照明ユニット、照明装置、及び表示装置
【課題】導光板の光偏向要素を視認できなくするとともに、正面輝度を向上させる。
【解決手段】光源と、上記光源と対向する端面と光を観察者側に射出する射出面と入射した光を上記射出面に導く光偏向面とを備えた導光板と、導光板の射出面とは反対側の面かに配置された反射シートとを備えた面光源装置と、面光源装置の光射出面側に配置された集光シートと、を備えた照明ユニットである。上記光偏向面に、光偏向要素が２次元配置され、上記導光板の上記射出面側に導光板の端面から離れる方向に向けて延在する単位レンズが複数列形成され、上記集光シートの光射出面側に２次元的に配列された微細凹凸構造が形成され、集光シートの光入射面側から、ランバート光を入射したときの射出光の上記導光板の上記端面と垂直な方向に広がる光の角度分布の半値幅が、上記導光板の上記端面と平行な方向に広がる光の角度分布の半値幅よりも小さい。
【解決手段】光源と、上記光源と対向する端面と光を観察者側に射出する射出面と入射した光を上記射出面に導く光偏向面とを備えた導光板と、導光板の射出面とは反対側の面かに配置された反射シートとを備えた面光源装置と、面光源装置の光射出面側に配置された集光シートと、を備えた照明ユニットである。上記光偏向面に、光偏向要素が２次元配置され、上記導光板の上記射出面側に導光板の端面から離れる方向に向けて延在する単位レンズが複数列形成され、上記集光シートの光射出面側に２次元的に配列された微細凹凸構造が形成され、集光シートの光入射面側から、ランバート光を入射したときの射出光の上記導光板の上記端面と垂直な方向に広がる光の角度分布の半値幅が、上記導光板の上記端面と平行な方向に広がる光の角度分布の半値幅よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光板と集光シートを備えた照明ユニット、照明装置並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては主に、直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置は、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、拡散板によって光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。
【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管やＬＥＤ等の光源が、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）とは反対側の面には、該導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出面へと導く光偏向面が形成され、その光偏向面に形成される光偏向要素としては、例えば白色のドットパターンが印刷されたもの、あるいは、レンズ形状が付与されたもの等、効率よく射出面へと導くために様々な光偏向要素が提案されている。
【０００４】
しかしながら、エッジライト方式は、導光板と呼ばれる透光性の板の端面にのみ光源が配置される構造のため、光源設置数に限界がある。従って液晶表示装置が大型になるにつれ、ディスプレイ全体を明るくすることは難しくなり、輝度を向上させる光学シートの役割が重要となる。
液晶表示画面の輝度を向上させる手段として、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：以下、ＢＥＦと呼ぶ）がレンズシートとして広く使用されている。
【０００５】
特許文献１、２には、輝度向上フィルムとしてＢＥＦをした例が記載されている。図６、及び図７は、特許文献１、２に記載された輝度向上フィルムを示すものである。図６には、概略で面光源１８２と、面光源１８２から出射した光を入射させる輝度向上フィルムとしてのＢＥＦ１８５と、液晶パネル１８４とが配設されている。図７に示すように、ＢＥＦ１８５は、透明基材１８６上に断面三角形状の単位プリズム１８７が一方向に周期的に配列されてなる光学フィルムである。この単位プリズム１８７は、光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）に構成されている。
【０００６】
ＢＥＦ１８５は、“軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を観察者に向けて“軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”させることができる。すなわちＢＥＦ１８５は、液晶表示装置の使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができる。ここで言う「軸上」とは、図６において観察者の視覚方向Ｆに一致する方向であり、一般的には液晶パネル１８４の表示画面に対する法線方向側（液晶パネル１８４の厚さ方向）である。
【０００７】
また、図５に示すように、ＢＥＦに代表されるレンズシート１９１を用いる際に、透明基材上に拡散フィラーが塗布された拡散フィルム１９０を、導光板１００と上記レンズシート１９１との間に配置することによって、導光板１００から出射される光の輝度ムラを抑えることができる。
ところで、エッジライト方式において使用される導光板１００は、上述したとおり、射出面と対向する位置に光偏向面１００ｂを備え、光偏向面１００ｂには白色のドットパターンやマイクロレンズ（凹型、凸型）、その他レンズ形状の光偏向要素１０２が形成される。或いは、一次元方向、もしくは二次元方向に配列された溝、もしくは突起によって微小反射要素を形成し、これら微小反射要素の全反射によって光射出面側へ光を反射させて視覚方向Ｆ側へ光を射出させる構成など、様々なバリエーションの導光板１００が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２９５０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、どのような光偏向要素１０２であっても、規則的に、または規則性を有する擬似不規則的に配列された反射層や構造物で形成されるため、上述のＢＥＦに代表されるレンズシートとの干渉（モアレ干渉縞）の問題や、光偏向面１００ｂのムラが視認されるといった問題がある。そして、その解決手段としては、導光板１００とレンズシート１９１との間に、特許文献３に示されるような拡散フィルム１９０を使用する方法が一般的である。
【００１０】
しかし、拡散フィルム１９０を使用した場合、光偏向面１００ｂのムラを効果的に抑えることが可能になるが、拡散フィルム１９０には集光特性がないため、拡散フィルム１９０とＢＥＦ１８５を組み合わせて使用するのが一般的であり、シート枚数の削減が難しく、コスト低減の障害となっている。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素を隠蔽すると共に正面輝度を向上させることのできる導光板と集光シートを備えた照明ユニット、照明装置及びこの照明装置を用いた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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、光源と、上記光源と対向する端面と該端面から入射した光を観察者側に射出する射出面と上記入射した光を上記射出面に導く光偏向面とを備えた導光板と、上記導光板における射出面とは反対側の面から射出する光を反射して上記導光板へ導く反射シートと、を少なくとも備えた面光源装置と、上記面光源装置の光射出面側に配置された集光シートと、を備えた照明ユニットであって、
上記光偏向面に、上記導光板に入射された光を上記射出面側へと導く光偏向要素が形成され、その光偏向要素は２次元配置されてなり、上記導光板の上記射出面側には、上記光源と対向する上記導光板の端面から離れる方向に向けて延在する単位レンズが複数列形成され、上記集光シートの光射出面側には、２次元的に配列された微細凹凸構造が形成されてなり、
上記集光シートの光入射面側から、ランバート光を入射したときの射出光の上記導光板の上記端面と垂直な方向に広がる光の角度分布の半値幅が、上記導光板の上記端面と平行な方向に広がる光の角度分布の半値幅よりも小さいことを特徴とする。
本発明による照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記光偏向要素は、導光板の中央部側に比べて、導光板の端面側の方が疎に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、導光板の中央部へ光が伝搬し易くなる。この結果、輝度ムラを解消可能となる。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記光偏向要素は、白色インキにより２次元的に形成された反射パターンであることを特徴とする。
本発明による照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１３】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記光偏向要素は、２次元的に配列された凹構造、もしくは凸構造であることを特徴とする。
本発明による照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１４】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、回転楕円体の一部からなることを特徴とする。
本発明による集光シートを備えた照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１５】
次に、請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、クロスレンチキュラーレンズであることを特徴とする。
本発明による集光シートを備えた照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１６】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、一次元的に配列されたプリズムと、２次元的に配列されたマイクロレンズの組み合わせからなることを特徴とする。
本発明による集光シートを備えた照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１７】
次に、請求項８に記載した発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の照明ユニットと、その照明ユニットの光射出面側に配置された反射型偏光分離シートとを備えることを特徴とする照明装置を提供するものである。
反射型偏光分離シートを備えた場合、照明ユニットから出射した光を偏光させることができる。
【００１８】
次に、請求項９に記載した発明は、請求項８に記載の照明装置と、その照明装置の光射出面側に配置されて表示画像を規定する画像表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置を提供するものである。
本発明による表示装置によれば、観察側から目視した際に、面光源装置から出射した光を、集光シートによって導光板の光偏向面に形成される光偏向要素を視認できないように隠蔽すると共に正面輝度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による導光板と集光シートを用いることで、照明ユニット、照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置の正面輝度が上昇し、かつ、観察側から目視した際に導光板の光偏向面に形成される光偏向要素が視認されなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る照明ユニット及び照明装置を含む液晶表示装置である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る照明ユニットにおける導光板の一例を表す斜視図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る導光板と集光シートの一例を表す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は視覚方向Ｆから眺めた図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る集光シートを示す斜視図であり、（ａ）は、集光シートがクロスレンチキュラーシートの場合の斜視図、（ｂ）は、集光シートがマイクロレンズとプリズムの組み合わせからなる場合の斜視図である。
【図５】従来技術によるＢＥＦを含む液晶表示装置の配置構成を示す要部断面図である。
【図６】面光源とＢＥＦ、液晶表示装置を表す概略図である。
【図７】ＢＥＦの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による表示装置としての液晶表示装置１を示す要部縦断面図である。図１に示す装置は、画像表示素子が液晶表示素子の場合の例である。
この液晶表示装置１は、面光源装置２及び集光シートを備える照明ユニット、その観察者側に配置される反射型偏光分離シート５、画像表示素子６が、光の進行方向に向けて順次配置されている。画像表示素子６の更に光の進行方向前方側が視覚方向Ｆとされる。
【００２２】
上記画像表示素子６は、例えば液晶画像を表示する液晶表示素子からなる。
ここで、上記照明ユニット７と反射型偏光分離シート５とで照明装置８を構成する。なお、図１は、模式図であり、各構成の縮図は実際のものとは一致しない。
面光源装置２は、光源１１，導光板１０、及び反射板９を備える。例えば、平板形状をなす導光板１０の厚み方向と直交する方向を向く端面１０ａに、光源１１が配設され、その導光板１０の背面側に反射板９が設けられている。このように、本実施形態の照明ユニット７には、エッジライト方式が採用されている。
【００２３】
光源１１として例えば点状光源が用いられる。点状光源としては、例えばＬＥＤが用いられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤやＲＧＢ−ＬＥＤや、有機ＥＬ光源等を採用できる。或いは、光源１１はＣＣＦＬに代表される蛍光管であっても良い。図１では、導光板１０の一辺を構成する端面１０ａにだけ配置された例を示しているが、これに限定しない。２辺以上の端面１０ａに対向して光源を配置してもよい。また導光板１０の形状は、平板形状に代えて楔形状等であっても良い。
【００２４】
導光板１０の視覚方向Ｆの射出面１０ｂとは反対側の面には光偏向面１０ｃが形成されている。その光偏向面１０ｃには、光源１１から導光板１０へ入射する光を射出面１０ｂ側へ偏向する光偏向要素１３が形成される。導光板１０の上記光偏向要素１３は、例えば図２に示すように、二次元的に配列する。また光偏向要素１３は、例えば、断面が円（立体形状では球）、もしくは楕円（立体形状で回転楕円体）の一部からなる凹構造、もしくは凸構造を２次元的に配列する。或いは、断面が三角形（立体形状で円錐、三角錐、四角錐等）、断面が双曲線、放物線、多項式関数で記述される曲線からなる立体形状や、断面が台形形状（立体形状で円錐台、角錐台）、或いは断面が変形を加えた三角形状（例えば、扇形、或いは頂点が丸みを帯びた三角形状）からなる立体形状としても良い。或いは、白色インキを印刷、もしくはインクジェット法等によってドット状の白色反射パターンを２次元的に形成しても良い。
【００２５】
導光板１０に形成される光偏向要素１３は、導光板１０の端面１０ａ近傍ではピッチが大きくなるように、つまり疎に配列し、且つ端面１０ａから離れた位置のピッチが小さくなるように、つまり密に配列するのが望ましい。すなわち、光偏向要素１３は、導光板１０の中央部側に対し、当該の光源が対向する端面１０ａの近傍では、疎となるように配置する。このように、光源１１の近傍では光偏向要素１３を疎に形成することで、導光板の中央部へ光が伝播しやすくなり、導光板１０の中央部付近の正面輝度を高め、輝度ムラを解消することが可能になる。光偏向要素の配列ピッチは、光源１１からの距離の関数、例えば４次以上の多項式関数とすることで、光源１１からの距離にかかわらず正面輝度が一定となるような導光板１０を得ることが可能になる。
導光板１０の射出面１０ｂには、単位レンズ１４が、導光板１０の第二の方向に延在するように複数形成される。ここで、以後の説明では、端面１０ａの長手方向と平行な方向を第一の方向、その第一の方向と交差する方向、例えば直交する方向を第二の方向と記述する。
【００２６】
単位レンズ１４は、導光板１０の光偏向要素１３で反射した光を、視覚方向Ｆへ集光して射出することにより、導光板１０の正面輝度を高めることができる。光偏向要素１３で反射した光が単位レンズ１４に入射すると、単位レンズ１４の屈折作用により第一の方向に広がった光が視覚方向Ｆへ集光されて射出される。一方、第二の方向に広がった光は、第二の方向には凹凸構造が無いため、集光されずに導光板１０から射出される。単位レンズ１４の形状は、例えば第二の方向に延在するプリズムとする。或いは曲面形状であってもよい。単位レンズ１４をプリズムとする場合、その頂角は、あまり小さすぎても大きすぎても好ましくない。頂角が小さすぎると、斜面から斜めへ漏れる光が増大し、光のロスにつながる。一方、頂角が大きすぎると、プリズムでうまく視覚方向Ｆへ光が立ち上げられず、正面輝度が低下する。正面輝度を向上させるために、プリズムの頂角は例えば９０°とするのが好ましい。
【００２７】
導光板１０の射出面１０ｂ側には、図３に示すように、当該射出面１０ｂ側と対向するように、集光シート４が配置される。集光シート４の光射出面側には、２次元的に配列された微細凹凸構造４ａが形成される。集光シート４は、入射面側に仮想的なランバート光源を置いて、ランバート光を入射したとき、第一の方向に広がる光よりも、第二の方向に広がる光を相対的に強く視覚方向Ｆへ集光することを特徴とする。つまり、集光シート４の射出光の第二の方向への広がりの半値幅が、第一の方向への広がりの半値幅よりも小さくなる。ここで、半値幅とは、集光シート４の鉛直方向に射出する光量を基準としたときに、光量が半減する角度を表す。
【００２８】
集光シート４に形成される微細凹凸構造４ａは、例えば図３（ａ）に示すように、底面が楕円形状の楕円半球からなるマイクロレンズを互いに重ならないようにして多数形成したものとする。微細凹凸構造４ａは、楕円半球に限らず、例えば断面が放物線や双曲線、多項式関数で記述される曲線からなる立体形状としても良い。微細凹凸構造４ａの底面は、楕円形状に限らず、例えば長方形としても良い。底面の長軸、もしくは長辺方向は、第一の方向と平行になるように配列する。図３（ｂ）は集光シート４に形成される微細凹凸構造４ａが楕円マイクロレンズの場合において、視覚方向Ｆから眺めたときの図である。
【００２９】
或いは、図４（ａ）に示すように、微細凹凸構造４ａを一軸方向に延在するシリンドリカルレンズを交差させたクロスシリンドリカルレンズとしても良い。この場合、導光板１０の第一の方向に延在するシリンドリカルレンズ４１は、集光性の強いシリンドリカルレンズとし、第二の方向に延在するシリンドリカルレンズ４２は、集光性の弱いシリンドリカルレンズとする。集光性の強いシリンドリカルレンズとは、例えば、傾斜角が急峻で、アスペクト比の高いレンズである。一方、集光性の弱いシリンドリカルレンズとは、例えば、傾斜角の緩やかで、アスペクト比の低いレンズである。第一の方向に延在するシリンドリカルレンズは、集光性をさらに上げるためにプリズムとしても良い。
【００３０】
或いは、図４（ｂ）に示すように、略半球状、略楕円半球状のマイクロレンズ４３を規則的に、若しくはランダムに、互い重ならないようにして敷き詰め、マイクロレンズの詰まっていない平坦部分にプリズム４４を、第一の方向に延在するように配列しても良い。
導光板１０は単位レンズ１４によって第一の方向に広がった光を集光して射出し、第二の方向に広がった光は集光せずに射出する。集光シート４は、単位レンズ１４で集光されない第二の方向に広がった光を選択的に集光し、効果的に正面輝度を上昇させることができる。一方、第一の方向に広がった光は、第二の方向に広がった光と比べて相対的に弱く集光される。第一の方向に広がった光は、導光板１０に形成された単位レンズ１４によって既に集光されているため、集光シート４によって必要以上に強く集光すると、第一の方向への光の角度分布が狭くなり、照明ユニットの品位を損ねてしまうからである。
【００３１】
また、集光シート４は、光偏向要素１３の隠蔽効果も優れる。導光板１０の光偏向要素１３は、端面１０ａからの距離に応じて粗密配置される。このため、光偏向要素１３が疎に配置される領域において、導光板１０を光射出面側から見たときに、光偏向要素１３が視認されやすくなる。集光シート４は、導光板１０から射出した光が、二次元方向に屈折させることで、視覚方向Ｆ側から集光シート４を通して導光板１０の光偏向要素１３を眺めたときに、光偏向要素１３の像が２次元的に広がって視認できなくすることができる。
【００３２】
本実施形態による照明ユニット７に含まれる導光板１０は、透明性の高いアクリル系の材料を用いるのが良く、特にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）は透明性が高いため好ましい。但し、透明性の高い材料であれば、これに限定されることはない。導光板１０は、この技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって成型する。導光板１０の光偏向面１０ｃに形成される光偏向要素１３は、これらの方法で一体成型することができる。光偏向要素１３は、凹凸構造を機械切削等で形成した金型の版を用いて成型する方法、もしくは、ＵＶ硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いて凹凸構造を成形した樹脂版の型を使用して、成型する樹脂材料と樹脂版の型を圧着させて成型する方法でも良い。
【００３３】
集光シート４は、ＵＶ硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いて成形されるか、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、この技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって一体で形成することができる。あるいは、ＵＶ硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いてレンズ形状を成形した樹脂版の型を使用して、成型する樹脂材料と樹脂版の型を圧着させて押し出すことにより成型しても良い。
【００３４】
さらに、照明ユニット７の光射出面側に反射型偏光分離シートを載せて、照明装置８が構成される。
反射型偏光分離シートとしては、例えばＤＢＥＦ（３Ｍ社登録商標）に代表されるような反射型偏光分離シートを使用する。反射型偏光分離シートは、液晶パネルの偏光板で吸収される偏光成分を持つ光を反射し、偏光板を透過する偏光成分を持つ光のみを透過させることができるため、液晶ディスプレイの輝度を効率的に高めることができる。
【００３５】
また、画像表示素子６は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本実施形態による照明ユニット７により、画像表示素子６を透過する画像の視覚方向Ｆへの輝度が向上し、さらに、光偏向要素１３が視認できなくなり、画像品位の高い画像を表示させることができる。
なお、画像表示素子６は液晶表示素子であることが好ましいが、他の画像表示素子で有っても良い。
【００３６】
液晶表示素子を画像表示素子６と同一の符号を用いて説明すると、図１に示すように、液晶表示素子６は液晶パネル２２の前後に偏光板２３，２３が積層して構成されている。液晶表示素子６は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
なお、本発明における集光シート４は、液晶表示装置１としてのテレビ以外にも、例えば、室内や屋外の照明用途としても利用できる。特に、集光シート４を組み込んだ照明ユニット７は、明るさのムラがなく正面輝度の高い光を発光できるので、屋内や屋外の特定空間を均一に明るく照明することができる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の実施例として、導光板１０、集光シート４を用いた照明ユニット７を製作して、正面輝度の評価と、光偏向要素１３の視認性の評価を行った。
ＰＭＭＡ樹脂の押し出し成型により、以下に示す導光板Ａ、導光板Ｂを作製した。板厚は全て３ｍｍ厚とし、形状は、長辺が５４０ｍｍ、短辺が３１０ｍｍの長方形形状の板形状とした。
【００３８】
＜導光板Ａ＞
導光板Ａの光偏向面１０ｃに対し、半球の一部からなり、直径７０μｍ、アスペクト比が０．２の凹部からなる光偏向要素１３を正方配列した。ここで、アスペクト比＝（高さ/底面の直径）とする。
光偏向要素１３の配列ピッチは、長辺と平行な方向のピッチは７０μｍで一定とし、短辺と平行な方向のピッチは、ＬＥＤ側の端面付近で７０μｍ、ＬＥＤと逆側の端面で６００μｍとした。導光板の射出面１０ｂには、ピッチ５０μｍで頂角９０°のプリズムを延在方向が短辺と平行になるように配列した。
【００３９】
＜導光板Ｂ＞
押し出し成型により作製した導光板Ｂの光偏向面１０ｃに対し、円形パターンの白色ドットを粗密配置した。白色ドットは、光反射性白色インキをスクリーン印刷することで作製した。白色ドットは六方配列し、最近接ドット同士の間隔は１．１ｍｍに固定した。一方、ドットの直径はＬＥＤ側から遠ざかるにつれて徐々に増大させた。ドットの直径は、ＬＥＤ側の端面近傍で０．３ｍｍ、ＬＥＤと逆側の端面近傍で０．８ｍｍとした。導光板の射出面１０ｂには、ピッチ５０μｍで頂角９０°のプリズムを延在方向が短辺と平行になるように配列した。
また、ポリカーボネート樹脂の押し出し成型により、以下の集光シートＡ、集光シートＢを作製した。
【００４０】
＜集光シートＡ＞
微細凹凸構造４ａとして、楕円球の一部からなるマイクロレンズを最密充填した集光シート４を作製した。マイクロレンズの底面の長軸は７０μｍ、短軸は５０μｍとし、長軸が導光板１０の長辺と平行になるように揃えて配列した。
＜集光シートＢ＞
微細凹凸構造４ａとして、半球の一部からなるマイクロレンズを、充填率７０％でランダムに配列し、マイクロレンズの形成されない平坦部分に頂角９０°のプリズムを、延在方向が導光板１０の長辺と平行になるように配列した。マイクロレンズは直径１２０μｍ、アスペクト比０．５とし、プリズムは底辺の幅を５０μｍとした。
照明ユニット７を次のように作製した。
【００４１】
＜照明ユニット７の作製＞
導光板１０の一方の長辺側の端面と対向するようにＬＥＤを複数配列した。さらに、導光板１０の光偏向面１０ｃと対向するように、白色反射シートを配置した。導光板１０の光射出面１０ｂと対向するように、集光シート４を配置した。
（実施例１）
導光板１０として、導光板Ａを配置した。また、集光シート４として集光シートＡを配置した。
（実施例２）
導光板１０として、導光板Ａを配置した。また、集光シート４として集光シートＢを配置した。
（実施例３）
導光板１０として、導光板Ｂを配置した。また、集光シート４として集光シートＡを配置した。
（実施例４）
導光板１０として、導光板Ｂを配置した。また、集光シート４として集光シートＢを配置した。
【００４２】
（比較例１）
導光板１０として、光射出面１０ｂが平坦面である導光板１０を配置した。光偏向要素１３は、導光板Ｂで作製したものと同様の白色ドットを形成した。また、集光シート４として、半球の一部からなるマイクロレンズ（アスペクト比０．５）が充填率８７％でランダムに配列するマイクロレンズシートを作製し、導光板１０の光射出面１０ｂと対向する位置に配置した。
【００４３】
（比較例２）
導光板１０として、光射出面１０ｂが平坦面である導光板１０を配置した。光偏向要素１３は、導光板Ｂで作製したものと同様の白色ドットを形成した。また、集光シート４として、プリズムの延在方向が導光板１０の長辺と平行になるように配列したプリズムシートを、導光板１０の光射出面１０ｂと対向する位置に配置した。
【００４４】
＜正面輝度の評価＞
実施例１〜４、比較例１〜２による照明ユニット７の正面輝度の測定と外観評価を行った。その結果を表１に記す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
正面輝度の測定に際して、輝度測定器としてＴＯＰＣＯＮ製分光放射輝度計ＳＲ３を使用した。評価に際して、正面輝度は、比較例１を用いた照明ユニット７の正面輝度の測定値を１に規格化している。
外観評価では、照明ユニット７を視覚方向Ｆから眺めたときに、光偏向要素１３の像が視認された場合は×、視認されない場合は○とした。
【００４７】
表１から分かるように、実施例１〜４における導光板１０と集光シート４を組み込んだ照明ユニット７の正面輝度は、比較例１を組み込んだものと比べて、正面輝度が上昇し、なおかつ光偏向要素１３が視認されなかった。一方、比較例２は、正面輝度は高いが、光偏向要素１３が視認された。
以上の結果のように、本発明の導光板１０と集光シート４を組み合わせた照明ユニット７の正面輝度は、比較例１のような一般的な導光板とマイクロレンズシートを組み合わせた場合よりも正面輝度が上昇することが確認された。また、集光シート４に二次元微細構造が形成されるため、導光板１０の光偏向要素１３が視認されないことを確認した。
【符号の説明】
【００４８】
１ 液晶表示装置
２ 面光源装置
４ 集光シート
４ａ 微細凹凸構造
５ 反射型偏光分離反射シート
６ 液晶表示素子
７ 照明ユニット、
８ 照明装置
９ 反射板
１０ 導光板
１０ａ 端面
１０ｂ 光射出面
１０ｃ 光偏向面
１１ 光源
１３ 光偏向要素
１４ 単位レンズ
２２ 液晶パネル
２３ 偏光板
４１ 集光性の強いシリンドリカルレンズ
４２ 集光性の弱いシリンドリカルレンズ
４３ マイクロレンズ
４４ プリズム
１００ 導光板
１００ａ 射出面
１００ｂ 光偏向面
１０１ 光源
１０２ 光偏向要素
１８２ 光源
１８４ 液晶パネル
１８５ ＢＥＦ
１８６ 基材
１８７ プリズム
１９０ 拡散シート
１９１ レンズシート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に照明光路制御に使用される導光板と集光シートを備えた照明ユニット、照明装置並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の大型液晶テレビやフラットディスプレイパネル等においては主に、直下型方式の照明装置と、エッジライト方式の照明装置とが採用されている。直下型方式の照明装置は、光源として複数の冷陰極管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が、パネルの背面に規則的に配置される。液晶パネル等の画像表示素子と光源との間には、光散乱性の強い拡散板が用いられ、拡散板によって光源としての冷陰極管やＬＥＤが視認されないようにしている。
【０００３】
一方、エッジライト方式の照明装置は、複数の冷陰極管やＬＥＤ等の光源が、導光板と呼ばれる透光性の板の端面に配置される。一般的に、導光板の射出面（画像表示素子と対向する面）とは反対側の面には、該導光板の端面から入射する入射光を効率良く射出面へと導く光偏向面が形成され、その光偏向面に形成される光偏向要素としては、例えば白色のドットパターンが印刷されたもの、あるいは、レンズ形状が付与されたもの等、効率よく射出面へと導くために様々な光偏向要素が提案されている。
【０００４】
しかしながら、エッジライト方式は、導光板と呼ばれる透光性の板の端面にのみ光源が配置される構造のため、光源設置数に限界がある。従って液晶表示装置が大型になるにつれ、ディスプレイ全体を明るくすることは難しくなり、輝度を向上させる光学シートの役割が重要となる。
液晶表示画面の輝度を向上させる手段として、米国３Ｍ社の登録商標である輝度向上フィルム（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ：以下、ＢＥＦと呼ぶ）がレンズシートとして広く使用されている。
【０００５】
特許文献１、２には、輝度向上フィルムとしてＢＥＦをした例が記載されている。図６、及び図７は、特許文献１、２に記載された輝度向上フィルムを示すものである。図６には、概略で面光源１８２と、面光源１８２から出射した光を入射させる輝度向上フィルムとしてのＢＥＦ１８５と、液晶パネル１８４とが配設されている。図７に示すように、ＢＥＦ１８５は、透明基材１８６上に断面三角形状の単位プリズム１８７が一方向に周期的に配列されてなる光学フィルムである。この単位プリズム１８７は、光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）に構成されている。
【０００６】
ＢＥＦ１８５は、“軸外（ｏｆｆ-ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を観察者に向けて“軸上（ｏｎ-ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）または“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”させることができる。すなわちＢＥＦ１８５は、液晶表示装置の使用時（観察時）に、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させることができる。ここで言う「軸上」とは、図６において観察者の視覚方向Ｆに一致する方向であり、一般的には液晶パネル１８４の表示画面に対する法線方向側（液晶パネル１８４の厚さ方向）である。
【０００７】
また、図５に示すように、ＢＥＦに代表されるレンズシート１９１を用いる際に、透明基材上に拡散フィラーが塗布された拡散フィルム１９０を、導光板１００と上記レンズシート１９１との間に配置することによって、導光板１００から出射される光の輝度ムラを抑えることができる。
ところで、エッジライト方式において使用される導光板１００は、上述したとおり、射出面と対向する位置に光偏向面１００ｂを備え、光偏向面１００ｂには白色のドットパターンやマイクロレンズ（凹型、凸型）、その他レンズ形状の光偏向要素１０２が形成される。或いは、一次元方向、もしくは二次元方向に配列された溝、もしくは突起によって微小反射要素を形成し、これら微小反射要素の全反射によって光射出面側へ光を反射させて視覚方向Ｆ側へ光を射出させる構成など、様々なバリエーションの導光板１００が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平１−３７８０１号公報
【特許文献２】特開平６−１０２５０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２９５０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、どのような光偏向要素１０２であっても、規則的に、または規則性を有する擬似不規則的に配列された反射層や構造物で形成されるため、上述のＢＥＦに代表されるレンズシートとの干渉（モアレ干渉縞）の問題や、光偏向面１００ｂのムラが視認されるといった問題がある。そして、その解決手段としては、導光板１００とレンズシート１９１との間に、特許文献３に示されるような拡散フィルム１９０を使用する方法が一般的である。
【００１０】
しかし、拡散フィルム１９０を使用した場合、光偏向面１００ｂのムラを効果的に抑えることが可能になるが、拡散フィルム１９０には集光特性がないため、拡散フィルム１９０とＢＥＦ１８５を組み合わせて使用するのが一般的であり、シート枚数の削減が難しく、コスト低減の障害となっている。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素を隠蔽すると共に正面輝度を向上させることのできる導光板と集光シートを備えた照明ユニット、照明装置及びこの照明装置を用いた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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、光源と、上記光源と対向する端面と該端面から入射した光を観察者側に射出する射出面と上記入射した光を上記射出面に導く光偏向面とを備えた導光板と、上記導光板における射出面とは反対側の面から射出する光を反射して上記導光板へ導く反射シートと、を少なくとも備えた面光源装置と、上記面光源装置の光射出面側に配置された集光シートと、を備えた照明ユニットであって、
上記光偏向面に、上記導光板に入射された光を上記射出面側へと導く光偏向要素が形成され、その光偏向要素は２次元配置されてなり、上記導光板の上記射出面側には、上記光源と対向する上記導光板の端面から離れる方向に向けて延在する単位レンズが複数列形成され、上記集光シートの光射出面側には、２次元的に配列された微細凹凸構造が形成されてなり、
上記集光シートの光入射面側から、ランバート光を入射したときの射出光の上記導光板の上記端面と垂直な方向に広がる光の角度分布の半値幅が、上記導光板の上記端面と平行な方向に広がる光の角度分布の半値幅よりも小さいことを特徴とする。
本発明による照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１２】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記光偏向要素は、導光板の中央部側に比べて、導光板の端面側の方が疎に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、導光板の中央部へ光が伝搬し易くなる。この結果、輝度ムラを解消可能となる。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記光偏向要素は、白色インキにより２次元的に形成された反射パターンであることを特徴とする。
本発明による照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１３】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記光偏向要素は、２次元的に配列された凹構造、もしくは凸構造であることを特徴とする。
本発明による照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１４】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、回転楕円体の一部からなることを特徴とする。
本発明による集光シートを備えた照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１５】
次に、請求項６に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、クロスレンチキュラーレンズであることを特徴とする。
本発明による集光シートを備えた照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１６】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、一次元的に配列されたプリズムと、２次元的に配列されたマイクロレンズの組み合わせからなることを特徴とする。
本発明による集光シートを備えた照明ユニットによれば、観察側から照明ユニットを目視した際に、導光板の光偏向面に形成される光偏向要素の像が視認できない上に、正面輝度を向上させることができる。
【００１７】
次に、請求項８に記載した発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の照明ユニットと、その照明ユニットの光射出面側に配置された反射型偏光分離シートとを備えることを特徴とする照明装置を提供するものである。
反射型偏光分離シートを備えた場合、照明ユニットから出射した光を偏光させることができる。
【００１８】
次に、請求項９に記載した発明は、請求項８に記載の照明装置と、その照明装置の光射出面側に配置されて表示画像を規定する画像表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置を提供するものである。
本発明による表示装置によれば、観察側から目視した際に、面光源装置から出射した光を、集光シートによって導光板の光偏向面に形成される光偏向要素を視認できないように隠蔽すると共に正面輝度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による導光板と集光シートを用いることで、照明ユニット、照明装置並びに該照明装置を用いた表示装置の正面輝度が上昇し、かつ、観察側から目視した際に導光板の光偏向面に形成される光偏向要素が視認されなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る照明ユニット及び照明装置を含む液晶表示装置である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る照明ユニットにおける導光板の一例を表す斜視図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る導光板と集光シートの一例を表す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は視覚方向Ｆから眺めた図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る集光シートを示す斜視図であり、（ａ）は、集光シートがクロスレンチキュラーシートの場合の斜視図、（ｂ）は、集光シートがマイクロレンズとプリズムの組み合わせからなる場合の斜視図である。
【図５】従来技術によるＢＥＦを含む液晶表示装置の配置構成を示す要部断面図である。
【図６】面光源とＢＥＦ、液晶表示装置を表す概略図である。
【図７】ＢＥＦの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による表示装置としての液晶表示装置１を示す要部縦断面図である。図１に示す装置は、画像表示素子が液晶表示素子の場合の例である。
この液晶表示装置１は、面光源装置２及び集光シートを備える照明ユニット、その観察者側に配置される反射型偏光分離シート５、画像表示素子６が、光の進行方向に向けて順次配置されている。画像表示素子６の更に光の進行方向前方側が視覚方向Ｆとされる。
【００２２】
上記画像表示素子６は、例えば液晶画像を表示する液晶表示素子からなる。
ここで、上記照明ユニット７と反射型偏光分離シート５とで照明装置８を構成する。なお、図１は、模式図であり、各構成の縮図は実際のものとは一致しない。
面光源装置２は、光源１１，導光板１０、及び反射板９を備える。例えば、平板形状をなす導光板１０の厚み方向と直交する方向を向く端面１０ａに、光源１１が配設され、その導光板１０の背面側に反射板９が設けられている。このように、本実施形態の照明ユニット７には、エッジライト方式が採用されている。
【００２３】
光源１１として例えば点状光源が用いられる。点状光源としては、例えばＬＥＤが用いられ、ＬＥＤとしては白色ＬＥＤやＲＧＢ−ＬＥＤや、有機ＥＬ光源等を採用できる。或いは、光源１１はＣＣＦＬに代表される蛍光管であっても良い。図１では、導光板１０の一辺を構成する端面１０ａにだけ配置された例を示しているが、これに限定しない。２辺以上の端面１０ａに対向して光源を配置してもよい。また導光板１０の形状は、平板形状に代えて楔形状等であっても良い。
【００２４】
導光板１０の視覚方向Ｆの射出面１０ｂとは反対側の面には光偏向面１０ｃが形成されている。その光偏向面１０ｃには、光源１１から導光板１０へ入射する光を射出面１０ｂ側へ偏向する光偏向要素１３が形成される。導光板１０の上記光偏向要素１３は、例えば図２に示すように、二次元的に配列する。また光偏向要素１３は、例えば、断面が円（立体形状では球）、もしくは楕円（立体形状で回転楕円体）の一部からなる凹構造、もしくは凸構造を２次元的に配列する。或いは、断面が三角形（立体形状で円錐、三角錐、四角錐等）、断面が双曲線、放物線、多項式関数で記述される曲線からなる立体形状や、断面が台形形状（立体形状で円錐台、角錐台）、或いは断面が変形を加えた三角形状（例えば、扇形、或いは頂点が丸みを帯びた三角形状）からなる立体形状としても良い。或いは、白色インキを印刷、もしくはインクジェット法等によってドット状の白色反射パターンを２次元的に形成しても良い。
【００２５】
導光板１０に形成される光偏向要素１３は、導光板１０の端面１０ａ近傍ではピッチが大きくなるように、つまり疎に配列し、且つ端面１０ａから離れた位置のピッチが小さくなるように、つまり密に配列するのが望ましい。すなわち、光偏向要素１３は、導光板１０の中央部側に対し、当該の光源が対向する端面１０ａの近傍では、疎となるように配置する。このように、光源１１の近傍では光偏向要素１３を疎に形成することで、導光板の中央部へ光が伝播しやすくなり、導光板１０の中央部付近の正面輝度を高め、輝度ムラを解消することが可能になる。光偏向要素の配列ピッチは、光源１１からの距離の関数、例えば４次以上の多項式関数とすることで、光源１１からの距離にかかわらず正面輝度が一定となるような導光板１０を得ることが可能になる。
導光板１０の射出面１０ｂには、単位レンズ１４が、導光板１０の第二の方向に延在するように複数形成される。ここで、以後の説明では、端面１０ａの長手方向と平行な方向を第一の方向、その第一の方向と交差する方向、例えば直交する方向を第二の方向と記述する。
【００２６】
単位レンズ１４は、導光板１０の光偏向要素１３で反射した光を、視覚方向Ｆへ集光して射出することにより、導光板１０の正面輝度を高めることができる。光偏向要素１３で反射した光が単位レンズ１４に入射すると、単位レンズ１４の屈折作用により第一の方向に広がった光が視覚方向Ｆへ集光されて射出される。一方、第二の方向に広がった光は、第二の方向には凹凸構造が無いため、集光されずに導光板１０から射出される。単位レンズ１４の形状は、例えば第二の方向に延在するプリズムとする。或いは曲面形状であってもよい。単位レンズ１４をプリズムとする場合、その頂角は、あまり小さすぎても大きすぎても好ましくない。頂角が小さすぎると、斜面から斜めへ漏れる光が増大し、光のロスにつながる。一方、頂角が大きすぎると、プリズムでうまく視覚方向Ｆへ光が立ち上げられず、正面輝度が低下する。正面輝度を向上させるために、プリズムの頂角は例えば９０°とするのが好ましい。
【００２７】
導光板１０の射出面１０ｂ側には、図３に示すように、当該射出面１０ｂ側と対向するように、集光シート４が配置される。集光シート４の光射出面側には、２次元的に配列された微細凹凸構造４ａが形成される。集光シート４は、入射面側に仮想的なランバート光源を置いて、ランバート光を入射したとき、第一の方向に広がる光よりも、第二の方向に広がる光を相対的に強く視覚方向Ｆへ集光することを特徴とする。つまり、集光シート４の射出光の第二の方向への広がりの半値幅が、第一の方向への広がりの半値幅よりも小さくなる。ここで、半値幅とは、集光シート４の鉛直方向に射出する光量を基準としたときに、光量が半減する角度を表す。
【００２８】
集光シート４に形成される微細凹凸構造４ａは、例えば図３（ａ）に示すように、底面が楕円形状の楕円半球からなるマイクロレンズを互いに重ならないようにして多数形成したものとする。微細凹凸構造４ａは、楕円半球に限らず、例えば断面が放物線や双曲線、多項式関数で記述される曲線からなる立体形状としても良い。微細凹凸構造４ａの底面は、楕円形状に限らず、例えば長方形としても良い。底面の長軸、もしくは長辺方向は、第一の方向と平行になるように配列する。図３（ｂ）は集光シート４に形成される微細凹凸構造４ａが楕円マイクロレンズの場合において、視覚方向Ｆから眺めたときの図である。
【００２９】
或いは、図４（ａ）に示すように、微細凹凸構造４ａを一軸方向に延在するシリンドリカルレンズを交差させたクロスシリンドリカルレンズとしても良い。この場合、導光板１０の第一の方向に延在するシリンドリカルレンズ４１は、集光性の強いシリンドリカルレンズとし、第二の方向に延在するシリンドリカルレンズ４２は、集光性の弱いシリンドリカルレンズとする。集光性の強いシリンドリカルレンズとは、例えば、傾斜角が急峻で、アスペクト比の高いレンズである。一方、集光性の弱いシリンドリカルレンズとは、例えば、傾斜角の緩やかで、アスペクト比の低いレンズである。第一の方向に延在するシリンドリカルレンズは、集光性をさらに上げるためにプリズムとしても良い。
【００３０】
或いは、図４（ｂ）に示すように、略半球状、略楕円半球状のマイクロレンズ４３を規則的に、若しくはランダムに、互い重ならないようにして敷き詰め、マイクロレンズの詰まっていない平坦部分にプリズム４４を、第一の方向に延在するように配列しても良い。
導光板１０は単位レンズ１４によって第一の方向に広がった光を集光して射出し、第二の方向に広がった光は集光せずに射出する。集光シート４は、単位レンズ１４で集光されない第二の方向に広がった光を選択的に集光し、効果的に正面輝度を上昇させることができる。一方、第一の方向に広がった光は、第二の方向に広がった光と比べて相対的に弱く集光される。第一の方向に広がった光は、導光板１０に形成された単位レンズ１４によって既に集光されているため、集光シート４によって必要以上に強く集光すると、第一の方向への光の角度分布が狭くなり、照明ユニットの品位を損ねてしまうからである。
【００３１】
また、集光シート４は、光偏向要素１３の隠蔽効果も優れる。導光板１０の光偏向要素１３は、端面１０ａからの距離に応じて粗密配置される。このため、光偏向要素１３が疎に配置される領域において、導光板１０を光射出面側から見たときに、光偏向要素１３が視認されやすくなる。集光シート４は、導光板１０から射出した光が、二次元方向に屈折させることで、視覚方向Ｆ側から集光シート４を通して導光板１０の光偏向要素１３を眺めたときに、光偏向要素１３の像が２次元的に広がって視認できなくすることができる。
【００３２】
本実施形態による照明ユニット７に含まれる導光板１０は、透明性の高いアクリル系の材料を用いるのが良く、特にＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）は透明性が高いため好ましい。但し、透明性の高い材料であれば、これに限定されることはない。導光板１０は、この技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって成型する。導光板１０の光偏向面１０ｃに形成される光偏向要素１３は、これらの方法で一体成型することができる。光偏向要素１３は、凹凸構造を機械切削等で形成した金型の版を用いて成型する方法、もしくは、ＵＶ硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いて凹凸構造を成形した樹脂版の型を使用して、成型する樹脂材料と樹脂版の型を圧着させて成型する方法でも良い。
【００３３】
集光シート４は、ＵＶ硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いて成形されるか、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、この技術分野では良く知られている押出成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって一体で形成することができる。あるいは、ＵＶ硬化樹脂や放射線硬化樹脂等を用いてレンズ形状を成形した樹脂版の型を使用して、成型する樹脂材料と樹脂版の型を圧着させて押し出すことにより成型しても良い。
【００３４】
さらに、照明ユニット７の光射出面側に反射型偏光分離シートを載せて、照明装置８が構成される。
反射型偏光分離シートとしては、例えばＤＢＥＦ（３Ｍ社登録商標）に代表されるような反射型偏光分離シートを使用する。反射型偏光分離シートは、液晶パネルの偏光板で吸収される偏光成分を持つ光を反射し、偏光板を透過する偏光成分を持つ光のみを透過させることができるため、液晶ディスプレイの輝度を効率的に高めることができる。
【００３５】
また、画像表示素子６は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する素子であることが好ましい。画素単位で光を透過／遮光して画像を表示するものであれば、本実施形態による照明ユニット７により、画像表示素子６を透過する画像の視覚方向Ｆへの輝度が向上し、さらに、光偏向要素１３が視認できなくなり、画像品位の高い画像を表示させることができる。
なお、画像表示素子６は液晶表示素子であることが好ましいが、他の画像表示素子で有っても良い。
【００３６】
液晶表示素子を画像表示素子６と同一の符号を用いて説明すると、図１に示すように、液晶表示素子６は液晶パネル２２の前後に偏光板２３，２３が積層して構成されている。液晶表示素子６は、画素単位で光を透過／遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子に比べて画像品位を高くすることができるとともに、製造コストを低減することができる。
なお、本発明における集光シート４は、液晶表示装置１としてのテレビ以外にも、例えば、室内や屋外の照明用途としても利用できる。特に、集光シート４を組み込んだ照明ユニット７は、明るさのムラがなく正面輝度の高い光を発光できるので、屋内や屋外の特定空間を均一に明るく照明することができる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の実施例として、導光板１０、集光シート４を用いた照明ユニット７を製作して、正面輝度の評価と、光偏向要素１３の視認性の評価を行った。
ＰＭＭＡ樹脂の押し出し成型により、以下に示す導光板Ａ、導光板Ｂを作製した。板厚は全て３ｍｍ厚とし、形状は、長辺が５４０ｍｍ、短辺が３１０ｍｍの長方形形状の板形状とした。
【００３８】
＜導光板Ａ＞
導光板Ａの光偏向面１０ｃに対し、半球の一部からなり、直径７０μｍ、アスペクト比が０．２の凹部からなる光偏向要素１３を正方配列した。ここで、アスペクト比＝（高さ/底面の直径）とする。
光偏向要素１３の配列ピッチは、長辺と平行な方向のピッチは７０μｍで一定とし、短辺と平行な方向のピッチは、ＬＥＤ側の端面付近で７０μｍ、ＬＥＤと逆側の端面で６００μｍとした。導光板の射出面１０ｂには、ピッチ５０μｍで頂角９０°のプリズムを延在方向が短辺と平行になるように配列した。
【００３９】
＜導光板Ｂ＞
押し出し成型により作製した導光板Ｂの光偏向面１０ｃに対し、円形パターンの白色ドットを粗密配置した。白色ドットは、光反射性白色インキをスクリーン印刷することで作製した。白色ドットは六方配列し、最近接ドット同士の間隔は１．１ｍｍに固定した。一方、ドットの直径はＬＥＤ側から遠ざかるにつれて徐々に増大させた。ドットの直径は、ＬＥＤ側の端面近傍で０．３ｍｍ、ＬＥＤと逆側の端面近傍で０．８ｍｍとした。導光板の射出面１０ｂには、ピッチ５０μｍで頂角９０°のプリズムを延在方向が短辺と平行になるように配列した。
また、ポリカーボネート樹脂の押し出し成型により、以下の集光シートＡ、集光シートＢを作製した。
【００４０】
＜集光シートＡ＞
微細凹凸構造４ａとして、楕円球の一部からなるマイクロレンズを最密充填した集光シート４を作製した。マイクロレンズの底面の長軸は７０μｍ、短軸は５０μｍとし、長軸が導光板１０の長辺と平行になるように揃えて配列した。
＜集光シートＢ＞
微細凹凸構造４ａとして、半球の一部からなるマイクロレンズを、充填率７０％でランダムに配列し、マイクロレンズの形成されない平坦部分に頂角９０°のプリズムを、延在方向が導光板１０の長辺と平行になるように配列した。マイクロレンズは直径１２０μｍ、アスペクト比０．５とし、プリズムは底辺の幅を５０μｍとした。
照明ユニット７を次のように作製した。
【００４１】
＜照明ユニット７の作製＞
導光板１０の一方の長辺側の端面と対向するようにＬＥＤを複数配列した。さらに、導光板１０の光偏向面１０ｃと対向するように、白色反射シートを配置した。導光板１０の光射出面１０ｂと対向するように、集光シート４を配置した。
（実施例１）
導光板１０として、導光板Ａを配置した。また、集光シート４として集光シートＡを配置した。
（実施例２）
導光板１０として、導光板Ａを配置した。また、集光シート４として集光シートＢを配置した。
（実施例３）
導光板１０として、導光板Ｂを配置した。また、集光シート４として集光シートＡを配置した。
（実施例４）
導光板１０として、導光板Ｂを配置した。また、集光シート４として集光シートＢを配置した。
【００４２】
（比較例１）
導光板１０として、光射出面１０ｂが平坦面である導光板１０を配置した。光偏向要素１３は、導光板Ｂで作製したものと同様の白色ドットを形成した。また、集光シート４として、半球の一部からなるマイクロレンズ（アスペクト比０．５）が充填率８７％でランダムに配列するマイクロレンズシートを作製し、導光板１０の光射出面１０ｂと対向する位置に配置した。
【００４３】
（比較例２）
導光板１０として、光射出面１０ｂが平坦面である導光板１０を配置した。光偏向要素１３は、導光板Ｂで作製したものと同様の白色ドットを形成した。また、集光シート４として、プリズムの延在方向が導光板１０の長辺と平行になるように配列したプリズムシートを、導光板１０の光射出面１０ｂと対向する位置に配置した。
【００４４】
＜正面輝度の評価＞
実施例１〜４、比較例１〜２による照明ユニット７の正面輝度の測定と外観評価を行った。その結果を表１に記す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
正面輝度の測定に際して、輝度測定器としてＴＯＰＣＯＮ製分光放射輝度計ＳＲ３を使用した。評価に際して、正面輝度は、比較例１を用いた照明ユニット７の正面輝度の測定値を１に規格化している。
外観評価では、照明ユニット７を視覚方向Ｆから眺めたときに、光偏向要素１３の像が視認された場合は×、視認されない場合は○とした。
【００４７】
表１から分かるように、実施例１〜４における導光板１０と集光シート４を組み込んだ照明ユニット７の正面輝度は、比較例１を組み込んだものと比べて、正面輝度が上昇し、なおかつ光偏向要素１３が視認されなかった。一方、比較例２は、正面輝度は高いが、光偏向要素１３が視認された。
以上の結果のように、本発明の導光板１０と集光シート４を組み合わせた照明ユニット７の正面輝度は、比較例１のような一般的な導光板とマイクロレンズシートを組み合わせた場合よりも正面輝度が上昇することが確認された。また、集光シート４に二次元微細構造が形成されるため、導光板１０の光偏向要素１３が視認されないことを確認した。
【符号の説明】
【００４８】
１ 液晶表示装置
２ 面光源装置
４ 集光シート
４ａ 微細凹凸構造
５ 反射型偏光分離反射シート
６ 液晶表示素子
７ 照明ユニット、
８ 照明装置
９ 反射板
１０ 導光板
１０ａ 端面
１０ｂ 光射出面
１０ｃ 光偏向面
１１ 光源
１３ 光偏向要素
１４ 単位レンズ
２２ 液晶パネル
２３ 偏光板
４１ 集光性の強いシリンドリカルレンズ
４２ 集光性の弱いシリンドリカルレンズ
４３ マイクロレンズ
４４ プリズム
１００ 導光板
１００ａ 射出面
１００ｂ 光偏向面
１０１ 光源
１０２ 光偏向要素
１８２ 光源
１８４ 液晶パネル
１８５ ＢＥＦ
１８６ 基材
１８７ プリズム
１９０ 拡散シート
１９１ レンズシート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、上記光源と対向する端面と該端面から入射した光を観察者側に射出する射出面と上記入射した光を上記射出面に導く光偏向面とを備えた導光板と、上記導光板における射出面とは反対側の面から射出する光を反射して上記導光板へ導く反射シートと、を少なくとも備えた面光源装置と、
上記面光源装置の光射出面側に配置された集光シートと、を備えた照明ユニットであって、
上記光偏向面に、上記導光板に入射された光を上記射出面側へと導く光偏向要素が形成され、その光偏向要素は２次元配置されてなり、
上記導光板の上記射出面側には、上記光源と対向する上記導光板の端面から離れる方向に向けて延在する単位レンズが複数列形成され、
上記集光シートの光射出面側には、２次元的に配列された微細凹凸構造が形成されてなり、
上記集光シートの光入射面側から、ランバート光を入射したときの射出光の上記導光板の上記端面と垂直な方向に広がる光の角度分布の半値幅が、上記導光板の上記端面と平行な方向に広がる光の角度分布の半値幅よりも小さいことを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
上記光偏向要素は、導光板の中央部側に比べて、導光板の端面側の方が疎に配置されていることを特徴とする請求項１に記載した照明ユニット。
【請求項３】
上記光偏向要素は、白色インキにより２次元的に形成された反射パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した照明ユニット。
【請求項４】
上記光偏向要素は、２次元的に配列された凹構造、もしくは凸構造であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項５】
上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、回転楕円体の一部からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項６】
上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、クロスレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項７】
上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、一次元的に配列されたプリズムと、２次元的に配列されたマイクロレンズの組み合わせからなることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の照明ユニットと、その照明ユニットの光射出面側に配置された反射型偏光分離シートとを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項８に記載の照明装置と、その照明装置の光射出面側に配置されて表示画像を規定する画像表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項１】
光源と、上記光源と対向する端面と該端面から入射した光を観察者側に射出する射出面と上記入射した光を上記射出面に導く光偏向面とを備えた導光板と、上記導光板における射出面とは反対側の面から射出する光を反射して上記導光板へ導く反射シートと、を少なくとも備えた面光源装置と、
上記面光源装置の光射出面側に配置された集光シートと、を備えた照明ユニットであって、
上記光偏向面に、上記導光板に入射された光を上記射出面側へと導く光偏向要素が形成され、その光偏向要素は２次元配置されてなり、
上記導光板の上記射出面側には、上記光源と対向する上記導光板の端面から離れる方向に向けて延在する単位レンズが複数列形成され、
上記集光シートの光射出面側には、２次元的に配列された微細凹凸構造が形成されてなり、
上記集光シートの光入射面側から、ランバート光を入射したときの射出光の上記導光板の上記端面と垂直な方向に広がる光の角度分布の半値幅が、上記導光板の上記端面と平行な方向に広がる光の角度分布の半値幅よりも小さいことを特徴とする照明ユニット。
【請求項２】
上記光偏向要素は、導光板の中央部側に比べて、導光板の端面側の方が疎に配置されていることを特徴とする請求項１に記載した照明ユニット。
【請求項３】
上記光偏向要素は、白色インキにより２次元的に形成された反射パターンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した照明ユニット。
【請求項４】
上記光偏向要素は、２次元的に配列された凹構造、もしくは凸構造であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項５】
上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、回転楕円体の一部からなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項６】
上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、クロスレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項７】
上記集光シートの光射出面側に形成された微細凹凸構造は、一次元的に配列されたプリズムと、２次元的に配列されたマイクロレンズの組み合わせからなることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した照明ユニット。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の照明ユニットと、その照明ユニットの光射出面側に配置された反射型偏光分離シートとを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項８に記載の照明装置と、その照明装置の光射出面側に配置されて表示画像を規定する画像表示素子と、を備えることを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２１８９２（Ｐ２０１２−２２１８９２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９４２７（Ｐ２０１１−８９４２７）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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