２ｉの向きを点ｐ１ｍの位置で全反射させることによる光線ｆ２ｉのプリズム部４６ｍへの入射位置とプリズム頂部４６ａｍの位置とのズレをｚ軸方向及びｙ軸方向に対して補正するための補正項である。
【００８３】
また、図１２に示したように、光路制御部４３が有するプリズム部４６ｍによる光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉの光路の変更は図１４と図１５の場合の組み合わせで実現できることから、プリズム部４６ｍに対する傾斜角αｍ及び傾斜角βｍは、式（２９）〜（３３）及び式（３４）〜（３８）を同時に満たすように規定すればよい。
【００８４】
このように傾斜角α１〜αＭ，β１〜βＭで形状が規定されるプリズム部４６１〜４６Ｍに光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉが入射することで、Ｍ＝９の場合の図１６に示すように、出射面４０ｂから入射された光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉに対応した光線ｆｏが出射角ξα１〜ξαＭ，ξβ１〜ξβＭで出射されることになる。よって、光路制御部４３によって、入射される光Ｆ１，Ｆ２を所定の角度範囲内に広げて出射することが可能である。
【００８５】
前述したように、図２に示した対応領域４１において平面Ｐから光源３２側の構成、すなわち、第２の領域４１Ｂのうち平面Ｐの位置から第３の領域４１Ｃまでの構成及び第３の領域４１Ｃの構成は、第１の領域４１Ａと第２の領域４１Ｂのうち第１の領域４１Ａから平面Ｐ迄の領域の構成を平面Ｐに対して反転させたものに対応する。よって、第１の領域４１Ａと第２の領域４１Ｂのうち第１の領域４１Ａから平面Ｐ迄の構成を設計することで、光制御板４０の裏面４０ａの構成を設計できることなる。なお、第１及び第２の領域４１Ａ，４１Ｂの境界位置又は第２及び第３の領域４１Ｂ，４１Ｃの境界位置は、出射面４０ｂから出射される光のローカルな輝度角度分布ができるかぎり滑らかに接続されるように決定することが好ましい。
【００８６】
光制御板４０を作製する場合には、先ず、式（１）〜式（１２）、式（１３）〜式（２６）及び式（２７）〜式（３８）を利用して対応領域４１に形成すべき光路制御部４２０，４２ｋ，４３の構造を前述したようにして設計する。なお、光路制御部４２ｋの構造を設計する際には、適宜段差Ｓを設ける。そして、表裏面が共に平坦な透明材料からなる板状体を用意し、その裏面の所定位置を例えば微細加工技術により切削加工することによって、上記のようにして設計した光路制御部４２０，４２ｋ，４３を形成して光制御板４０とすればよい。光路制御部４２０，４２ｋ，４３を形成する際には、上記板状体の裏面が図３に示したｘｚ平面に対応するように光路制御部４２０，４２ｋ，４３を形成すればよい。これにより、光路制御部４２０，４２ｋの両端及び光路制御部４３のプリズム部４６１〜４６Ｍのプリズム頂部４６ａ１〜４６ａＭが同一平面上に形成されることになる。
【００８７】
上述した構成を有する光制御板４０を用いた面光源装置５０では、複数の光源３０のうち隣接した２つの光源３１，３２から出力された光Ｆ１，Ｆ２は、光制御板４０の裏面４０ａ側から光制御板４０に入射される。この光制御板４０の裏面４０ａにおける各対応領域４１の第１〜第３の領域４１Ａ〜４１Ｃには光路制御部４２０，４２ｋ，４３が形成されている。
【００８８】
そして、第１の領域４１Ａに形成された光路制御部４２０，４２ｋは、２つの光源３１，３２のうち第１の領域４１Aに近い光源３１から出力され光F１のうち光路制御部４２０，４２ｋに入射される光を、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げて出射せしめる。また、第２の領域４１Bに形成された光路制御部４３は、２つの光源３１，３２から出力された光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉのうち光路制御部４３に入射される光を、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げて出射せしめる。更に、第３の領域４１Ｃに形成された光路制御部４２０，４２ｋは、２つの光源３１，３２のうち第３の領域４１Ｃに近い光源３２から出力され光Ｆ２ｉのうち光路制御部４２０，４２ｋに入射される光を、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げて出射せしめる。
【００８９】
よって、出射面４０ｂにおいて各光路制御部４２０，４２ｋ，４３を介して入射された光が出射される出射領域毎に所定の角度範囲内に広げられた光が出射されることになる。その結果、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げられた出射光Ｆｏが出射されることになる。
【００９０】
また、光制御板４０では、第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃに光路制御部４２０，４２ｋを形成し、第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃに挟まれた第２の領域４１Ｂに光路制御部４３を形成している点も重要である。
【００９１】
光制御板４０の裏面４０ａにおける第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃには、前述したようにそれらに近い光源３０からの光が主に入射される。この場合、ｙ軸方向に対する入射光の傾きは小さいため、第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍへの光の入射時の屈折を利用することによって光を所定の角度範囲に広げて出射することが可能である。一方、第２の領域４１Ｂに入射する光は、ｙ軸方向に対する傾きが大きくなる傾向にある。そのため、例えば第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃのように平面部による一回の屈折で出射角を制御することは困難であるが、プリズム部４６１〜４６Ｍ内での全反射を利用することでより確実に所定の角度範囲に光を広げることが可能となっている。従って、光制御板４０のように第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃに光路制御部４２０，４２ｋを形成し、第２の領域４１Ｂに光路制御部４３を形成することで、前述したように光制御板４０に入射される光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを所定の角度範囲に広げて出射することが可能である。
【００９２】
また、図１に示したように、面光源装置５０からの光Ｆ０が透過型画像表示部１０に入射するように構成された透過型画像表示装置１では、所定の角度範囲に広げられた光Ｆ０が透過型画像表示部１０に入射されることになる。よって、所定の角度範囲に応じた視野角を確保することができる。
【００９３】
また、複数の光源３０からは種々の方向に光が出射されるが、上記光制御板４０を利用することで、複数の光源３０からの光を所定の角度範囲に集光できていることになる。その結果、光制御板４０から出射される光Ｆ０の輝度を所定の角度範囲内でより高くすることが可能である。更に、光路制御部４２０，４２ｋでは、所定の角度範囲内での輝度角度分布が一定になるように入射光の屈折方向を調整しているため、出射光Ｆ０において輝度角度分布も均一に成りやすい。よって、面光源装置５０を透過型画像表示装置１に採用することで、画面ムラなどが低減されることになると共に、透過型画像表示装置１の大型化などへの対応も容易である。
【００９４】
次に、光制御板４０の設計例及びその設計例を利用したシミュレーション結果を実施例として説明する。
【００９５】
図１７は、光制御板を含むシミュレーションモデルの模式図である。シミュレーションモデルは、ｚ軸方向に一定間隔Ｌで並んでいる複数の光源３０と、光源３０から距離Ｈだけ離して配置された光制御板４０と、図１に示したライトボックスの内面３５ａに対応する光反射面３５ａとから構成される。光源３０は半径１ｍｍの棒状のものを仮定しており、隣接する光源３０間の距離（中心間の距離）Ｌは３０ｍｍである。また、光源３０と光制御板４０との間の距離Ｈは２０ｍｍである。距離Ｈは光源３０の中心と、光制御板４０における光路制御部４２，４３が形成されていない場合の主面４０ａとの間の距離に対応し、具体的には、複数の光源３０の中心を含む平面と複数のプリズム頂部４６ａｍを含む平面との間の距離である。また、光制御板４０の厚さは２ｍｍである。また、光制御板４０は空気中に配置されおり、光制御板４０の屈折率は１．５７２７７である。更に、光反射面３５ａと光源３０の中心との間の距離ｈは５ｍｍである。
【００９６】
本シミュレーションでは、光制御板４０における光源３０の直上位置（図中の原点位置）を中心としてｚ軸方向に対する幅Ｗ１の領域を一つのユニット（以下、光制御ユニットと称す）４０Ａとし、光制御板４０は、各光源３０に対応する光制御ユニット４０Ａがｚ軸方向に繋げられて構成されているものとした。光制御ユニット４０Ａは、光制御板４０における隣接する対応領域４１のｚ軸方向の中心位置を含み図１７に示したｘｙ平面に平行な平面Ｐ間の領域に対応する。本シミュレーションでは幅Ｗ１は３０ｍｍである。光制御ユニット４０Ａの裏面４０ａには、式（１）〜式（３８）を利用して設計されたｚ軸方向の幅が１．０ｍｍである光路制御部４２０，４２ｋ，４３が形成されている。
【００９７】
光制御ユニット４０Ａにおける光路制御部４２０，４２ｋ，４３の設計において式（１）〜式（３８）を利用する場合、Ｍの数は何れの光路制御部４２０，４２ｋ，４３に対しても９とし、最大出射角ξｍａｘは２０°とし、光路制御部４２０，４２ｋ，４３のｚ軸方向の幅は何れも１．０ｍｍとした。更に、前述した光制御板４０の光源３０に対する配置関係などから、Ｈ＝２０ｍｍ、ｎｉ＝ｎｏ＝１，ｎ＝１．５７２７７である。更にまた、式（１）〜式（２６）を利用して光路制御部４２０，４２ｋの構造を規定する際に使用する輝度Ｉ（ξ）は−ξｍａｘ≦ξ≦ξｍａｘにおいて１とした。なお、一つの光制御ユニット４０Ａは一つの光源３０が対応することになるが、光制御ユニット４０Ａにおける裏面４０ａの構成を設計する際には、式（１）〜式（３８）についての説明から理解されるように、当該設計対象の光制御ユニット４０Ａに隣接する光制御ユニット４０Ａに対応した光源３０からの光も仮定して設計している。以下、光制御ユニット４０Ａにおける裏面４０ａの構成について具体的に説明する。
【００９８】
図１８は、光制御ユニットにおける―０．５≦ｚ≦０．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２０が示されている。この光路制御部４２０は式（１）〜式（１２）を利用して設計されている。式（１）〜式（１２）を利用して規定された傾斜角α０，１〜α０，９及びピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，９は表１のとおりである。なお、光路制御部４２０の幅が１．０ｍｍであるため、ピッチ比が各平面部のｚ軸方向の長さに対応する。そのため、表１では、ピッチ比Ｌ０，ｍの単位として（ｍｍ）を示している。
【表１】
【００９９】
図１９は、光制御ユニットにおける０．５≦ｚ≦１．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２１を示している。光路制御部４２１を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α１，１〜α１，９及び各平面部４４１，１〜４４１，９の端の位置座標を決定した。次いで、光路制御部４２１の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、平面部４４１，１〜平面部４４１，３間にそれぞれ段差Ｓを設けて図２０に示す構造を得た。図１９では、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図１９に示した傾斜角α１，１〜α１，９及びｗ１〜ｗ９は表２のとおりである。
【表２】
また、図１９に示した、段差Ｓを構成している斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２は、それぞれ８０．５２８°，８３．６６１°である。
【０１００】
図２０は、光制御ユニットにおける１．５≦ｚ≦２．５を示す図面であり、光路制御部４２２を示している。光路制御部４２２を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α２，１〜α２，９及び各平面部４４２，１〜４４２，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２２では、光路制御部４２２の両端のｙ軸方向の高さを一致させるために段差Ｓを設けており、段差Ｓを設けることにより、式（１３）〜式（２６）を利用して設計された平面部４４２，２と平面部４４２，３との並び換えを実施している。図２０では、図１９の場合と同様に、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２０に示した傾斜角α２，１〜α２，９及びｗ１〜ｗ９は表３のとおりである。
【表３】
図２０に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３は、それぞれ８３．６６１°，８０．５２８°，８６．８２３°である。
【０１０１】
図２１は、光制御ユニットにおける２．５≦ｚ≦３．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２３を示している。光路制御部４２３を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α３，１〜α３，９及び各平面部４４３，１〜４４３，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２３では、光路制御部４２３の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、段差Ｓを設けている。また、光路制御部４２３では、式（１３）〜式（２６）を利用して規定された平面部４４３，２〜４４３，４の間で並び換えを実施している。更に、図２１では、図１９の場合と同様に、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２１に示した傾斜角α３，１〜α３，９及びｗ１〜ｗ９は表４のとおりである。
【表４】
図２１に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３，β４は、それぞれ８６．８２３°，８０．５２８°，８３．６６１°，９０．０００°である。
【０１０２】
図２２は、光制御ユニットにおける３．５≦ｚ≦４．５の領域を示す図であり、光路制御部４２４を示している。光路制御部４２４を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α４，１〜α４，９及び各平面部４４４，１〜４４４，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２４では、光路制御部４２４の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、段差Ｓを設けており、この段差Ｓを設けることにより、式（１３）〜式（２６）を利用して規定された平面部４４４，２〜４４４，５の間で並び換えを実施している。更に、図２２では、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２２に示した傾斜角α４，１〜α４，９及びｗ１〜ｗ９は表５のとおりである。
【表５】
図２２に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３，β４，β５は、それぞれ９０．０００°，８０．５２８°，８６．８２３°，８３．６６１°，９０．０００°である。
【０１０３】
図２３は、光制御ユニットにおける４．５≦ｚ≦５．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２５を示している。光路制御部４２５を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α５，１〜α５，９及び各平面部４４５，１〜４４５，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２５では、光路制御部４２５の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、段差Ｓを設けており、この段差Ｓを設けることにより、式（１３）〜式（２６）を利用して規定された平面部４４５，２〜４４５，６の間で並び換えを実施している。更に、図２３では、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２３に示した傾斜角α５，１〜α５，９及びｗ１〜ｗ９は表６のとおりである。
【表６】
図２３に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３，β４，β５，β６は、それぞれ９０．０００°，８０．５２８°，９０．０００°，８３．６６１°，８６．８２３°，９０．０００°である。
【０１０４】
また、前述したように５．５≦ｚ≦１５の領域は、複数の光路制御部４３を有する。本実施例では、各光路制御部４３は、９個のプリズム部を有するものとして光制御ユニット４０Ａを設計している。この場合、光路制御部４３において、ξαｍ、ξβｍを表７のように割り当てた。
【表７】
上記条件で各光路制御部４３が有するプリズム部の側面４６ｂｍ，４６ｃｍの傾斜角αｍ，βｍの計算結果を表８〜表１７に示す。表８〜表１７はそれぞれ１つの光路制御部４３が有するプリズム部の側面４６ｂｍ，４６ｃｍの傾斜角αｍ，βｍを示している。
【０１０５】
なお、表８においてｚ＝５．５の場合のαｍを示しておらず、側面４６ｃｍの傾斜角βｍのみ示しているのは、第１の領域４１Ａと第２の領域４１Bとの境界に対応することによる。このｚ＝５．５の場合の傾斜角βｍは、次のようにして算出している。すなわち、ｚ＝５．５にプリズム頂部が位置するプリズム部を仮定する。そして、光源３２からの光ｆ２ｉが側面４６ｃｍにおいて一度屈折した後に、出射面４０ｂから２０°の出射角で出射されるように側面４６ｃｍの傾斜角βｍを算出する。
【０１０６】
また、表１７においてｍ＝５〜９が示されていないことは、１つの光制御ユニット４０Ａにおいて、ｚ＝１５の位置が図２及び図１７に示した平面Ｐの位置、すなわち、対応領域４１における中央位置に相当するからである。
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
光制御ユニット４０Ａにおいて−０．５≦ｚ≦−１５．０の領域の構成は、０．５≦ｚ≦１５．０の領域の構成を図に示したｘｙ平面に対して鏡面対称とした。
【０１０７】
次に、上記光制御ユニット４０Ａに対する輝度角度分布のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションは、図１７に示した２つの平面Ｐ間の領域に対して実施した。具体的には、ｚ軸方向に対しては平面Ｐの位置において周期的境界条件を仮定し、ｘ軸方向においても所定の領域（本実施例ではｘ軸方向に対して幅が１１２ｍｍの領域）の両端で周期的境界条件を仮定してシミュレーションを実施した。シミュレーション手法としては光線追跡を採用した。
【０１０８】
図２４は、輝度角度分布のシミュレーション結果を示す図面である。図２４中の横軸は出射角を示しており、縦軸は輝度を示している。図２４中では、光制御ユニット４０Ａにおけるシミュレーション結果としての輝度角度分布を実施例として実線で示している。また、図２４中には、光制御板４０の代わりに従来と同様の拡散板と頂角９０°のプリズム部が複数形成されたプリズムシートを組み合わせた場合の輝度角度分布を比較例として破線で示している。比較例での照明方法及び境界条件は実施例と同様とした。
【０１０９】
図２４に示しているように、本実施例の光制御板４０では、−２０°〜２０°で高い輝度を実現できており、−２０°〜２０°の間に光を主に集光して出力できている。また、比較例に比べて出射角を制御できており、且つ、−２０°〜２０°の範囲での輝度角度分布をより均一にすることが可能となっている。
【０１１０】
なお、上記実施例で示した数値例などは光制御板４０における一例であって、本発明は上記数値例に限定されない。
【０１１１】
以上、本発明の光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置の実施形態及び実施例を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されない。例えば、プリズム部４６ｍの傾斜角αｍ，βｍを決定する際には、補正項Δｚαｍ、ΔＨαｍ、Δｚβｍ、ΔＨβｍを含んだ式を利用しているが、例えば、隣接する２つのプリズム部４６ｍ，４６ｍ＋１間のピッチ幅（プリズム頂部４６ａｍ，４６ａｍ＋１間の長さ）が、ＨとＬに対して十分小さい場合、例えば１／１０以下程度である場合には、上記補正項を使用しなくてもよい。
【０１１２】
また、これまでの説明では、対応領域４１はその中央位置に対して対称の構成を有するとし、対応領域４１の半分の構成を規定することで、残りの半分の構成の規定を省略できるとした。しかしながら、残りの半分の構成に対しても同様の方法で構成を改めて規定してもよい。
【０１１３】
更に、第４の領域４１Ａ１，４１Ｃ１に位置する光路制御部４２０は、法線Ｎ方向に対して光が平行に入射することを仮定して、その構成を規定している。しかしながら、光路制御部４２ｋの場合と同様の式を利用してその構成を決定してもよい。
【０１１４】
第１の光路制御部４２、より具体的には、第１の光路制御部４２０，４２ｋの構造を規定する際、第１の光路制御部４２０，４２ｋに入射される光が所定の角度範囲内で輝度角度分布が一定になるように第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの大きさを規定したが、所定の角度範囲内に光を広げて出射するためには、第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの傾斜角が少なくとも規定されていればよい。そのため必ずしも第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍのピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍや立体角比ωｋ，１〜ｋ，Ｍを規定せずに光路制御部４２０，４２ｋの構造を決定することもできる。このように第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの立体角比ωｋ，１〜ｋ，Ｍを規定しない場合には、段差Ｓを有しない光路制御部４２ｋを設計することも可能である。
【０１１５】
また、光制御板４０は、シミュレーション結果を説明する際に述べたように、一つの光源３０に対応した一つの光制御ユニット４０Ａを複数作製し、複数の光制御ユニット４０Ａを並列させて一つの光制御板４０とすることも可能である。すなわち、本発明は、複数の並列配置された光源３０に対して離間して配置された光制御板であって、各光源３０に対応する光制御ユニット４０Ａを有し、当該光制御ユニット４０Ａの裏面（主面）４０ａは、光源３０の直上領域を含む第１の領域４１Ａと、第１の領域４１Ａの両側に設けられた第２の領域４１Ｂとから構成されており、複数の光制御ユニット４０Ａが光源３０の配列方向に配置されてなる光制御板に係るものとすることもできる。
【０１１６】
図２５は、３つの光制御ユニット４０Ａから構成された光制御板の一例の模式図である。図２５に示した光制御板１００は、一方向に延在する光制御ユニット４０Ａを延在方向に略直交する方向に３つ繋げて構成されている。図２５に示した光制御ユニット４０Ａの延在方向の長さＷ２は例えば９０ｍｍであり、光制御ユニット４０Ａの幅Ｗ１はシミュレーションの場合と同様に例えば３０ｍｍである。このように光制御ユニット４０Ａを一つ設計し、当該設計に基づいて光制御ユニット４０Ａを複数作製した後、それらを繋げて一つの光制御板１００とする場合には、光路制御部４２，４３を一つの光制御ユニット４０Ａの略半分の領域に対して設計すればよいため、設計工程に要する時間の短縮を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】光制御板の一部を拡大した模式図である。
【図３】光路制御部を説明するための光制御板の模式図である。
【図４】光制御板における光源の直上領域の一部拡大図である。
【図５】光制御板における光源の直上領域の一部拡大図である。
【図６】光制御板のうち第１の領域の一部を含む部分の拡大図である。
【図７】第１の光路制御部における平面部の傾斜角及び大きさの規定方法の一例を説明するための図面である。
【図８】第１の光路制御部における平面部の傾斜角及び大きさの規定方法の一例を説明するための図面である。
【図９】第１の光路制御部の設計方法を説明するための図であり、段差を設ける前の第１の光路制御部の状態を示す図面である。
【図１０】段差を設けた場合の第１の光路制御部の模式図である。
【図１１】複数の平面部の一部を並び変えた場合の第１の光路制御部の模式図である。
【図１２】第２の領域が有する第２の光路制御部の一例の模式図である。
【図１３】プリズム部の２つの側面の傾斜角の規定方法を説明するための光制御板モデルを示す図面である。
【図１４】プリズム部の２つの側面の傾斜角の規定方法を説明するための図面である。
【図１５】プリズム部の２つの側面の傾斜角の規定方法を説明するための図面である。
【図１６】第２の光路制御部の一例の模式図である。
【図１７】シミュレーションのためのシミュレーションモデルの模式図である。
【図１８】光制御ユニットにおける―０．５≦ｚ≦０．５の領域を示す図面である。
【図１９】光制御ユニットにおける０．５≦ｚ≦１．５の領域を示す図面である。
【図２０】光制御ユニットにおける１．５≦ｚ≦２．５の領域を示す図面である。
【図２１】光制御ユニットにおける２．５≦ｚ≦３．５の領域を示す図面である。
【図２２】光制御ユニットにおける３．５≦ｚ≦４．５の領域を示す図面である。
【図２３】光制御ユニットにおける４．５≦ｚ≦５．５の領域を示す図面である。
【図２４】輝度角度分布のシミュレーション結果を示す図面である。
【図２５】光制御板の実施形態の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１…透過型画像表示装置，２…光制御板、１０…透過型画像表示部、３０，３１，３２…光源，４０…光制御板、４０ａ…裏面（主面）、４０ｂ…出射面、４１…対応領域、４１Ａ…第１の領域、４１Ｂ…第２の領域、４１Ｃ…第３の領域、４１A１，４１C１…第４の領域、４１A２，４１C２…第５の領域、５０…面光源装置、４２，４２０，４２ｋ・・・光路制御部（第１の光路制御部）、４３…光路制御部（第２の光路制御部）、４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍ…第１〜第Ｍの平面部、４６１〜４６Ｍ…プリズム部、４６ｂ１〜４６ｂＭ…プリズム部の側面、４６ｃ１〜４６ｃＭ…プリズム部の側面、N…出射面の法線、Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉ…光（第１の入射光，第２の入射光）、出射光…Ｆｏ、α０，１〜α０，Ｍ，αｋ，１〜αｋ，Ｍ…第１〜第Ｍの平面部の傾斜角、αｍ，βｍ…プリズム部の２つの側面の傾斜角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、液晶表示部のバックライトを出力する光源として面光源装置が使用されている。このような面光源装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この面光源装置は、ランプボックス内に相互に離間して配置された複数の光源の前方に光拡散板が配置されて構成されている。この光拡散板には、複数の光源側から光拡散板に入射する入射光を光拡散板の表面に対して略垂直方向に向けて出射させ得る形状を備えた偏向構造部が設けられている。その結果、複数の光源から出力された光は、光拡散板を通過することによって、光拡散板の表面に対して前方に導かれつつ拡散されて均一な輝度分布の平行光をバックライトとして出力することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００６―３５１５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記面光源装置では、前述したように、均一な輝度分布の平行光として出力することが可能であるが、この面光源装置の適用用途によっては、例えば画面ムラが生じる場合や適当な視野角を確保したい場合もあり、面光源装置からの出射光が所定の出射角度範囲内で広げられているものも求められている。
【０００４】
そこで、本発明は、所定の角度範囲内に広げられた光を出射可能な光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る光制御板は、互いに間隔を空けて配列された複数の光源に対して離間して配置される光制御板であって、複数の光源側に位置する主面と、主面に対向配置されると共に、主面から入射された複数の光源からの光が出射される平坦な出射面と、を有し、主面において、隣接する２つの前記光源間に対応する対応領域は、第１の入射光を出射面から所定の角度範囲内に広げて出射せしめる第１の光路制御部が複数の光源の配列方向に複数形成されている第１及び第３の領域と、第１及び第３の領域の間に配置されており、第２の入射光を出射面から所定の角度範囲内で出射せしめる第２の光路制御部が少なくとも一つ形成されている第２の領域と、を有し、第１の入射光は、隣接する２つの光源のうち第１の光路制御部に近い方の光源から出力された光であり、第２の入射光は、隣接する２つの光源からそれぞれ出力された光であり、第１の光路制御部は、一方向に延びており第１の入射光が入射される複数の平面部を含んで構成されており、第１の光路制御部は、複数の平面部への第１の入射光の入射時の屈折を利用して出射面から所定の角度範囲内に広げて出射せしめ、第２の光路制御部は、上記一方向に延びており断面形状が略三角形状であって第２の入射光が入射されるプリズム部を複数有し、第２の光路制御部は、複数のプリズム部へ入射した第２の入射光のプリズム部内での全反射を利用して第２の入射光を出射面から所定の出射角度範囲内で出射せしめることを特徴とする。
【０００６】
上記構成では、主面における各対応領域内の第１〜第３の領域は、一つの対応領域内で上記配列方向に第１〜第３の領域の順に配置されている。そのため、第１の領域は、隣接する２つの光源のうちの一方の光源側に位置し、第３の領域は、隣接する２つの光源の他方の光源側に位置することになる。この場合、第１及び第３の領域には、隣接する２つの光源のうち第１及び第３の領域により近い方の光源からの光が入射されるため、第１の光路制御部には、隣接する２つの光源のうちその第１の光路制御部により近い方の光源からの光が第１の入射光として入射される。一方、第１及び第３の領域の間に位置している第２の領域には隣接する２つの光源からの光が何れも入射するため、第２の光路制御部には、隣接する２つの光源から出力される光が何れも第２の入射光として入射される。
【０００７】
本発明に係る光制御板の構成では、光源のより近くに位置する第１及び第３の領域には第１の光路制御部が複数形成されている。この第１の光路制御部に第１の入射光が入射されると、第１の入射光は、第１の光路制御部が有する複数の平面部による屈折によって出射面から所定の角度範囲内に広げられて出射される。また、第１及び第３の領域の間に位置する第２の領域には第２の光路制御部が複数形成されている。そして、この第２の光路制御部に第２の入射光が入射されると、第２の入射光は、第２の光路制御部が有する複数のプリズム部内の全反射により出射面から所定の角度範囲内に広げられて出射される。このように第１及び第２の光路制御部へ入射される光毎に所定の角度範囲に広げて出射せしめるため、結果として、出射面から所定の角度範囲に広げられた光を出射させることが可能である。
【０００８】
また、本発明に係る光制御板では、各平面部を介して入射された第１の入射光が所定の角度範囲内の出射角で出射面から出射される方向に第１の入射光を屈折させるように、複数の平面部の各々の出射面に対する傾斜角が規定されており、複数のプリズム部の各々は第１及び第２の側面を有し、第１及び第２の側面の出射面に対する傾斜角は、第１の側面が、第２の側面を介して入射された第２の入射光を、その第２の入射光が出射面から所定の角度範囲内の出射角で出射される方向に全反射させると共に、第２の側面が、第１の側面を介して入射された第２の入射光を、その第２の入射光が所定の角度範囲内の出射角で出射面から出射される方向に全反射させるように、規定されており、第１の側面を介して入射される第２の入射光は、隣接する２つの光源のうち第１の側面側の光源から出力された光であり、第２の側面を介して入射される第２の入射光は、隣接する２つの光源のうち第２の側面側の光源から出力された光であることが好ましい。
【０００９】
第１の光路制御部が有する複数の平面部が上記のように出射面に対して傾斜しているため、第１の入射光の各平面部への入射時の屈折を利用して出射面から所定の角度範囲内の出射角で第１の入射光を出射させることができる。そして、各平面部の出射面への傾斜角で決まる第１の入射光の出射面からの出射角を所定の角度範囲内で適宜割り当てることで、第１の光路制御部へ入射した第１の入射光を所定の角度範囲に広げることが可能である。また、第２の光路制御部の各プリズム部が第１及び第２の側面を有しており、第１及び第２の側面の出射面に対する傾斜角が上記のように規定されていることで、第１及び第２の側面を介して入射される上記第２の入射光をプリズム部内の全反射を利用して出射面から所定の角度範囲内の出射角で出射させることができる。そして、第１の光路制御部の場合と同様に、第１及び第２の側面の傾斜角で決まる第２の入射光の出射面からの出射角を所定の角度範囲内で適宜割り当てることで、第２の光路制御部へ入射した第２の入射光を所定の角度範囲に広げることが可能である。
【００１０】
この場合、複数の平面部各々を介して入射された第１の入射光の出射角は互いに異なっており、複数のプリズム部の各々が有する第１の側面で全反射された第２の入射光の出射角は、所定の角度範囲内から一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられており、複数のプリズム部の各々が有する第２の側面で全反射された第２の入射光の出射角は、所定の角度範囲内で一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられていることが好ましい。この場合、第１及び第２の光路制御部にそれぞれ入射される第１及び第２の入射光を所定の角度範囲により広げやすい。
【００１１】
また、本発明に係る光制御板では、上記第２の領域は、第２の光路制御部を複数有することが好ましい。第２の領域が複数の第２の光路制御部を有することにより、より確実に光を所定の角度範囲に広げることが可能である。
【００１２】
また、本発明に係る光制御板では、各第１の光路制御部が有する複数の平面部の各々の大きさは、複数の平面部を介して入射され出射面から所定の角度範囲内で出射される光の所定の角度範囲における輝度角度分布が略均一になるように規定されていることが好ましい。第１の光路制御部は、第２の領域に比べて光源により近い第１及び第３の領域に形成されている。そのため、光源から出力される光の輝度分布の影響を受けやい。よって、上記のように第１の光路制御部が有する平面部の大きさを規定して、第１の光路制御部に入射された第１の入射光を、所定の角度範囲内で輝度角度分布が略一定になるようにすることで、出射面から出射される光の輝度角度分布が略一定になる傾向にある。
【００１３】
また、本発明に係る光制御板では、第１及び第３の領域の各々は、光源の直上に位置する４の領域と、第４の領域と第２の領域との間に位置する第５の領域とを有し、第４の領域には、複数の第１の光路制御部のうち少なくとも一つの第１の光路制御部が形成されており、第４の領域内の第１の光路制御部は断面形状が凹状であり、その第１の光路制御部が有する複数の平面部が連続に配置されて第１の光路制御部の表面が構成されており、第５の領域には複数の第１の光路制御部が形成されており、第５の領域内の各第１の光路制御部が有する複数の平面部のうち第２の領域又は第４の領域側に位置する隣接する平面部間には段差が形成されていることが好ましい。
【００１４】
第４の領域に形成される第１の光路制御部には、第１の入射光として光源からの光が、出射面の法線に略平行に入射されやすい。そのため、断面形状が凹状の第１の光路制御部が形成できると共に、第１の光路制御部の表面を複数の平面部から構成することが可能である。一方、第５の領域では、第１の入射光は、上記法線方向に対して斜め方向に進行して第１の光路制御領域に入射されやすい。この場合、第４の領域の第１の光路制御部と同様の第１の光路制御部を作製しようとすると、平面部の傾斜角等の影響により第１の光路制御部の両端の位置が上記法線方向でずれる場合がある。そのため、上記のように第５の領域の第１の光路制御部において第２又は第４の領域側に段差を設けた場合、段差の大きさで第１の光路制御部の両端の位置の上記法線方向の位置を一致させることができる。その結果、光制御板を所望の厚さを維持しつつ形成することが可能である。
【００１５】
また、本発明に係る面光源装置は、互いに間隔を空けて配列された複数の光源と、複数の光源に対して離間して配置されている上記本発明に係る光制御板と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この場合、複数の光源各々から出力された光は、光制御板をとおって光制御板の出射面から出射される。その際、複数の光源のうちの隣接する２つの光源からの光が、その２つの光源に対応する光制御板の対応領域に入射すると、前述したように出射面から所定の角度範囲に広げられて出射されるため、上記面光源装置では、所定の角度範囲に広がった出射光を得ることができる。
【００１７】
更に、本発明に係る透過型画像表示装置は、上記本発明に係る面光源装置と、面光源装置における複数の光源の配列方向に略直交する方向において面光源装置から離間して配置される透過型画像表示部と、を備えるこことを特徴とする。
【００１８】
この透過型画像表示装置では、上記面光源装置から出力される所定の角度範囲に広がった出射光が透過型表示部に入射することになる。その結果、例えば、平行光が透過型画像表示部に入射される場合よりもより広い視野角を確保することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る光制御板によれば、複数の光源から出射された光を、光制御板の出射面から所定の角度範囲に広げて出射することができる。また、本発明に係る面光源装置によれば、複数の光源から出射された光が光制御板に入射されると、光制御板の出射面から所定の角度範囲に広げられた光が出射される。よって、面光源装置からは、出射光として所定の角度範囲に広げられた光を出力することができる。更に、本発明に係る透過型画像表示装置によれば、面光源装置に所定の角度範囲に広げられた光が透過型画像表示部に入射するため、より広い視野角を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置の実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率等は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２１】
図１は、本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。透過型画像表示装置１は、液晶表示装置であり、液晶セル１１の上下両面に偏光板１２，１３が積層されてなる透過型画像表示部１０の背面側（下側）に面光源装置５０が設けられて構成されている。なお、本実施形態では、面光源装置５０に対して透過型画像表示部１０が配置されている側を「上」側又は「前」側とする。
【００２２】
液晶セル１１、偏光板１２，１３は、従来の液晶表示装置等の透過型画像表示装置で用いられているものを用いることができる。液晶セル１１としては、ＴＦＴ型、ＳＴＮ型等の公知の液晶セルが例示される。また、上下一対の偏光板１２，１３は、互いにその透過軸を直交させる状態に配置され、これらの偏光板１２，１３の透過軸は、液晶セル１１における液晶分子の配向方向と平行になるように配置されている。
【００２３】
面光源装置５０は、光源部２０と、光源部２０の前面側、すなわち、透過型画像表示部１０側に光源部２０に対して離間して配置された光制御板４０とを有する。面光源装置５０は、光源部２０から出力される光Ｆｉを光制御板４０により集光しバックライトとして透過型画像表示部１０に対して供給する。
【００２４】
光源部２０は、光Ｆｉを出力する複数の光源３０を有し、複数の光源３０は各光源３０の中心軸線が同一面内に位置するように等しい間隔Ｌで配置されている。隣接する光源３０，３０間の中心軸線間の間隔Ｌは例えば１５ｍｍ〜１５０ｍｍである。各光源３０は、複数の光源３０の配列方向に直交する方向に延在している棒状のものであり、蛍光ランプ（冷陰極線管）のような直管状のものが例示される。ここでは、光源３０は棒状としたが、ＬＥＤのような点光源などを用いることも可能である。
【００２５】
複数の光源３０は、図１に示すように、ランプボックス３５内に配置されていることが好ましく、ランプボックス３５の内面３５ａは、光反射面として形成されていることが好ましい。これにより、各光源３０から出力された光Ｆｉが透過型画像表示部１０側に確実に出力することができる。
【００２６】
光制御板４０は、略直方体形状を有しており、複数の光源３０の全てを覆っている。光制御板４０は、光源部２０から例えば５ｍｍ〜５０ｍｍ離して配置されている。光制御板４０の厚みは０．１ｍｍ〜１５ｍｍが例示されるが、好ましくは０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００２７】
光制御板４０は、透明材料、例えば透明樹脂、透明ガラスからなる。透明樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン共重合体樹脂）、メタクリル樹脂、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチル−スチレン共重合体樹脂）、ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂）、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂などが例示される。なお、光制御板４０には、少量の拡散剤が含まれていても良い。また、表面において僅かな拡散は許容可能である。
【００２８】
光制御板４０は、光源部２０側に位置する裏面（主面）４０ａ側から入射される光Ｆｉを、裏面４０ａに対向配置された平坦な出射面４０ｂから出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対して所定の角度範囲内に広げて出射する。すなわち、出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対する出射角をξとし、最大出射角をξｍａｘとした場合、光制御板４０は、入射される光Ｆｉを、−ξｍａｘ≦ξ≦ξｍａｘ内で広げて出射面４０ｂから光Ｆ０として出射する。ξｍａｘとしては、例えば２０°である。
【００２９】
光制御板４０の裏面４０ａにおいて、隣接する２つの光源３０，３０間の上方に位置している領域であって、２つの光源３０，３０間に対応する対応領域４１毎には、光Ｆｉを所定の角度範囲内で出射するための微細構造が複数形成されている。この対応領域４１の構成について説明する。
【００３０】
図２は、光制御板の一部を拡大した模式図である。図２では、一つの対応領域４１を含む光制御板４０の部分を拡大して示しており、対応領域４１に対応した隣接する２つの光源３０，３０も便宜的に示している。
【００３１】
以下の説明では、図２中の２つの光源３０，３０のうち一方の光源３０（図２では左側の光源）を光源３１とも称し、他方の光源３０を光源３２とも称す。これに対応して、光源３１及び光源３２から出力される光Ｆｉをそれぞれ光Ｆ１ｉ及び光Ｆ２ｉとも称す。更に、光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを、便宜的に複数の光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉの集まりとして説明する場合もあり、同様に、光Ｆｏも光線ｆｏの集まりとして説明する場合もある。また、図２（ａ）に示すように、光源３１，３２が配列されている方向（図２（ａ）中の左右方向）をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に直交する方向であって光源３１に対して光制御板４０が位置する方向をｙ軸方向とし、ｚ軸方向及びｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向とする。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、対応領域４１は、第１〜第３の領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃから構成されている。第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃは光源３１，３２の直上の領域を含んでおり、第２の領域４１Ｂの両側に位置する。本実施形態では、対応領域４１の構成は、２つの光源３１，３２間の中央位置、すなわち、光源３１から光源３２側へＬ／２の位置での出射面４０ｂに直交する仮想的な平面Ｐに対して折り返し対称（図２では左右対称）となっている。よって、対応領域４１における光源３１側の半分の領域、すなわち、第１の領域４１Ａと、第２の領域４１Ｂにおける第１の領域４１Ａ側の半分の領域の構成を中心にして説明する。
【００３３】
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１の領域４１Ａ及び第２の領域４１Ｂは、ｘ軸方向（一方向）に延びている微細構造としての光路制御部（第１の光路制御部）４２及び光路制御部（第２の光路制御部）４３を複数有し、複数の光路制御部４２は第１の領域４１Ａ内においてｚ軸方向に密に形成されており、複数の光路制御部４３は第２の領域４１Ｂ内においてｚ軸方向に密に形成されている。各光路制御部４２の幅（ｚ軸方向の長さ）及び各光路制御部４３の幅は、５０μｍ〜１０ｍｍが例示されるが、好ましくは５０μｍ〜５ｍｍ、より好ましくは５０μｍ〜２ｍｍである。
【００３４】
図２（ｂ），（ｃ）に示すように、光路制御部４２は、出射面４０ｂに略平行な平面に対して異なる角度で傾斜した複数の平面部を含んで構成されている。光路制御部４２は、２つの光源３１，３２のうち近い方向の光源３１から出力され光路制御部４２に入射される第１の入射光としての光Ｆ１ｉを、出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対して−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下の角度範囲内に広げて出射面４０ｂから出力するためのものである。
【００３５】
複数の光路制御部４２は、図２（ｂ）に示すように、光源３１の直上に形成されており光線ｆ１ｉがほぼ出射面４０ｂの法線Ｎ方向に平行に入射される光路制御部４２０と、光線ｆ１ｉが上記法線Ｎ方向に対して傾斜して入射される光路制御部４２ｋ（ｋは１以上の整数）とに分けることができる。換言すれば、第１の領域４１Ａにおいて、光線ｆ１ｉがほぼ出射面４０ｂの法線Ｎ方向に平行に入射される光源３１の直上の領域を第４の領域４１Ａ１とし、第１の領域４１Ａのうち第４の領域４１Ａ１と第２の領域４１Ｂとの間の領域を第５の領域４１Ａ２としたとき、第４の領域４１Ａ１には光路制御部４２０が形成されており、第５の領域４１Ａ２には光路制御部４２ｋが形成されていることになる。
【００３６】
なお、図２（ａ），（ｂ）では、第４の領域４１Ａ１には１つの光路制御部４２０が構成されているとしているが、第４の領域４１Ａ１の大きさや光制御板４０と光源３１との間の距離等に応じて、第４の領域４１Ａ１が複数の光路制御部４２０を有していても良い。
【００３７】
光路制御部４３は、図２（ｄ）に示すように複数のプリズム部を含んで構成されている。光路制御部４３は、２つの光源３１，３２から出力され光路制御部４３に入射される第２の入射光としての光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを、各プリズム部内での全反射を利用して出射面４０ｂの法線Ｎ方向に対して所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）内で出射面４０ｂから出力せしめるためのものである。光路制御部４３は、各プリズム部に入射される光Ｆ１ｉ，光Ｆ２ｉが、プリズム部内で全反射させることによって、出射面４０ｂから上記出射角度範囲内に広げられて出射されるようになっている。
【００３８】
前述したように、対応領域４１は平面Ｐに対して対称である。よって、第３の領域４１Ｃは、第１の領域４１Ａの場合と同様に、複数の光路制御部４２を含んで構成されており、これらの複数の光路制御部４２は、光路制御部４２０と、光路制御部４２ｋとから構成することができる。更に、第３の領域４１Cは、第１の領域４１Aにおける第４の領域４１Ａ１及び第５の領域４１Ａ２に対応した第４の領域４１C１及び第５の領域４１Ｃ２から構成することができ、この場合、第４の領域４１Ｃ１には光路制御部４２０が形成されており、第５の領域４１Ｃ２には光路制御部４２ｋが形成されていることになる。第４の領域４１Ｃ１が複数の光路制御部４２０を有してもよいのは、第１の領域４１Ａの場合と同様である。
【００３９】
次に、図３〜図１７を利用して光路制御部４２（４２０，４２ｋ）及び光路制御部４３の構成について詳述する。
【００４０】
図３は、本実施形態の説明に便宜的に使用する３次元座標系と光制御板との位置関係を示している。図３では、光制御板４０と光源３１，３２との３次元座標系における位置関係も示すために光源３１，３２も示している。以下の説明では、図３に示すように、微細構造が形成されていないと仮定した場合の裏面４０ａにおける光源３１の直上の位置（すなわち、光源３１の中心の直上位置）を原点Ｏとして、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる３次元座標系を仮定する。なお、図３に示したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の延びている方向は図２に示したｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に対応している。また、ｘ軸と光源３１，３２との間の距離、言い換えれば、光制御板４０と光源３１，３２との間の距離はＨとする。距離Ｈとしては、例えば、５ｍｍ〜５０ｍｍである。
【００４１】
先ず、光路制御部４２０の構成について説明する。図４及び図５は光制御板における光源の直上領域の一部拡大図である。図５には、光路制御部４２０に入射する第１の入射光を構成する複数の光線ｆ１ｉの光路の一例を模式的に示している。
【００４２】
図４及び図５に示すように、光路制御部４２０はｘ軸方向に延びており断面形状が略凹状の微細構造である。光路制御部４２０の表面はＭ個（Ｍは２以上の整数）の第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍから構成されている。図４及び図５では、一例としてＭ＝９の場合を示している。
【００４３】
第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍはそれぞれｘ軸方向に延在しており連続的に設けられている。第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍのうちｍ番目の平面部を平面部４４０，ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）とすると、平面部４４０，ｍは、出射面４０ｂに平行な平面に対して平行であるか又は傾斜している。平面部４４０，ｍの出射面４０ｂに対する傾斜角α０，ｍは、平面部４４０，ｍへの入射光が出射面４０ｂから出射角ξ０，ｍで出射するように規定されている。この出射角ξ０，ｍは所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）内の任意の角度であればよいが、出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍにより上記角度範囲全体をカバーしていることが好ましく、各出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍには上記所定の角度範囲内において一定間隔で選択された出射角が割り当てられていることが更に好ましい。なお、出射角ξ０，ｍは、ｙ軸方向に対して図中右回り方向（時計回り）を正の方向とする。
【００４４】
また、第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍの大きさは、各出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍ方向へ出射される各光線ｆｏの輝度であるＩ（ξ０，１）〜Ｉ（ξ０，Ｍ）が同一になるように規定されている。このような平面部４４０，ｍの大きさは、平面部０，ｍに入射する光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率及びその光線ｆ１ｉに対応する光線ｆｏの出射角ξ０，ｍに基づいて、図４に示すピッチ比Ｌ０，ｍを規定することで定めることができる。
【００４５】
各傾斜角α０，１〜α０，Ｍ及びピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍの規定方法の一例について説明する。以下の説明では、光制御板４０の屈折率をｎとし、光制御板４０の裏面４０ａに接している媒質（例えば、空気）の屈折率をｎｉとし、光制御板４０の出射面４０ｂに接している媒質（例えば、空気）の屈折率をｎｏとする。すなわち、光制御板４０を中間層として含む３層構造を仮定する。
【００４６】
平面部４４０，ｍの傾斜角α０，mは、
【数１】
により規定することができる。ただし、
【数２】
【数３】
である。式（２）から理解されるように、η０，ｍは、平面部４４０，ｍへの入射により屈折した光線ｆ１ｉの出射面４０ｂへの入射角である（図５参照）。
【００４７】
また、ピッチ比Ｌ０，ｍは、
【数４】
により規定することができる。ただし、
【数５】
である。
【００４８】
式（５）中のＴ０，ｍは平面部４４０，ｍに入射した光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率であり、平面部４４０，ｍに入射した光線ｆ１ｉのＳ偏光成分及びＰ偏光成分に対する光制御板４０の透過率をＴｓ０，ｍ及びＴｐ０，ｍとすると、次式で表される。
【数６】
ただし、
【数７】
【数８】
である。
【００４９】
式（７），（８）中のｔ１ｓ０，ｍ，ｔ１ｐ０，ｍは、光線ｆ１ｉの平面部４４０，ｍへの入射位置におけるＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、ｔ２ｓ０，ｍ、ｔ２ｐ０，ｍは、出射面４０ｂにおける光線ｆｏの出射位置におけるＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、以下の式（９）〜式（１２）で表される。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【数１２】
式（１）〜式（１２）を利用して傾斜角α０，１〜α０，Ｍ及びピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍを規定し平面部４４０，１〜４４０，Ｍを設計することで、各平面部４４０，１〜４４０，Ｍを通して入射した光線ｆ１ｉを出射面４０ｂから式（３）で規定される出射角ξ０，１〜ξ０，Ｍで出射させることができる。従って、光路制御部４２０が第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍを有することにより、光路制御部４２０は、入射される光Ｆ１ｉを所定の角度範囲内に広げて出射面４０ｂから出射せしめることが可能である。また、ピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍが式（４），（５）を利用して規定されているため、所定の角度範囲内での輝度角度分布を均一にすることが可能となっている。
【００５０】
次に、光路制御部４２ｋの構成について説明する。図６は、光制御部のうち第１の領域の一部を含む部分の拡大図である。図６では、光路制御部４２０からみてｋ番目の光路制御部４２ｋを含む光制御板の構成を模式的に示している。本実施形態では、光路制御部４２ｋは、Ｍ個の平面部、すなわち、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍを有する。図６では、一例としてＭ＝９の場合を示している。
【００５１】
第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍはそれぞれｘ軸方向に延在している。第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍのうちｍ番目の平面部を平面部４４ｋ，ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）とすると、平面部４４ｋ，ｍは、出射面４０ｂに平行な平面に対して平行であるか又は傾斜している。平面部４４ｋ，ｍの出射面４０ｂに対する傾斜角αｋ，ｍは、平面部４４ｋ，ｍへの入射光が出射面４０ｂから出射角ξｋ，ｍで出射するように規定されている。ここでも出射角ξｋ，ｍは図中右回り（時計回り）を正方向とする。この出射角ξｋ，ｍは所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）内の任意の角度であればよいが、出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍにより上記角度範囲全体をカバーしていることが好ましく、各出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍには上記所定の角度範囲内において一定間隔で選択された出射角が割り当てられていることが更に好ましい。
【００５２】
また、平面部４４ｋ，ｍの大きさは、光源３１からみた場合の平面部４４ｋ，ｍの立体角比で表すことができる。そして、この立体角比は、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍからそれぞれ入射された光線ｆ１ｉに対応しており出射面４０ｂから出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍの方向へ出射された各光線ｆｏの輝度であるＩ（ξｋ，１）〜Ｉ（ξｋ，Ｍ）が同じとなるように、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍにそれぞれ入射する光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率及び出射角ξｋ，１〜ξｋ，Ｍを利用して規定することができる。
【００５３】
第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの傾斜角αｋ，１〜αｋ，Ｍ及び大きさの規定方法の一例を説明する。図７及び図８は、傾斜角αｋ，１〜αｋ，Ｍ及び大きさの規定方法の一例を説明するための光制御板モデルの一部拡大図である。
【００５４】
平面部４４ｋ，ｍの傾斜角αｋ，ｍは、
【数１３】
により規定することができる。式（１３）中、θｋ，ｍは、平面部４４ｋ，ｍに入射する光線ｆ１ｉのｙ軸方向に対する傾き角である。また、
【数１４】
であり、更に、
【数１５】
である。式（１４）から理解されるように、βｋ，ｍは、平面部４４ｋ，ｍへの入射により屈折した光線ｆ１ｉの出射面４０ｂへの入射角である（図７参照）。
【００５５】
また、光源３１からみた平面部４４ｋ，ｍの立体角比ωｋ、ｍは、
【数１６】
により規定することができる。
【００５６】
式（１６）中のＴｋ，ｍは平面部４４ｋ，ｍに入射する光線ｆ１ｉの光制御板４０に対する透過率であり、平面部４４ｋ，ｍに入射する光線ｆ１ｉにおけるＳ偏光成分及びＰ偏光成分の光制御板４０に対する透過率をＴｓｋ，ｍ及びＴｐｋ，ｍとすると、次式で表される。
【数１７】
ただし、
【数１８】
【数１９】
である。
【００５７】
式（１８），（１９）中のｔ１ｓｋ，ｍ，ｔ１ｐｋ，ｍは、光線ｆ１ｉの平面部４４ｋ，ｍへの入射位置でのＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、ｔ２ｓｋ，ｍ、ｔ２ｐｋ，ｍは、光線ｆ１ｉの出射面４０ｂにおける出射位置でのＳ偏光成分及びＰ偏光成分の透過率であり、以下の式（２０）〜式（２３）で表される。
【数２０】
【数２１】
【数２２】
【数２３】
平面部４４ｋ，ｍを設計する際には、式（１３）〜式（１５）及び式（１６）〜式（２３）を利用して算出される傾斜角αｋ，ｍ、立体角比ωｋ，ｍを利用して平面部４４ｋ，ｍの両端の位置を決定していけばよい。この両端の位置の決定方法について説明する。
【００５８】
図８に示すように、光路制御部４２ｋの中央のｚ座標をＺｋとし、光路制御部４２ｋの原点Ｏ側（すなわち、光源３１の直上側）の端のｚ座標をｚｋ，０とする。このときｚｋ，０は、（Ｚｋ＋Ｚｋ−１）／２と表される。そして、平面部４４ｋ，ｍの光源３１側の端のｚ座標及びｙ座標をｚｋ，ｍ及びｙｋ，ｍとすると、平面部４４ｋ，ｍの光源３２側（ｚ＝Ｌ側）の端のｚ座標及びｙ座標であるｚｋ，ｍ＋１及びｙｋ，ｍ＋１は、
【数２４】
【数２５】
となる。
【００５９】
式（２４）及び式（２５）中においてＨは、光源３１の中心と原点Ｏとの間の距離、すなわち光源３１の中心から、光路制御部４２ｋ等の微細構造が形成されていないと仮定した場合の裏面４０ａまでの距離である。
【００６０】
更に、式（２５）中のηｋ，ｍは光源３１の中心と平面部４４ｋ，ｍの原点Ｏ側の端とを結ぶ直線とｚ軸方向との為す角度である。
【００６１】
また、Ωｋ、ｍは光源３１からみた場合の平面部４４ｋ，ｍの立体角であり、
【数２６】
と表される。
【００６２】
式（２６）中のＹｋは、ｋ番目の光路制御部４２ｋの原点Ｏ側の端、すなわち、ｚ=ｚｋ，０に位置する端のｙ座標である。
【００６３】
光路制御部４２ｋを設計する際には、光路制御部４２ｋにおけるｍ番目の平面部４４ｋ，ｍの傾斜角αｋ，ｍ及び立体角比ωｋ，ｍを、式（１３）〜式（２６）に基づいてそれぞれ決定すればよい。
【００６４】
ところで、このように決定した第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍを例えば光路制御部４２０の場合と同様に連続して配置すると、図９に示すように、光路制御部４２ｋにおける両端４２ａｋ，４２ｂｋのｙ軸方向の位置がずれる場合がある。そのため、式（２６）では、一般化してｋ番目の光路制御部４２ｋの原点Ｏ側の端のｙ座標をＹｋとしている。このように両端４２ａｋ，４２ｂｋのｙ軸方向のずれが生じた光路制御部を複数繋げると各光路制御部の両端の段差が累積して光制御板が厚くなるため、扁平な板状を有する光制御板を作製することができない。
【００６５】
そこで、図１０に示すように、光路制御部４２ｋの両端４２ａｋ，４２ｂｋのうちの一方の側（図１０では左側）に、両端４２ａｋ，４２ｂｋのｙ座標が一致するように、隣接する２つの平面部（図１０では、平面部４４ｋ，ｍと平面部４４ｋ，ｍ＋１）間に段差Ｓを設ける。図１０では、平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，５間の隣接する２つの平面部間にそれぞれ段差Ｓを設けている。このように段差Ｓを設けることで生じる斜面４５は、段差Ｓを形成する２つの平面部のうちの一方で屈折された光の進行を斜面４５が阻害しないように形成することが好ましい。図１０に示した平面部４４ｋ，１と平面部４４ｋ，２の場合を例にして具体的に説明すると、平面部４４ｋ，１と平面部４４ｋ，２とを繋ぐ斜面４５は、平面部４４ｋ，２で屈折された光線ｆ１ｉの進行方向（屈折方向）と略平行になるように形成することが好ましい。これにより、段差Ｓによって光線ｆ１ｉが更に屈折することが抑制され、式（１５）で規定される所望の出射角で出射面４０ｂから光線ｆｏを出射できる。ここでは、光路制御部４２ｋの図１０中の左側に段差Ｓを配置したが、段差Ｓは光路制御部４２ｋの図１０中の右側に配置してもよい。
【００６６】
このように段差Ｓを設ける場合には、各光路制御部４２ｋの設計において、各光路制御部４２ｋの原点Ｏ側の端４２ａｋのｙ座標であるＹｋを予め０として平面部４４ｋ，ｍを設計することもできる。また、前述したように一度、端４２ａｋのｙ座標を一般的にＹｋとして設計して段差Ｓを設けた後に、各平面部４４ｋ，ｍの傾斜角αｋ，ｍ及び大きさを、同様の手法で、すなわち、スネルの法則を利用して各平面部４４ｋ，ｍに入射した光ｆ１ｉが所望の出射角で出射面４０ｂから出射されるように再調整するようにしてもよい。
【００６７】
なお、段差Ｓを設けることにより、平面部４４ｋ，ｍの大きさが一部小さくなるが、光路制御部４２ｋは、通常、光源３１と光制御板４０との間の距離Ｈに比べると微細な構造であるため、輝度角度分布に殆ど影響を与えない。このような段差Ｓを設けることにより、光路制御部４２ｋは、平面部４４ｋ，ｍが連続して繋げられた多角形型レンズ部と、平面部４４ｋ，ｍと斜面４５とを側面として有するプリズム部を少なくとも一つ有するプリズム領域部とから構成されていることになる。
【００６８】
上記のように式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角αｋ，１〜αｋ，Ｍを規定すると共に、その大きさを規定することで、図１０に示すように、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍに入射する光線ｆ１ｉをそれぞれ出射面４０ｂから式（１５）で規定される出射角で出射させることができる。その結果、光路制御部４２ｋに入射される光Ｆ１ｉを所定の角度範囲内に広げて出射することが可能となっている。また、第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの大きさ（立体角比）を式（１６）〜式（２６）を利用して規定しているため、光路制御部４２ｋに入射された光Ｆ１ｉを所定の角度範囲内で均一な輝度角度分布を有する光として出射することが可能である。
【００６９】
なお、光路制御部４２ｋの一部に、図１０に示しているように段差Ｓを設け斜面４５を形成した場合、斜面４５を形成することにより平面部４４ｋ，ｍの大きさが設計時の場合より小さくなることから、出射効率が減少する場合がある。そのため、出射効率が最大になるように、言い換えれば、斜面４５の大きさがより小さくなるように、式（１３）〜式（２６）を利用して設計した第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの一部を図１１に示すように並べ変えてもよい。
【００７０】
次に、第２の領域４１Ｂが有する光路制御部４３について説明する。図１２は、第２の領域が有する光路制御部の一例の模式図である。図１２では、光制御板４０のうち光路制御部４３を含む部分を一部拡大して示している。
【００７１】
光路制御部４３は、ｘ軸方向に延びており断面形状が略三角形状である第１〜第Ｍのプリズム部４６１〜４６Ｍを有している。図１２に示すように、第１〜第Ｍのプリズム部４６１〜４６Ｍは、下側に凸となっており、それらのプリズム頂部４６ａ１〜４６ａＭが同一平面上に位置するように形成されている。第１〜第Ｍのプリズム部４６１〜４６Ｍのうちｍ番目のプリズム部４６ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の構成について説明する。
【００７２】
プリズム部４６ｍは交差している２つの側面（傾斜面）４６ｂｍ，４６ｃｍを有する。側面（傾斜面）４６ｂｍ，４６ｃｍには、２つの光源３１，３２のうち側面４６ｂｍ，４６ｃｍに近い方の光源からの光が入射される。
【００７３】
プリズム部４６ｍは、側面４６ｂｍ側の光源３１からの光線ｆ１ｉを側面４６ｂｍで側面４６ｃｍ側に屈折させ側面４６ｃｍで全反射させた後、出射面４０ｂから出射角ξβｍで出射せしめると共に、側面４６ｂｍ側の光源３２からの光線ｆ２ｉを側面４６ｃｍで側面４６ｂｍ側に屈折させ側面４６ｂｍで全反射させた後、出射面４０ｂから出射角ξαｍで出射せしめるように構成されている。なお、出射角ξαｍ，ξβｍは図中右回り（時計回り）を正の方向とする。
【００７４】
出射角ξαｍ，ξβｍは、所定の角度範囲（−ξｍａｘ以上ξｍａｘ以下）の値であり、所定の角度範囲全体をカバーしていることが好ましく、更に、出射角ξα１〜ξαＭは上記所定の角度範囲内から一定の間隔で選択された出射角がそれぞれ割り当てられていることが好ましく、出射角ξβ１〜ξβＭも同様に、上記所定の角度範囲内から一定の間隔で選択された出射角がそれぞれ割り当てられていることが好ましい。
【００７５】
プリズム部４６ｍに入射した光の出射角ξαｍ，ξβｍは、側面４６ｂm，４６ｃｍの出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角αｍ，βｍを規定することで規定され、この傾斜角αｍ，βｍを規定することでプリズム部４６ｍの形状が決められている。
【００７６】
図１３〜図１５を利用して傾斜角αｍ，βｍの規定方法の一例を説明する。
【００７７】
図１３は、傾斜角αｍ，βｍの規定方法を説明するための光制御板モデルを示す図面である。図１３に示している３次元座標系は、図３に示した３次元座標系と同様のものである。ここでは、図１３に示すように、傾斜角αｍは右回りの方向を正の方向とし、傾斜角βｍは左回りの方向を正の方向とする。
【００７８】
また、光源３１，３２からの光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉが全反射される位置は、プリズム部４６ｍの傾斜面４６ｂｍ，４６ｃｍの中点ｐ１ｍ，ｐ２ｍであるとする。点ｐ１ｍの座標を（ｚ１ｍ，ｙ１ｍ）とし、点ｐ２ｍの座標を（ｚ２ｍ，ｙ２ｍ）とすると、点ｐ１ｍ，ｐ２ｍは以下の式（２７），（２８）で表される。
【数２７】
【数２８】
図１４及び図１５は、プリズム部の２つの側面の傾斜角α，βの規定方法を説明するための図面である。図１４及び図１５では、プリズム部４６ｍを模式的に示しており、説明のために、出射面４０ｂ及び光源３１，３２を示している。
【００７９】
図１４に示すように、側面４６ｂｍから入射された光線ｆ１ｉを側面４６ｃｍで全反射させた後に、出射面４０ｂから出射角ξβｍで出射する場合、傾斜角αｍ，βｍは、以下の式（２９）及び式（３０）を満たす。
【数２９】
【数３０】
式（３０）中のθβｍは光源３１から出力され、図１４に示すように側面４６ｂｍに入射される光線ｆ１ｉのｙ軸方向とのなす角度であり、θβｍは式（３１）の関係を満たす。
【数３１】
ただし、
【数３２】
【数３３】
である。
【００８０】
式（３２），式（３３）で表されるΔＨβｍ、Δｚβｍは、図１４に示したように、光線ｆ１ｉを点ｐ２ｍの位置で全反射させることによる光線ｆ１ｉのプリズム部４６ｍへの入射位置とプリズム頂部４６ａｍの位置とのズレをｚ軸方向及びｙ軸方向に対して補正するための補正項である。
【００８１】
また、式（３０）中のηβｍは、図１４に示すように、側面４６ｃｍで全反射した光の出射面４０ｂへの入射角であり、図１４の入射方向において、ηβｍ≧０とする。
【００８２】
また、図１５に示すように、側面４６ｃｍから入射された光線ｆ２ｉを側面４６ｂｍの点ｐ１ｍの位置で全反射させた後に、出射面４０ｂから出射角で出射させる場合、傾斜角αｍ，βｍは、以下の式（３４）及び式（３５）を満たす。
【数３４】
【数３５】
式（３５）中のθαｍは光源３２から出力され、図１５に示すように側面４６ａｍに入射される光線ｆ２ｉのｙ軸方向とのなす角度であり、θαｍは式（３６）の関係を満たす。
【数３６】
ただし、
【数３７】
【数３８】
式（３７），式（３８）で表されるΔｚαｍ、ΔＨαｍは、図１５に示したように、光線ｆ２ｉの向きを点ｐ１ｍの位置で全反射させることによる光線ｆ２ｉのプリズム部４６ｍへの入射位置とプリズム頂部４６ａｍの位置とのズレをｚ軸方向及びｙ軸方向に対して補正するための補正項である。
【００８３】
また、図１２に示したように、光路制御部４３が有するプリズム部４６ｍによる光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉの光路の変更は図１４と図１５の場合の組み合わせで実現できることから、プリズム部４６ｍに対する傾斜角αｍ及び傾斜角βｍは、式（２９）〜（３３）及び式（３４）〜（３８）を同時に満たすように規定すればよい。
【００８４】
このように傾斜角α１〜αＭ，β１〜βＭで形状が規定されるプリズム部４６１〜４６Ｍに光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉが入射することで、Ｍ＝９の場合の図１６に示すように、出射面４０ｂから入射された光線ｆ１ｉ，ｆ２ｉに対応した光線ｆｏが出射角ξα１〜ξαＭ，ξβ１〜ξβＭで出射されることになる。よって、光路制御部４３によって、入射される光Ｆ１，Ｆ２を所定の角度範囲内に広げて出射することが可能である。
【００８５】
前述したように、図２に示した対応領域４１において平面Ｐから光源３２側の構成、すなわち、第２の領域４１Ｂのうち平面Ｐの位置から第３の領域４１Ｃまでの構成及び第３の領域４１Ｃの構成は、第１の領域４１Ａと第２の領域４１Ｂのうち第１の領域４１Ａから平面Ｐ迄の領域の構成を平面Ｐに対して反転させたものに対応する。よって、第１の領域４１Ａと第２の領域４１Ｂのうち第１の領域４１Ａから平面Ｐ迄の構成を設計することで、光制御板４０の裏面４０ａの構成を設計できることなる。なお、第１及び第２の領域４１Ａ，４１Ｂの境界位置又は第２及び第３の領域４１Ｂ，４１Ｃの境界位置は、出射面４０ｂから出射される光のローカルな輝度角度分布ができるかぎり滑らかに接続されるように決定することが好ましい。
【００８６】
光制御板４０を作製する場合には、先ず、式（１）〜式（１２）、式（１３）〜式（２６）及び式（２７）〜式（３８）を利用して対応領域４１に形成すべき光路制御部４２０，４２ｋ，４３の構造を前述したようにして設計する。なお、光路制御部４２ｋの構造を設計する際には、適宜段差Ｓを設ける。そして、表裏面が共に平坦な透明材料からなる板状体を用意し、その裏面の所定位置を例えば微細加工技術により切削加工することによって、上記のようにして設計した光路制御部４２０，４２ｋ，４３を形成して光制御板４０とすればよい。光路制御部４２０，４２ｋ，４３を形成する際には、上記板状体の裏面が図３に示したｘｚ平面に対応するように光路制御部４２０，４２ｋ，４３を形成すればよい。これにより、光路制御部４２０，４２ｋの両端及び光路制御部４３のプリズム部４６１〜４６Ｍのプリズム頂部４６ａ１〜４６ａＭが同一平面上に形成されることになる。
【００８７】
上述した構成を有する光制御板４０を用いた面光源装置５０では、複数の光源３０のうち隣接した２つの光源３１，３２から出力された光Ｆ１，Ｆ２は、光制御板４０の裏面４０ａ側から光制御板４０に入射される。この光制御板４０の裏面４０ａにおける各対応領域４１の第１〜第３の領域４１Ａ〜４１Ｃには光路制御部４２０，４２ｋ，４３が形成されている。
【００８８】
そして、第１の領域４１Ａに形成された光路制御部４２０，４２ｋは、２つの光源３１，３２のうち第１の領域４１Aに近い光源３１から出力され光F１のうち光路制御部４２０，４２ｋに入射される光を、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げて出射せしめる。また、第２の領域４１Bに形成された光路制御部４３は、２つの光源３１，３２から出力された光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉのうち光路制御部４３に入射される光を、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げて出射せしめる。更に、第３の領域４１Ｃに形成された光路制御部４２０，４２ｋは、２つの光源３１，３２のうち第３の領域４１Ｃに近い光源３２から出力され光Ｆ２ｉのうち光路制御部４２０，４２ｋに入射される光を、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げて出射せしめる。
【００８９】
よって、出射面４０ｂにおいて各光路制御部４２０，４２ｋ，４３を介して入射された光が出射される出射領域毎に所定の角度範囲内に広げられた光が出射されることになる。その結果、出射面４０ｂから所定の角度範囲内に広げられた出射光Ｆｏが出射されることになる。
【００９０】
また、光制御板４０では、第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃに光路制御部４２０，４２ｋを形成し、第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃに挟まれた第２の領域４１Ｂに光路制御部４３を形成している点も重要である。
【００９１】
光制御板４０の裏面４０ａにおける第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃには、前述したようにそれらに近い光源３０からの光が主に入射される。この場合、ｙ軸方向に対する入射光の傾きは小さいため、第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍへの光の入射時の屈折を利用することによって光を所定の角度範囲に広げて出射することが可能である。一方、第２の領域４１Ｂに入射する光は、ｙ軸方向に対する傾きが大きくなる傾向にある。そのため、例えば第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃのように平面部による一回の屈折で出射角を制御することは困難であるが、プリズム部４６１〜４６Ｍ内での全反射を利用することでより確実に所定の角度範囲に光を広げることが可能となっている。従って、光制御板４０のように第１及び第３の領域４１Ａ，４１Ｃに光路制御部４２０，４２ｋを形成し、第２の領域４１Ｂに光路制御部４３を形成することで、前述したように光制御板４０に入射される光Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉを所定の角度範囲に広げて出射することが可能である。
【００９２】
また、図１に示したように、面光源装置５０からの光Ｆ０が透過型画像表示部１０に入射するように構成された透過型画像表示装置１では、所定の角度範囲に広げられた光Ｆ０が透過型画像表示部１０に入射されることになる。よって、所定の角度範囲に応じた視野角を確保することができる。
【００９３】
また、複数の光源３０からは種々の方向に光が出射されるが、上記光制御板４０を利用することで、複数の光源３０からの光を所定の角度範囲に集光できていることになる。その結果、光制御板４０から出射される光Ｆ０の輝度を所定の角度範囲内でより高くすることが可能である。更に、光路制御部４２０，４２ｋでは、所定の角度範囲内での輝度角度分布が一定になるように入射光の屈折方向を調整しているため、出射光Ｆ０において輝度角度分布も均一に成りやすい。よって、面光源装置５０を透過型画像表示装置１に採用することで、画面ムラなどが低減されることになると共に、透過型画像表示装置１の大型化などへの対応も容易である。
【００９４】
次に、光制御板４０の設計例及びその設計例を利用したシミュレーション結果を実施例として説明する。
【００９５】
図１７は、光制御板を含むシミュレーションモデルの模式図である。シミュレーションモデルは、ｚ軸方向に一定間隔Ｌで並んでいる複数の光源３０と、光源３０から距離Ｈだけ離して配置された光制御板４０と、図１に示したライトボックスの内面３５ａに対応する光反射面３５ａとから構成される。光源３０は半径１ｍｍの棒状のものを仮定しており、隣接する光源３０間の距離（中心間の距離）Ｌは３０ｍｍである。また、光源３０と光制御板４０との間の距離Ｈは２０ｍｍである。距離Ｈは光源３０の中心と、光制御板４０における光路制御部４２，４３が形成されていない場合の主面４０ａとの間の距離に対応し、具体的には、複数の光源３０の中心を含む平面と複数のプリズム頂部４６ａｍを含む平面との間の距離である。また、光制御板４０の厚さは２ｍｍである。また、光制御板４０は空気中に配置されおり、光制御板４０の屈折率は１．５７２７７である。更に、光反射面３５ａと光源３０の中心との間の距離ｈは５ｍｍである。
【００９６】
本シミュレーションでは、光制御板４０における光源３０の直上位置（図中の原点位置）を中心としてｚ軸方向に対する幅Ｗ１の領域を一つのユニット（以下、光制御ユニットと称す）４０Ａとし、光制御板４０は、各光源３０に対応する光制御ユニット４０Ａがｚ軸方向に繋げられて構成されているものとした。光制御ユニット４０Ａは、光制御板４０における隣接する対応領域４１のｚ軸方向の中心位置を含み図１７に示したｘｙ平面に平行な平面Ｐ間の領域に対応する。本シミュレーションでは幅Ｗ１は３０ｍｍである。光制御ユニット４０Ａの裏面４０ａには、式（１）〜式（３８）を利用して設計されたｚ軸方向の幅が１．０ｍｍである光路制御部４２０，４２ｋ，４３が形成されている。
【００９７】
光制御ユニット４０Ａにおける光路制御部４２０，４２ｋ，４３の設計において式（１）〜式（３８）を利用する場合、Ｍの数は何れの光路制御部４２０，４２ｋ，４３に対しても９とし、最大出射角ξｍａｘは２０°とし、光路制御部４２０，４２ｋ，４３のｚ軸方向の幅は何れも１．０ｍｍとした。更に、前述した光制御板４０の光源３０に対する配置関係などから、Ｈ＝２０ｍｍ、ｎｉ＝ｎｏ＝１，ｎ＝１．５７２７７である。更にまた、式（１）〜式（２６）を利用して光路制御部４２０，４２ｋの構造を規定する際に使用する輝度Ｉ（ξ）は−ξｍａｘ≦ξ≦ξｍａｘにおいて１とした。なお、一つの光制御ユニット４０Ａは一つの光源３０が対応することになるが、光制御ユニット４０Ａにおける裏面４０ａの構成を設計する際には、式（１）〜式（３８）についての説明から理解されるように、当該設計対象の光制御ユニット４０Ａに隣接する光制御ユニット４０Ａに対応した光源３０からの光も仮定して設計している。以下、光制御ユニット４０Ａにおける裏面４０ａの構成について具体的に説明する。
【００９８】
図１８は、光制御ユニットにおける―０．５≦ｚ≦０．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２０が示されている。この光路制御部４２０は式（１）〜式（１２）を利用して設計されている。式（１）〜式（１２）を利用して規定された傾斜角α０，１〜α０，９及びピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，９は表１のとおりである。なお、光路制御部４２０の幅が１．０ｍｍであるため、ピッチ比が各平面部のｚ軸方向の長さに対応する。そのため、表１では、ピッチ比Ｌ０，ｍの単位として（ｍｍ）を示している。
【表１】
【００９９】
図１９は、光制御ユニットにおける０．５≦ｚ≦１．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２１を示している。光路制御部４２１を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α１，１〜α１，９及び各平面部４４１，１〜４４１，９の端の位置座標を決定した。次いで、光路制御部４２１の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、平面部４４１，１〜平面部４４１，３間にそれぞれ段差Ｓを設けて図２０に示す構造を得た。図１９では、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図１９に示した傾斜角α１，１〜α１，９及びｗ１〜ｗ９は表２のとおりである。
【表２】
また、図１９に示した、段差Ｓを構成している斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２は、それぞれ８０．５２８°，８３．６６１°である。
【０１００】
図２０は、光制御ユニットにおける１．５≦ｚ≦２．５を示す図面であり、光路制御部４２２を示している。光路制御部４２２を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α２，１〜α２，９及び各平面部４４２，１〜４４２，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２２では、光路制御部４２２の両端のｙ軸方向の高さを一致させるために段差Ｓを設けており、段差Ｓを設けることにより、式（１３）〜式（２６）を利用して設計された平面部４４２，２と平面部４４２，３との並び換えを実施している。図２０では、図１９の場合と同様に、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２０に示した傾斜角α２，１〜α２，９及びｗ１〜ｗ９は表３のとおりである。
【表３】
図２０に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３は、それぞれ８３．６６１°，８０．５２８°，８６．８２３°である。
【０１０１】
図２１は、光制御ユニットにおける２．５≦ｚ≦３．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２３を示している。光路制御部４２３を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α３，１〜α３，９及び各平面部４４３，１〜４４３，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２３では、光路制御部４２３の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、段差Ｓを設けている。また、光路制御部４２３では、式（１３）〜式（２６）を利用して規定された平面部４４３，２〜４４３，４の間で並び換えを実施している。更に、図２１では、図１９の場合と同様に、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２１に示した傾斜角α３，１〜α３，９及びｗ１〜ｗ９は表４のとおりである。
【表４】
図２１に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３，β４は、それぞれ８６．８２３°，８０．５２８°，８３．６６１°，９０．０００°である。
【０１０２】
図２２は、光制御ユニットにおける３．５≦ｚ≦４．５の領域を示す図であり、光路制御部４２４を示している。光路制御部４２４を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α４，１〜α４，９及び各平面部４４４，１〜４４４，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２４では、光路制御部４２４の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、段差Ｓを設けており、この段差Ｓを設けることにより、式（１３）〜式（２６）を利用して規定された平面部４４４，２〜４４４，５の間で並び換えを実施している。更に、図２２では、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２２に示した傾斜角α４，１〜α４，９及びｗ１〜ｗ９は表５のとおりである。
【表５】
図２２に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３，β４，β５は、それぞれ９０．０００°，８０．５２８°，８６．８２３°，８３．６６１°，９０．０００°である。
【０１０３】
図２３は、光制御ユニットにおける４．５≦ｚ≦５．５の領域を示す図面であり、光路制御部４２５を示している。光路制御部４２５を設計する際には、先ず、式（１３）〜式（２６）を利用して傾斜角α５，１〜α５，９及び各平面部４４５，１〜４４５，９の端の位置座標を決定した。光路制御部４２５では、光路制御部４２５の両端のｙ軸方向の高さを一致させるため、段差Ｓを設けており、この段差Ｓを設けることにより、式（１３）〜式（２６）を利用して規定された平面部４４５，２〜４４５，６の間で並び換えを実施している。更に、図２３では、隣接する平面部間において、原点Ｏ側の端の間の距離をｗ１〜ｗ９として示している。図２３に示した傾斜角α５，１〜α５，９及びｗ１〜ｗ９は表６のとおりである。
【表６】
図２３に示した、段差Ｓを構成する斜面の出射面４０ｂに平行な平面に対する傾斜角であるβ１，β２，β３，β４，β５，β６は、それぞれ９０．０００°，８０．５２８°，９０．０００°，８３．６６１°，８６．８２３°，９０．０００°である。
【０１０４】
また、前述したように５．５≦ｚ≦１５の領域は、複数の光路制御部４３を有する。本実施例では、各光路制御部４３は、９個のプリズム部を有するものとして光制御ユニット４０Ａを設計している。この場合、光路制御部４３において、ξαｍ、ξβｍを表７のように割り当てた。
【表７】
上記条件で各光路制御部４３が有するプリズム部の側面４６ｂｍ，４６ｃｍの傾斜角αｍ，βｍの計算結果を表８〜表１７に示す。表８〜表１７はそれぞれ１つの光路制御部４３が有するプリズム部の側面４６ｂｍ，４６ｃｍの傾斜角αｍ，βｍを示している。
【０１０５】
なお、表８においてｚ＝５．５の場合のαｍを示しておらず、側面４６ｃｍの傾斜角βｍのみ示しているのは、第１の領域４１Ａと第２の領域４１Bとの境界に対応することによる。このｚ＝５．５の場合の傾斜角βｍは、次のようにして算出している。すなわち、ｚ＝５．５にプリズム頂部が位置するプリズム部を仮定する。そして、光源３２からの光ｆ２ｉが側面４６ｃｍにおいて一度屈折した後に、出射面４０ｂから２０°の出射角で出射されるように側面４６ｃｍの傾斜角βｍを算出する。
【０１０６】
また、表１７においてｍ＝５〜９が示されていないことは、１つの光制御ユニット４０Ａにおいて、ｚ＝１５の位置が図２及び図１７に示した平面Ｐの位置、すなわち、対応領域４１における中央位置に相当するからである。
【表８】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
【表１６】
【表１７】
光制御ユニット４０Ａにおいて−０．５≦ｚ≦−１５．０の領域の構成は、０．５≦ｚ≦１５．０の領域の構成を図に示したｘｙ平面に対して鏡面対称とした。
【０１０７】
次に、上記光制御ユニット４０Ａに対する輝度角度分布のシミュレーション結果について説明する。シミュレーションは、図１７に示した２つの平面Ｐ間の領域に対して実施した。具体的には、ｚ軸方向に対しては平面Ｐの位置において周期的境界条件を仮定し、ｘ軸方向においても所定の領域（本実施例ではｘ軸方向に対して幅が１１２ｍｍの領域）の両端で周期的境界条件を仮定してシミュレーションを実施した。シミュレーション手法としては光線追跡を採用した。
【０１０８】
図２４は、輝度角度分布のシミュレーション結果を示す図面である。図２４中の横軸は出射角を示しており、縦軸は輝度を示している。図２４中では、光制御ユニット４０Ａにおけるシミュレーション結果としての輝度角度分布を実施例として実線で示している。また、図２４中には、光制御板４０の代わりに従来と同様の拡散板と頂角９０°のプリズム部が複数形成されたプリズムシートを組み合わせた場合の輝度角度分布を比較例として破線で示している。比較例での照明方法及び境界条件は実施例と同様とした。
【０１０９】
図２４に示しているように、本実施例の光制御板４０では、−２０°〜２０°で高い輝度を実現できており、−２０°〜２０°の間に光を主に集光して出力できている。また、比較例に比べて出射角を制御できており、且つ、−２０°〜２０°の範囲での輝度角度分布をより均一にすることが可能となっている。
【０１１０】
なお、上記実施例で示した数値例などは光制御板４０における一例であって、本発明は上記数値例に限定されない。
【０１１１】
以上、本発明の光制御板、面光源装置及び透過型画像表示装置の実施形態及び実施例を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されない。例えば、プリズム部４６ｍの傾斜角αｍ，βｍを決定する際には、補正項Δｚαｍ、ΔＨαｍ、Δｚβｍ、ΔＨβｍを含んだ式を利用しているが、例えば、隣接する２つのプリズム部４６ｍ，４６ｍ＋１間のピッチ幅（プリズム頂部４６ａｍ，４６ａｍ＋１間の長さ）が、ＨとＬに対して十分小さい場合、例えば１／１０以下程度である場合には、上記補正項を使用しなくてもよい。
【０１１２】
また、これまでの説明では、対応領域４１はその中央位置に対して対称の構成を有するとし、対応領域４１の半分の構成を規定することで、残りの半分の構成の規定を省略できるとした。しかしながら、残りの半分の構成に対しても同様の方法で構成を改めて規定してもよい。
【０１１３】
更に、第４の領域４１Ａ１，４１Ｃ１に位置する光路制御部４２０は、法線Ｎ方向に対して光が平行に入射することを仮定して、その構成を規定している。しかしながら、光路制御部４２ｋの場合と同様の式を利用してその構成を決定してもよい。
【０１１４】
第１の光路制御部４２、より具体的には、第１の光路制御部４２０，４２ｋの構造を規定する際、第１の光路制御部４２０，４２ｋに入射される光が所定の角度範囲内で輝度角度分布が一定になるように第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの大きさを規定したが、所定の角度範囲内に光を広げて出射するためには、第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの傾斜角が少なくとも規定されていればよい。そのため必ずしも第１〜第Ｍの平面部４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍのピッチ比Ｌ０，１〜Ｌ０，Ｍや立体角比ωｋ，１〜ｋ，Ｍを規定せずに光路制御部４２０，４２ｋの構造を決定することもできる。このように第１〜第Ｍの平面部４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍの立体角比ωｋ，１〜ｋ，Ｍを規定しない場合には、段差Ｓを有しない光路制御部４２ｋを設計することも可能である。
【０１１５】
また、光制御板４０は、シミュレーション結果を説明する際に述べたように、一つの光源３０に対応した一つの光制御ユニット４０Ａを複数作製し、複数の光制御ユニット４０Ａを並列させて一つの光制御板４０とすることも可能である。すなわち、本発明は、複数の並列配置された光源３０に対して離間して配置された光制御板であって、各光源３０に対応する光制御ユニット４０Ａを有し、当該光制御ユニット４０Ａの裏面（主面）４０ａは、光源３０の直上領域を含む第１の領域４１Ａと、第１の領域４１Ａの両側に設けられた第２の領域４１Ｂとから構成されており、複数の光制御ユニット４０Ａが光源３０の配列方向に配置されてなる光制御板に係るものとすることもできる。
【０１１６】
図２５は、３つの光制御ユニット４０Ａから構成された光制御板の一例の模式図である。図２５に示した光制御板１００は、一方向に延在する光制御ユニット４０Ａを延在方向に略直交する方向に３つ繋げて構成されている。図２５に示した光制御ユニット４０Ａの延在方向の長さＷ２は例えば９０ｍｍであり、光制御ユニット４０Ａの幅Ｗ１はシミュレーションの場合と同様に例えば３０ｍｍである。このように光制御ユニット４０Ａを一つ設計し、当該設計に基づいて光制御ユニット４０Ａを複数作製した後、それらを繋げて一つの光制御板１００とする場合には、光路制御部４２，４３を一つの光制御ユニット４０Ａの略半分の領域に対して設計すればよいため、設計工程に要する時間の短縮を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係る透過型画像表示装置の一実施形態の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】光制御板の一部を拡大した模式図である。
【図３】光路制御部を説明するための光制御板の模式図である。
【図４】光制御板における光源の直上領域の一部拡大図である。
【図５】光制御板における光源の直上領域の一部拡大図である。
【図６】光制御板のうち第１の領域の一部を含む部分の拡大図である。
【図７】第１の光路制御部における平面部の傾斜角及び大きさの規定方法の一例を説明するための図面である。
【図８】第１の光路制御部における平面部の傾斜角及び大きさの規定方法の一例を説明するための図面である。
【図９】第１の光路制御部の設計方法を説明するための図であり、段差を設ける前の第１の光路制御部の状態を示す図面である。
【図１０】段差を設けた場合の第１の光路制御部の模式図である。
【図１１】複数の平面部の一部を並び変えた場合の第１の光路制御部の模式図である。
【図１２】第２の領域が有する第２の光路制御部の一例の模式図である。
【図１３】プリズム部の２つの側面の傾斜角の規定方法を説明するための光制御板モデルを示す図面である。
【図１４】プリズム部の２つの側面の傾斜角の規定方法を説明するための図面である。
【図１５】プリズム部の２つの側面の傾斜角の規定方法を説明するための図面である。
【図１６】第２の光路制御部の一例の模式図である。
【図１７】シミュレーションのためのシミュレーションモデルの模式図である。
【図１８】光制御ユニットにおける―０．５≦ｚ≦０．５の領域を示す図面である。
【図１９】光制御ユニットにおける０．５≦ｚ≦１．５の領域を示す図面である。
【図２０】光制御ユニットにおける１．５≦ｚ≦２．５の領域を示す図面である。
【図２１】光制御ユニットにおける２．５≦ｚ≦３．５の領域を示す図面である。
【図２２】光制御ユニットにおける３．５≦ｚ≦４．５の領域を示す図面である。
【図２３】光制御ユニットにおける４．５≦ｚ≦５．５の領域を示す図面である。
【図２４】輝度角度分布のシミュレーション結果を示す図面である。
【図２５】光制御板の実施形態の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１…透過型画像表示装置，２…光制御板、１０…透過型画像表示部、３０，３１，３２…光源，４０…光制御板、４０ａ…裏面（主面）、４０ｂ…出射面、４１…対応領域、４１Ａ…第１の領域、４１Ｂ…第２の領域、４１Ｃ…第３の領域、４１A１，４１C１…第４の領域、４１A２，４１C２…第５の領域、５０…面光源装置、４２，４２０，４２ｋ・・・光路制御部（第１の光路制御部）、４３…光路制御部（第２の光路制御部）、４４０，１〜４４０，Ｍ，４４ｋ，１〜４４ｋ，Ｍ…第１〜第Ｍの平面部、４６１〜４６Ｍ…プリズム部、４６ｂ１〜４６ｂＭ…プリズム部の側面、４６ｃ１〜４６ｃＭ…プリズム部の側面、N…出射面の法線、Ｆ１ｉ，Ｆ２ｉ…光（第１の入射光，第２の入射光）、出射光…Ｆｏ、α０，１〜α０，Ｍ，αｋ，１〜αｋ，Ｍ…第１〜第Ｍの平面部の傾斜角、αｍ，βｍ…プリズム部の２つの側面の傾斜角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔を空けて配列された複数の光源に対して離間して配置される光制御板であって、
前記複数の光源側に位置する主面と、
前記主面に対向配置されると共に、前記主面から入射された前記複数の光源からの光が出射される平坦な出射面と、
を有し、
前記主面において、隣接する２つの前記光源間に対応する対応領域は、
第１の入射光を前記出射面から前記出射面の法線方向を基準にした所定の角度範囲内に広げて出射せしめる第１の光路制御部が複数の前記光源の配列方向に複数形成されている第１及び第３の領域と、
前記第１及び第３の領域の間に配置されており、第２の入射光を前記出射面から前記所定の角度範囲内で出射せしめる第２の光路制御部が少なくとも一つ形成されている第２の領域と、
を有し、
前記第１の入射光は、隣接する２つの前記光源のうち前記第１の光路制御部に近い方の光源から出力された光であり、
前記第２の入射光は、隣接する２つの前記光源からそれぞれ出力された光であり、
前記第１の光路制御部は、一方向に延びており前記第１の入射光が入射される複数の平面部を含んで構成されており、
前記第１の光路制御部は、複数の前記平面部への前記第１の入射光の入射時の屈折を利用して前記出射面から前記所定の角度範囲内に広げて出射せしめ、
前記第２の光路制御部は、前記一方向に延びており断面形状が略三角形状であって前記第２の入射光が入射されるプリズム部を複数有し、
前記第２の光路制御部は、複数の前記プリズム部へ入射した前記第２の入射光の前記プリズム部内での全反射を利用して前記第２の入射光を前記出射面から前記所定の角度範囲内で出射せしめることを特徴とする光制御板。
【請求項２】
各前記平面部を介して入射された前記第１の入射光が前記所定の角度範囲内の出射角で前記出射面から出射される方向に前記第１の入射光を屈折させるように、複数の前記平面部の各々の前記出射面に対する傾斜角が規定されており、
複数の前記プリズム部の各々は第１及び第２の側面を有し、
前記第１及び第２の側面の前記出射面に対する傾斜角は、
前記第１の側面が、前記第２の側面を介して入射された前記第２の入射光を、当該第２の入射光が前記出射面から前記所定の角度範囲内の出射角で出射される方向に全反射させると共に、前記第２の側面が、前記第１の側面を介して入射された前記第２の入射光を、当該第２の入射光が前記所定の角度範囲内の出射角で前記出射面から出射される方向に全反射させるように、規定されており、
前記第１の側面を介して入射される前記第２の入射光は、隣接する２つの前記光源のうち前記第１の側面側の光源から出力された光であり、
前記第２の側面を介して入射される前記第２の入射光は、隣接する２つの前記光源のうち前記第２の側面側の光源から出力された光であることを特徴とする請求項１に記載の光制御板。
【請求項３】
複数の前記平面部各々を介して入射された前記第１の入射光の出射角は互いに異なっており、
複数の前記プリズム部の各々が有する前記第１の側面で全反射された前記第２の入射光の前記出射角は、前記所定の角度範囲内で一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられており、
複数の前記プリズム部の各々が有する前記第２の側面で全反射された前記第２の入射光の前記出射角は、前記所定の角度範囲内から一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられていることを特徴とする請求項２に記載の光制御板。
【請求項４】
前記第２の領域は、前記第２の光路制御部を複数有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光制御板。
【請求項５】
各前記第１の光路制御部が有する複数の前記平面部の各々の大きさは、前記複数の平面部を介して入射され前記出射面から前記所定の角度範囲内で出射される光の前記所定の角度範囲における輝度角度分布が略均一になるように規定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光制御板。
【請求項６】
前記第１及び第３の領域の各々は、前記光源の直上に位置する第４の領域と、前記第４の領域と前記第２の領域との間に位置する第５の領域とを有し、
前記第４の領域には、複数の前記第１の光路制御部のうち少なくとも一つの前記第１の光路制御部が形成されており、
前記第４の領域内の前記第１の光路制御部は断面形状が凹状であり、当該第１の光路制御部が有する複数の前記平面部が連続に配置されて当該第１の光路制御部の表面が構成されており、
前記第５の領域には複数の前記第１の光路制御部が形成されており、
前記第５の領域内の各前記第１の光路制御部が有する複数の前記平面部のうち前記第２の領域又は第４の領域側に位置する隣接する平面部間には段差が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光制御板。
【請求項７】
互いに間隔を空けて配列された複数の光源と、
前記複数の光源に対して離間して配置されている請求項１〜６の何れか一項に記載の光制御板と、
を備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の面光源装置と、
前記面光源装置における複数の光源の配列方向に略直交する方向において前記面光源装置から離間して配置される透過型画像表示部と、
を備えることを特徴とする透過型画像表示装置。
【請求項１】
互いに間隔を空けて配列された複数の光源に対して離間して配置される光制御板であって、
前記複数の光源側に位置する主面と、
前記主面に対向配置されると共に、前記主面から入射された前記複数の光源からの光が出射される平坦な出射面と、
を有し、
前記主面において、隣接する２つの前記光源間に対応する対応領域は、
第１の入射光を前記出射面から前記出射面の法線方向を基準にした所定の角度範囲内に広げて出射せしめる第１の光路制御部が複数の前記光源の配列方向に複数形成されている第１及び第３の領域と、
前記第１及び第３の領域の間に配置されており、第２の入射光を前記出射面から前記所定の角度範囲内で出射せしめる第２の光路制御部が少なくとも一つ形成されている第２の領域と、
を有し、
前記第１の入射光は、隣接する２つの前記光源のうち前記第１の光路制御部に近い方の光源から出力された光であり、
前記第２の入射光は、隣接する２つの前記光源からそれぞれ出力された光であり、
前記第１の光路制御部は、一方向に延びており前記第１の入射光が入射される複数の平面部を含んで構成されており、
前記第１の光路制御部は、複数の前記平面部への前記第１の入射光の入射時の屈折を利用して前記出射面から前記所定の角度範囲内に広げて出射せしめ、
前記第２の光路制御部は、前記一方向に延びており断面形状が略三角形状であって前記第２の入射光が入射されるプリズム部を複数有し、
前記第２の光路制御部は、複数の前記プリズム部へ入射した前記第２の入射光の前記プリズム部内での全反射を利用して前記第２の入射光を前記出射面から前記所定の角度範囲内で出射せしめることを特徴とする光制御板。
【請求項２】
各前記平面部を介して入射された前記第１の入射光が前記所定の角度範囲内の出射角で前記出射面から出射される方向に前記第１の入射光を屈折させるように、複数の前記平面部の各々の前記出射面に対する傾斜角が規定されており、
複数の前記プリズム部の各々は第１及び第２の側面を有し、
前記第１及び第２の側面の前記出射面に対する傾斜角は、
前記第１の側面が、前記第２の側面を介して入射された前記第２の入射光を、当該第２の入射光が前記出射面から前記所定の角度範囲内の出射角で出射される方向に全反射させると共に、前記第２の側面が、前記第１の側面を介して入射された前記第２の入射光を、当該第２の入射光が前記所定の角度範囲内の出射角で前記出射面から出射される方向に全反射させるように、規定されており、
前記第１の側面を介して入射される前記第２の入射光は、隣接する２つの前記光源のうち前記第１の側面側の光源から出力された光であり、
前記第２の側面を介して入射される前記第２の入射光は、隣接する２つの前記光源のうち前記第２の側面側の光源から出力された光であることを特徴とする請求項１に記載の光制御板。
【請求項３】
複数の前記平面部各々を介して入射された前記第１の入射光の出射角は互いに異なっており、
複数の前記プリズム部の各々が有する前記第１の側面で全反射された前記第２の入射光の前記出射角は、前記所定の角度範囲内で一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられており、
複数の前記プリズム部の各々が有する前記第２の側面で全反射された前記第２の入射光の前記出射角は、前記所定の角度範囲内から一定の角度間隔で選択される角度が割り当てられていることを特徴とする請求項２に記載の光制御板。
【請求項４】
前記第２の領域は、前記第２の光路制御部を複数有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光制御板。
【請求項５】
各前記第１の光路制御部が有する複数の前記平面部の各々の大きさは、前記複数の平面部を介して入射され前記出射面から前記所定の角度範囲内で出射される光の前記所定の角度範囲における輝度角度分布が略均一になるように規定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光制御板。
【請求項６】
前記第１及び第３の領域の各々は、前記光源の直上に位置する第４の領域と、前記第４の領域と前記第２の領域との間に位置する第５の領域とを有し、
前記第４の領域には、複数の前記第１の光路制御部のうち少なくとも一つの前記第１の光路制御部が形成されており、
前記第４の領域内の前記第１の光路制御部は断面形状が凹状であり、当該第１の光路制御部が有する複数の前記平面部が連続に配置されて当該第１の光路制御部の表面が構成されており、
前記第５の領域には複数の前記第１の光路制御部が形成されており、
前記第５の領域内の各前記第１の光路制御部が有する複数の前記平面部のうち前記第２の領域又は第４の領域側に位置する隣接する平面部間には段差が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光制御板。
【請求項７】
互いに間隔を空けて配列された複数の光源と、
前記複数の光源に対して離間して配置されている請求項１〜６の何れか一項に記載の光制御板と、
を備えることを特徴とする面光源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の面光源装置と、
前記面光源装置における複数の光源の配列方向に略直交する方向において前記面光源装置から離間して配置される透過型画像表示部と、
を備えることを特徴とする透過型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００９−１０４０７３（Ｐ２００９−１０４０７３Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７７９５８（Ｐ２００７−２７７９５８）
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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