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特開2025-22506面状照明装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025022506

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】面状照明装置

(51)【国際特許分類】

F21S 2/00 20160101AFI20250206BHJP

F21V 5/02 20060101ALI20250206BHJP

F21V 5/00 20180101ALI20250206BHJP

F21V 7/22 20180101ALI20250206BHJP

F21V 3/08 20180101ALI20250206BHJP

F21V 3/00 20150101ALI20250206BHJP

G02B 5/02 20060101ALI20250206BHJP

G02F 1/13357 20060101ALN20250206BHJP

F21Y 115/10 20160101ALN20250206BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 481

F21V5/02 100

F21V5/02 300

F21V5/00 530

F21V7/22

F21V3/08

F21V3/00 530

F21V3/00 320

G02B5/02 C

G02F1/13357

F21Y115:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023127155

(22)【出願日】2023-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮本正雄

【テーマコード（参考）】

2H042

2H391

3K244

【Ｆターム（参考）】

2H042BA04

2H042BA05

2H042BA14

2H042BA20

2H391AA03

2H391AB04

2H391AB06

2H391AB34

2H391AC10

2H391AC13

2H391AC25

2H391CB13

2H391FA06

3K244AA01

3K244BA07

3K244BA23

3K244BA48

3K244CA02

3K244DA01

3K244DA13

3K244GA01

3K244GA02

3K244GA04

3K244GA08

3K244GA11

3K244GB02

3K244GB03

3K244GB06

3K244GB13

3K244GC02

3K244GC06

3K244GC13

(57)【要約】

【課題】高輝度化を実現することができる面状照明装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の面状照明装置は、基板に配置された複数の光源と、前記光源の出射側に配置された第１光学シートと、前記第１光学シートの出射側に配置された第２光学シートと、前記第２光学シートの出射側に配置された第３光学シートとを備え、前記第１光学シートは、前記光源に近づく第１方向に突出した第１光学素子を複数有し、前記第２光学シートは、前記第１方向とは反対の第２方向に突出した第２光学素子を複数有し、前記第３光学シートは、前記第２方向に突出した第３光学素子を複数有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に配置された複数の光源と、
前記光源の出射側に配置された第１光学シートと、
前記第１光学シートの出射側に配置された第２光学シートと、
前記第２光学シートの出射側に配置された第３光学シートと、
を備え、
前記第１光学シートは、前記光源に近づく第１方向に突出した第１光学素子を複数有し、
前記第２光学シートは、前記第１方向とは反対の第２方向に突出した第２光学素子を複数有し、
前記第３光学シートは、前記第２方向に突出した第３光学素子を複数有する、
面状照明装置。

【請求項2】

前記第２光学素子は、前記第１方向に略直交する面内の第３方向に沿った直線状の稜線を有する三角プリズムであり、
前記第３光学素子は、前記第１方向に略直交する面内で前記第３方向に略直交する第４方向に沿った直線状の稜線を有する三角プリズムである、
請求項１に記載の面状照明装置。

【請求項3】

前記第１光学素子は、前記第４方向に沿った直線状の稜線を有する三角プリズムである、
請求項２に記載の面状照明装置。

【請求項4】

前記第１光学素子は、前記第３方向に沿って複数配置され、
前記第２光学素子は、前記第４方向に沿って複数配置され、
前記第３光学素子は、前記第３方向に沿って複数配置される、
請求項３に記載の面状照明装置。

【請求項5】

前記第１光学素子は、前記第４方向に略直交する断面形状が、前記第１光学素子の稜線を頂点とする二等辺三角形である、
請求項３に記載の面状照明装置。

【請求項6】

前記第１光学素子は、前記二等辺三角形の頂角が７８～８３度である、
請求項５に記載の面状照明装置。

【請求項7】

前記第１光学素子は、四角錐状プリズムである、
請求項２に記載の面状照明装置。

【請求項8】

前記第１光学素子は、前記第３方向に沿った第１底辺と、前記第４方向に沿った第２底辺とを含む底面を有する四角錐状プリズムである、
請求項７に記載の面状照明装置。

【請求項9】

前記第１光学素子は、前記第３方向及び前記第４方向に複数配置され、
前記第２光学素子は、前記第４方向に沿って複数配置され、
前記第３光学素子は、前記第３方向に沿って複数配置される、
請求項７に記載の面状照明装置。

【請求項10】

前記第１光学素子は、前記四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度が７８～８３度である、
請求項７に記載の面状照明装置。

【請求項11】

前記第１光学シートは、前記第２光学シートに垂直方向に入射する光より斜め方向に入射する光が多い輝度分布に配光する、
請求項１に記載の面状照明装置。

【請求項12】

第１光学シートは、入射した光の単峰性の輝度分布を二峰性の輝度分布に変換する、
請求項１に記載の面状照明装置。

【請求項13】

第１光学シートは、入射した光の単峰性の輝度分布を四峰性の輝度分布に変換する、
請求項１に記載の面状照明装置。

【請求項14】

基板に配置された複数の光源と、
前記光源の出射側に配置された第１光学シートと、
前記第１光学シートの出射側に配置された第２光学シートと、
前記第２光学シートの出射側に配置された第３光学シートと、
を備え、
前記第１光学シートは、前記光源から離れる第１方向に突出した四角錐状プリズムである第１光学素子を複数有し、
前記第２光学シートは、前記第１方向に突出した第２光学素子を複数有し、
前記第３光学シートは、前記第１方向に突出した第３光学素子を複数有する、
面状照明装置。

【請求項15】

前記第１光学素子は、前記第１方向に略直交する面内の第２方向に沿った第１底辺と、前記第１方向に略直交する面内で前記第２方向に略直交する第３方向に沿った第２底辺とを含む底面を有する四角錐状プリズムであり、
前記第２光学素子は、前記第２方向に沿った直線状の稜線を有する三角プリズムであり、
前記第３光学素子は、前記第３方向に沿った直線状の稜線を有する三角プリズムである、
請求項１４に記載の面状照明装置。

【請求項16】

前記第１光学素子は、前記第２方向及び前記第３方向に複数配置され、
前記第２光学素子は、前記第３方向に沿って複数配置され、
前記第３光学素子は、前記第２方向に沿って複数配置される、
請求項１５に記載の面状照明装置。

【請求項17】

前記第１光学素子は、前記四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度が１４４～１５７度である、
請求項１４に記載の面状照明装置。

【請求項18】

第１光学シートは、入射した光の輝度分布の半値幅を狭めるように配光する、
請求項１４に記載の面状照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、面状照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ディスプレイ等のバックライトとして用いられる面状照明装置には、高輝度、高コントラスト、高輝度均一性、低消費電力、薄型、ローカルディミング対応といった性能・機能が要求される。これらの性能・機能を直下型のバックライトにて実現するため、各種の技術が提案されている。一例としては、輝度を向上させるため、出射方向に突出した三角プリズムを有する光学シート（輝度向上シート）が利用されている（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２３－１７４２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特にバーチャルリアリティ（ＶＲ）用のバックライトとしては、例えば、液晶の高解像度化や接眼レンズの透過率低減により更なる高輝度化が求められている。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高輝度化を実現することができる面状照明装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、基板に配置された複数の光源と、前記光源の出射側に配置された第１光学シートと、前記第１光学シートの出射側に配置された第２光学シートと、前記第２光学シートの出射側に配置された第３光学シートとを備え、前記第１光学シートは、前記光源に近づく第１方向に突出した第１光学素子を複数有し、前記第２光学シートは、前記第１方向とは反対の第２方向に突出した第２光学素子を複数有し、前記第３光学シートは、前記第２方向に突出した第３光学素子を複数有する。

【0007】

本発明の一態様に係る面状照明装置は、高輝度化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係る面状照明装置の正面図である。

【図2】図２は、実施形態に係る面状照明装置の図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る面状照明装置の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図4】図４は、面状照明装置の部分的な内部構造の斜視図である。

【図5】図５は、面状照明装置の図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【図6】図６は、面状照明装置の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図7】図７は、比較例に対する相対輝度の光学シミュレーション結果である。

【図8A】図８Ａは、面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図8B】図８Ｂは、面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図8C】図８Ｃは、面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図9A】図９Ａは、面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図9B】図９Ｂは、面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図9C】図９Ｃは、面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図10】図１０は、実施形態に係る配光変換シートの作用を説明するための図である。

【図11】図１１は、面状照明装置の図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【図12】図１２は、面状照明装置の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図13】図１３は、面状照明装置の部分的な内部構造の斜視図である。

【図14A】図１４Ａは、変形例１に係る面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図14B】図１４Ｂは、変形例１に係る面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図14C】図１４Ｃは、変形例１に係る面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図15】図１５は、面状照明装置の図１におけるＡ－Ａ断面図である。

【図16】図１６は、面状照明装置の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図17A】図１７Ａは、変形例２に係る面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図17B】図１７Ｂは、変形例２に係る面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図17C】図１７Ｃは、変形例２に係る面状照明装置における輝度分布を示す図である。

【図18】図１８は、配光変換シートに四角錐状プリズムを用いた変形例の比較例に対する相対輝度の光学シミュレーション結果である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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

【0010】

（実施形態）
図１は、実施形態に係る面状照明装置１０の正面図である。説明の便宜上、面状照明装置１の発光面がＸ－Ｙ平面内に対応し、面状照明装置１の厚み方向がＺ方向に対応する。

【0011】

図１において、面状照明装置１０は、略長方形状の板状の外形を有しており、フレーム２１の開口２１ａの内側に液晶パネル２０を備える。なお、面状照明装置１０の外形は図示のものに限られない。

【0012】

図２及び図３を用いて、面状照明装置１０の断面構成について説明する。図２は、実施形態に係る面状照明装置１０の図１におけるＡ－Ａ断面図である。図３は、実施形態に係る面状照明装置１０の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。なお、以下では、図２及び図３におけるＺ軸正方向を単に「上方向」又は「上向き」と記載し、図２及び図３におけるＺ軸負方向を単に「下方向」又は「下向き」と記載する場合がある。

【0013】

図２及び図３において、面状照明装置１０は、基板１１、光源１２、リフレクタ１３、ダイクロイックシート１４、波長変換シート１５、拡散シート１６、配光変換シート１７、輝度向上シート１８、輝度向上シート１９、液晶パネル２０、及びフレーム２１を備える。なお、図２及び図３において、フレーム２１は、断面ではなく、開口２１ａ（図１）の端部が見える状態である。

【0014】

基板１１は、例えば、放熱性に優れたアルミニウム等により形成される。基板１１の上には、適宜に絶縁が施された上で、複数の光源１２が格子状に２次元的に配置される。また、基板１１の光源１２が配置される出射側には、リフレクタ１３が配置される。

【0015】

光源１２は、例えば、青色光を発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。個々の光源１２は、個別に駆動が行われ、いわゆるローカルディミングに対応することができる。光源１２の大きさは、例えば４５０μｍ×２６０μｍであり、個々の光源１２のピッチは、例えば１．５ｍｍ×１．２ｍｍである。

【0016】

リフレクタ１３は、複数の光源１２の個々を囲む４つの反射面１３ａを有する。リフレクタ１３の周縁は、反射面１３ａの高さよりも高い（厚い）枠状となっており、反射面１３ａの先端側には空間が設けられている。なお、反射面１３ａの先端側に空間を設けずに、後述するダイクロイックシート１４に接するまで反射面１３ａが延在するように構成してもよい。リフレクタ１３は、樹脂等により形成される。なお、リフレクタ１３は、省略される場合もある。

【0017】

ダイクロイックシート１４は、リフレクタ１３の出射側に配置され、バンドパスフィルタ機能を有する光学シートである。例えば、ダイクロイックシート１４は、光源１２から発生した青色光を透過させ、後述する波長変換シート１５からの黄色光（緑色光及び赤色光の混合光）を反射するフィルター機能を有する。

【0018】

波長変換シート１５は、ダイクロイックシート１４の出射側に配置され、光源１２から出射した光（一次光）をより長波長の光（二次光）へ波長変換する光学シートである。例えば、波長変換シート１５は、光源１２からの青色光の一部を透過させるとともに、青色光の他の一部を吸収して黄色光（緑色光及び赤色光の混合光）を発光する。

【0019】

例えば、波長変換シート１５は、透明性の高い樹脂（例えばポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂）内に、量子ドット蛍光体が分散した状態で配合されたものである。量子ドット蛍光体は、本実施形態では、光源１２からの青色光を吸収して励起し、約５００ｎｍから約５７０ｎｍの波長領域内の緑色光を放出する緑色量子ドット蛍光体と、約６００ｎｍから約７８０ｎｍの波長領域内の赤色光を放出する赤色量子ドット蛍光体とが所定の割合で配合されたものである。なお、波長変換材料は、所定の波長領域に含まれる一次光を異なる波長領域に含まれる二次光に波長変換可能な材料であれば、量子ドット蛍光体に限定されるものではない。例えば、他の波長変換材料としては、無機蛍光体、有機蛍光体等が適用可能である。

【0020】

拡散シート１６は、波長変換シート１５の出射側に配置され、波長変換シート１５から出射した光を拡散させることにより、面内均一性を向上させる光学シートである。

【0021】

配光変換シート１７は、拡散シート１６の出射側に配置され、光源１２に近づく方向（つまり、Ｚ軸負方向）に突出した三角プリズムを複数有する光学シートである。例えば、配光変換シート１７の三角プリズムは、Ｙ軸方向に沿った直線状の稜線を有し、Ｘ軸方向に沿って複数配置される。この三角プリズムは、図２に示すＸ－Ｚ平面（Ｙ軸方向に略直交する面）における断面形状が、稜線を頂点とする二等辺三角形である。この二等辺三角形の頂角は、後述するように約８０度が好適である。また、個々の三角プリズムのピッチは、例えば１００μｍである。なお、三角プリズムは、光学素子の一例である。

【0022】

輝度向上シート１８は、配光変換シート１７の出射側に配置され、光源１２から離れる方向（つまり、Ｚ軸方向）に突出した三角プリズムを複数有する光学シートである。例えば、輝度向上シート１８の三角プリズムは、Ｘ軸方向に沿った直線状の稜線を有し、Ｙ軸方向に沿って複数配置される。この三角プリズムは、図３に示すＹ－Ｚ平面（Ｘ軸方向に略直交する面）における断面形状が、稜線を頂点とする二等辺三角形である。この二等辺三角形の頂角は、約９０度である。また、個々の三角プリズムのピッチは、例えば２５μｍである。

【0023】

輝度向上シート１９は、輝度向上シート１８の出射側に配置され、光源１２から離れる方向（つまり、Ｚ軸方向）に突出した三角プリズムを複数有する光学シートである。例えば、輝度向上シート１９の三角プリズムは、Ｙ軸方向に沿った直線状の稜線を有し、Ｘ軸方向に沿って複数配置される。この三角プリズムは、図２に示すＸ－Ｚ平面（Ｙ軸方向に略直交する面）における断面形状が、稜線を頂点とする二等辺三角形である。この二等辺三角形の頂角は、約９０度である。また、個々の三角プリズムのピッチは、例えば２５μｍである。すなわち、輝度向上シート１９は、輝度向上シート１８と同様の構成のプリズムシートを、プリズムの稜線の延びる方向が輝度向上シート１８に対して直交するように配置したものである。

【0024】

なお、配光変換シート１７、輝度向上シート１８、及び輝度向上シート１９に形成される複数の三角プリズムは、互いの三角プリズムの間に平坦（Ｘ－Ｙ平面に平行）な部位が形成されないように連続的に配置される。

【0025】

液晶パネル２０は、画像を表示する表示パネルである。液晶パネル２０は、Ｘ－Ｙ平面に沿って２次元的に配列された複数の液晶素子を有し、表示対象となる画像の模様に応じて各液晶素子を透過する光を制御することで、画像を表示させる。

【0026】

図４は、面状照明装置１０の部分的な内部構造の斜視図である。図４において、拡散シート１６、配光変換シート１７、輝度向上シート１８、及び輝度向上シート１９は、順に積み重なる形で載置される。

【0027】

実施形態に係る配光変換シート１７は、上向きの三角プリズムを有する輝度向上シート１８及び輝度向上シート１９とは異なり、下向きの三角プリズムを有する。また、配光変換シート１７は、下向きの三角プリズムの稜線が、輝度向上シート１９（一対の輝度向上シートのうち、出射側に配置される輝度向上シート）の三角プリズムの稜線と平行になるように配置される。この結果、実施形態に係る面状照明装置１０は、高輝度化を実現することができる。

【0028】

ここで、実施形態に係る面状照明装置１０の輝度向上効果を、比較例に係る面状照明装置３０と対比して説明する。面状照明装置３０の構成は、配光変換シート１７に替えて拡散シート２２が備えられる点を除き、面状照明装置１０の構成と同様である。つまり、面状照明装置３０の正面図は、図１に示した面状照明装置１０の正面図と同様であるので、説明を省略する。

【0029】

図５及び図６を用いて、面状照明装置３０の断面構成について説明する。図５は、面状照明装置３０の図１におけるＡ－Ａ断面図である。図６は、面状照明装置３０の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。なお、図５及び図６において、図２及び図３に示した構成と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略するものとする。

【0030】

図５及び図６において、面状照明装置３０は、基板１１、光源１２、リフレクタ１３、ダイクロイックシート１４、波長変換シート１５、拡散シート１６、拡散シート２２、輝度向上シート１８、輝度向上シート１９、液晶パネル２０、及びフレーム２１を備える。ここで、拡散シート２２の構成は、拡散シート１６の構成と同様である。

【0031】

図７は、比較例に対する相対輝度の光学シミュレーション結果である。図７において、縦軸の「相対輝度」は、面状照明装置３０のバックライト（ＢＬ）輝度に対する面状照明装置１０のＢＬ輝度の比率を示す。横軸の「頂角」は、配光変換シート１７の三角プリズムの頂角の大きさを示す。「ＰＣ」は、配光変換シート１７がポリカーボネート樹脂製である場合を示す。「ＰＭＭＡ」は、配光変換シート１７がポリメタクリル酸メチル樹脂製である場合を示す。「上」は、配光変換シート１７が上向きの三角プリズムを有する場合を示す。「下」は、配光変換シート１７が下向きの三角プリズムを有する場合を示す。「０」は、配光変換シート１７の三角プリズムの稜線及び輝度向上シート１９の三角プリズムの稜線のＸ－Ｙ平面における角度差が０度である場合を示す。「９０」は、配光変換シート１７の三角プリズムの稜線及び輝度向上シート１９の三角プリズムの稜線のＸ－Ｙ平面における角度差が９０度である場合を示す。

【0032】

図７に示すように、「ＰＭＭＡ＿下０」及び「ＰＣ＿下０」の配光変換シート１７の三角プリズムの頂角が７８度～８３度である場合に、良好な相対輝度の値が得られた。また、この頂角が約８０度である場合に、特に良好な相対輝度の値が得られた。

【0033】

表１は、面状照明装置１０及び面状照明装置３０の輝度特性を実際に評価した評価結果である。

【0034】

【表1】

【0035】

表１において、ＢＬ輝度は、バックライトからの出射光の輝度（中心輝度）を表す。光学効率は、光源からの光がバックライトからの出射光としてどの程度効率よく利用されたかを示す。配光角度は、バックライトからの出射光の輝度分布の半値幅を示す。ＬＣＤ輝度は、液晶パネルからの出射光の輝度を表す。

【0036】

表１の結果から、面状照明装置１０は、面状照明装置３０と比較して光学効率が上昇するとともに光源からの光を適切に集光できたことにより、ＢＬ輝度及びＬＣＤ輝度が上昇したことが示唆された。

【0037】

図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、面状照明装置３０における（最大値を１００とする相対）輝度分布を示す図である。図８Ａは、面状照明装置３０の拡散シート２２から出射される光の輝度分布を示す図である。図８Ｂは、面状照明装置３０の輝度向上シート１８から出射される光の輝度分布を示す図である。図８Ｃは、面状照明装置３０の輝度向上シート１９から出射される光の輝度分布を示す図である。なお、輝度分布の円状グラフは、その中心が光源１２の発光面の法線方向（仰角０度）で測定された輝度を示し、円状グラフの中心から離れるにしたがって、大きな仰角で測定された輝度を示している。なお、仰角の最小値は０度であり、仰角の最大値は９０度である。円状グラフにおける０Ｌと１８０Ｌとを結ぶ方向はＸ軸方向に相当し、円状グラフにおける９０Ｌと２７０Ｌとを結ぶ方向はＹ軸方向に相当し、円状グラフの法線方向はＺ軸方向に相当する。

【0038】

図８Ａにおいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに均一に分散された単峰性の輝度分布が測定された。これは、拡散シート２２が、拡散シート１６からの光に対して等方的な拡散作用を付与したことを示す。

【0039】

図８Ｂにおいて、図８Ａの輝度分布と比較して、Ｙ軸方向に集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｘ軸方向に沿った稜線を有する輝度向上シート１８の三角プリズムが、拡散シート２２からの光に対してＹ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0040】

図８Ｃにおいて、図８Ｂの輝度分布と比較して、Ｘ軸方向に集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｙ軸方向に沿った稜線を有する輝度向上シート１９の三角プリズムが、輝度向上シート１８からの光に対してＸ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0041】

図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃは、面状照明装置１０における（最大値を１００とする相対）輝度分布を示す図である。図９Ａは、面状照明装置１０の配光変換シート１７から出射される光の輝度分布を示す図である。図９Ｂは、面状照明装置１０の輝度向上シート１８から出射される光の輝度分布を示す図である。図９Ｃは、面状照明装置１０の輝度向上シート１９から出射される光の輝度分布を示す図である。なお、輝度分布の円状グラフの描出方法は、図８Ａ～図８Ｃと同様である。

【0042】

図９Ａにおいて、Ｘ軸方向に配光された二峰性の輝度分布が測定された。これは、配光変換シート１７の、下向きでＹ軸方向に沿った稜線を有する三角プリズムが、拡散シート１６からの単峰性の光に対して、Ｘ軸方向の配光作用を付与したことを示す。つまり、配光変換シート１７は、入射した光の単峰性の輝度分布をＸ軸方向に対して二峰性の輝度分布に変換することを示す。

【0043】

図９Ｂにおいて、図９Ａの輝度分布と比較して、Ｙ軸方向に集光された二峰性の輝度分布が測定された。これは、輝度向上シート１８の、上向きでＸ軸方向に沿った稜線を有する三角プリズムが、配光変換シート１７からの光に対してＹ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0044】

図９Ｃにおいて、図９Ｂの輝度分布と比較して、Ｘ軸方向に集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、輝度向上シート１９の、上向きでＹ軸方向に沿った稜線を有する三角プリズムが、輝度向上シート１８からの光に対してＸ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0045】

ここで、図９Ｃの輝度分布は、図８Ｃの輝度分布と比較して半値幅が狭く、輝度ピークが高い（表１参照）。この結果から、面状照明装置１０は、面状照明装置３０と比較して光源からの光を適切に集光できたことにより、輝度が上昇したことが示唆された。

【0046】

図１０は、実施形態に係る配光変換シート１７の作用を説明するための図である。図１０には、輝度向上シート１８における光の屈折の様子を示す。なお、輝度向上シート１９は、三角プリズムの配置方向が異なる点を除き、輝度向上シート１８と同様であるので説明を省略する。

【0047】

図１０に示すように、輝度向上シート１８は、輝度向上シート１８に上方向に入射する光を下方向に二重反射（再帰反射）させる一方で、斜め方向に入射する光を三角プリズムから屈折されて上方向に出射することにより、輝度を向上させることが知られている。実施形態に係る配光変換シート１７は、輝度向上シート１８に垂直方向（上方向）に入射する光より斜め方向に入射する光が多い輝度分布に配光する（あるいは、配光変換シート１７は、垂直（上方向）に入射する光を、三角プリズムを構成する一対の傾斜面によって、一対の斜め方向に屈折させる）。これにより、実施形態に係る面状照明装置１０は、輝度向上シート１８によって下方向に二重反射される光より、屈折されて上方向に出射する光を増加させることで、輝度を向上させるものと考えられる。例えば、面状照明装置１０は、ＶＲ用のバックライトの高輝度化を実現することができる。

【0048】

なお、実施形態に係る面状照明装置１０は、ＶＲ用のバックライト以外にも、様々な用途のバックライトにも広く適用可能である。

【0049】

（変形例１）
上記の実施形態では、配光変換シート１７が下方向に突出した三角プリズムを有する場合を説明したが、これに限定されるものではない。変形例１に係る面状照明装置４０は、配光変換シート１７に替えて、下方向に突出した四角錐状プリズムを有する配光変換シート２３を備える。

【0050】

面状照明装置４０の構成は、配光変換シート１７に替えて配光変換シート２３が備えられる点を除き、面状照明装置１０の構成と同様である。つまり、面状照明装置４０の正面図は、図１に示した面状照明装置１０の正面図と同様であるので、説明を省略する。

【0051】

図１１及び図１２を用いて、面状照明装置４０の断面構成について説明する。図１１は、面状照明装置４０の図１におけるＡ－Ａ断面図である。図１２は、面状照明装置４０の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。なお、図１１及び図１２において、図２及び図３に示した構成と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略するものとする。

【0052】

図１１及び図１２において、面状照明装置４０は、基板１１、光源１２、リフレクタ１３、ダイクロイックシート１４、波長変換シート１５、拡散シート１６、配光変換シート２３、輝度向上シート１８、輝度向上シート１９、液晶パネル２０、及びフレーム２１を備える。

【0053】

配光変換シート２３は、拡散シート１６の出射側に配置され、光源１２に近づく方向（つまり、Ｚ軸負方向）に突出した四角錐状プリズムを複数有する光学シートである。例えば、配光変換シート２３の四角錐状プリズムは、Ｘ軸方向に沿った底辺と、Ｙ軸方向に沿った底辺とを含む底面を有する。この四角錐状プリズムは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に複数配置される。この四角錐状プリズムは、四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度が７８度～８３度であり、より好ましくは約８０度である。配光変換シート２３の四角錐状プリズムの好適な突出方向および角度については、根拠となるデータを用いて後述する。また、個々の四角錐状プリズムのピッチは、例えば１００μｍ×１００μｍである。なお、四角錐状プリズムは、光学素子の一例である。

【0054】

図１３は、面状照明装置４０の部分的な内部構造の斜視図である。図１３において、拡散シート１６、配光変換シート２３、輝度向上シート１８、及び輝度向上シート１９は、順に積み重なる形で載置される。すなわち、変形例１に係る配光変換シート２３は、下向きの四角錐状プリズムを有する。この結果、変形例１に係る面状照明装置１０は、高輝度化を実現することができる。

【0055】

図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃは、変形例１に係る面状照明装置４０における（最大値を１００とする相対）輝度分布を示す図である。図１４Ａは、面状照明装置４０の配光変換シート２３から出射される光の輝度分布を示す図である。図１４Ｂは、面状照明装置４０の輝度向上シート１８から出射される光の輝度分布を示す図である。図１４Ｃは、面状照明装置４０の輝度向上シート１９から出射される光の輝度分布を示す図である。なお、輝度分布の円状グラフの描出方法は、図８Ａ～図８Ｃと同様である。

【0056】

図１４Ａにおいて、Ｘ軸方向に配光された四峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って並ぶ配光変換シート２３の四角錐状プリズムが、拡散シート１６からの単峰性の光に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の配光作用を付与したことを示す。つまり、配光変換シート２３は、入射した光の単峰性の輝度分布を四峰性（Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対してそれぞれ二峰性）の輝度分布に変換することを示す。

【0057】

図１４Ｂにおいて、図１４Ａの輝度分布と比較して、Ｙ軸方向に集光された二峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｘ軸方向に沿った稜線を有する輝度向上シート１８の三角プリズムが、配光変換シート２３からの光に対してＹ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0058】

図１４Ｃにおいて、図１４Ｂの輝度分布と比較して、Ｘ軸方向に集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｙ軸方向に沿った稜線を有する輝度向上シート１９の三角プリズムが、輝度向上シート１８からの光に対してＸ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0059】

ここで、図１４Ｃの輝度分布は、図８Ｃの輝度分布と比較して半値幅が狭く、輝度ピークが高い。この結果から、面状照明装置４０は、面状照明装置３０と比較して光源からの光を適切に集光できたことにより、輝度が上昇したことが示唆された。なお、図１４Ｃの輝度分布や図８Ｃの輝度分布の半値幅や輝度ピークに関する具体的なデータについては、後述する。

【0060】

（変形例２）
上記の変形例１では、配光変換シート２３が下方向に突出した四角錐状プリズムを有する場合を説明したが、これに限定されるものではない。変形例２に係る面状照明装置５０は、配光変換シート２３に替えて、上方向に突出した四角錐状プリズムを有する配光変換シート２４を備える。

【0061】

面状照明装置５０の構成は、配光変換シート２３に替えて配光変換シート２４が備えられる点を除き、面状照明装置４０の構成と同様である。つまり、面状照明装置５０の正面図は、図１に示した面状照明装置１０の正面図と同様であるので、説明を省略する。

【0062】

図１５及び図１６を用いて、面状照明装置５０の断面構成について説明する。図１５は、面状照明装置５０の図１におけるＡ－Ａ断面図である。図１６は、面状照明装置５０の図１におけるＢ－Ｂ断面図である。なお、図１５及び図１６において、図２及び図３に示した構成と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略するものとする。

【0063】

図１５及び図１６において、面状照明装置５０は、基板１１、光源１２、リフレクタ１３、ダイクロイックシート１４、波長変換シート１５、拡散シート１６、配光変換シート２４、輝度向上シート１８、輝度向上シート１９、液晶パネル２０、及びフレーム２１を備える。

【0064】

配光変換シート２４は、拡散シート１６の出射側に配置され、光源１２から離れる方向（つまり、Ｚ軸方向）に突出した四角錐状プリズムを複数有する光学シートである。例えば、配光変換シート２４の四角錐状プリズムは、Ｘ軸方向に沿った底辺と、Ｙ軸方向に沿った底辺とを含む底面を有する。この四角錐状プリズムは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に複数配置される。この四角錐状プリズムは、四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度が１４４～１５７度であり、より好ましくは約１４７度である。配光変換シート２４の四角錐状プリズムの好適な突出方向および角度については、根拠となるデータを用いて後述する。また、個々の四角錐状プリズムのピッチは、例えば１００μｍ×１００μｍである。なお、四角錐状プリズムは、光学素子の一例である。

【0065】

すなわち、変形例２に係る面状照明装置５０において、拡散シート１６、配光変換シート２４、輝度向上シート１８、及び輝度向上シート１９は、順に積み重なる形で載置される。変形例２に係る配光変換シート２４は、上向きの四角錐状プリズムを有する。この結果、変形例２に係る面状照明装置５０は、高輝度化を実現することができる。

【0066】

図１７Ａ、図１７Ｂ、及び図１７Ｃは、変形例２に係る面状照明装置５０における（最大値を１００とする相対）輝度分布を示す図である。図１７Ａは、面状照明装置５０の配光変換シート２４から出射される光の輝度分布を示す図である。図１７Ｂは、面状照明装置５０の輝度向上シート１８から出射される光の輝度分布を示す図である。図１７Ｃは、面状照明装置５０の輝度向上シート１９から出射される光の輝度分布を示す図である。なお、輝度分布の円状グラフの描出方法は、図８Ａ～図８Ｃと同様である。

【0067】

図１７Ａにおいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って並ぶ配光変換シート２４の四角錐状プリズムが、拡散シート１６からの単峰性の光に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の集光作用を付与したことを示す。つまり、配光変換シート２４は、輝度向上シート１８へ入射する光の方向を垂直方向に近づけるように配光することを示す。また、配光変換シート２４は、入射した光の輝度分布の半値幅を狭めるように配光することを示す。

【0068】

図１７Ｂにおいて、図１７Ａの輝度分布と比較して、Ｙ軸方向に集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｘ軸方向に沿った稜線を有する輝度向上シート１８の三角プリズムが、配光変換シート２４からの光に対してＹ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0069】

図１７Ｃにおいて、図１７Ｂの輝度分布と比較して、Ｘ軸方向に集光された単峰性の輝度分布が測定された。これは、Ｙ軸方向に沿った稜線を有する輝度向上シート１９の三角プリズムが、輝度向上シート１８からの光に対してＸ軸方向における集光作用を付与したことを示す。

【0070】

ここで、図１７Ｃの輝度分布は、図８Ｃの輝度分布と比較して半値幅が狭く、輝度ピークが高い。この結果から、変形例２に係る面状照明装置５０は、面状照明装置３０と比較して光源からの光を適切に集光できたことにより、輝度が上昇したことが示唆された。なお、図１７Ｃの輝度分布や図８Ｃの輝度分布の半値幅や輝度ピークに関する具体的なデータについては、後述する。

【0071】

まず、図１８を用いて、四角錐状プリズムの好適な突出方向および角度について説明する。図１８は、配光変換シートに四角錐状プリズムを用いた変形例の比較例に対する相対輝度の光学シミュレーション結果である。図１８において、縦軸の「相対輝度」は、比較例である面状照明装置３０のバックライト（ＢＬ）輝度に対する、配光変換シートに四角錐状プリズムを用いた変形例の面状照明装置のＢＬ輝度の比率を示す。横軸の「頂角」は、四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度を示す。「ＰＣ」は、配光変換シートがポリカーボネート樹脂製である場合を示す。「ＰＭＭＡ」は、配光変換シートがポリメタクリル酸メチル樹脂製である場合を示す。「上」は、配光変換シートが上向きの四角錐状プリズムを有する場合を示す。「下」は、配光変換シートが下向きの四角錐状プリズムを有する場合を示す。「０」は、配光変換シートの四角錐状プリズムの底面が、Ｘ軸方向に沿った底辺と、Ｙ軸方向に沿った底辺とで形成される場合を示す。「４５」は、配光変換シートの四角錐状プリズムの底面が、「０」である場合の底面をＸ－Ｙ平面において４５度回転させた配置となっている場合を示す。

【0072】

図１８に示すように、「ＰＭＭＡ＿下０」および「ＰＣ＿下０」の配光変換シートの四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度が７８度～８３度である場合に、良好な相対輝度の値が得られた。また、この角度が約８０度である場合に、特に良好な相対輝度の値が得られた。「ＰＭＭＡ＿下０」または「ＰＣ＿下０」で角度が約８０度の四角錐状プリズムを有する配光変換シートが、上述した変形例１の面状照明装置４０の配光変換シート２３に対応する。

【0073】

また、図１８に示すように、「ＰＭＭＡ＿上０」、「ＰＭＭＡ＿上４５」、「ＰＣ＿上０」、「ＰＣ＿上４５」の配光変換シートの四角錐状プリズムを構成する４つの側面のうち、頂点を挟んで対向する２側面のなす角度が１４４度～１５７度である場合に、良好な相対輝度の値が得られた。また、この角度が約１４７度である場合に、特に良好な相対輝度の値が得られた。すなわち、角度が１４４度～１５７度の上向きの四角錐状プリズムを有する配光変換シートでは、四角錐の回転角度が０度でも４５度でも輝度の向上が確認できた。

【0074】

「ＰＭＭＡ＿上０」または「ＰＣ＿上０」で角度が約１４７度の四角錐状プリズムを有する配光変換シートが、上述した変形例２の面状照明装置５０の配光変換シート２４に対応する。ただし、「ＰＭＭＡ＿上４５」または「ＰＣ＿上４５」で角度が約１４７度の四角錐状プリズムを有する配光変換シートも、変形例２の面状照明装５０の配光変換シート２４として適用可能である。

【0075】

ここで、変形例２の配光変換シート２４についてより詳細に説明すると、図１８に示すように、ＰＣよりＰＭＭＡの方が、若干、輝度改善効果が高い。ＰＭＭＡでは、相対輝度が１１０％以上となる角度領域は１４４度～１５３度である。また、ＰＣでは、相対輝度１０８％以上となる角度領域は１４７度～１５７度である。

【0076】

続いて、比較例に対する変形例１および変形例２の輝度分布の半値幅および輝度ピークについて、表２を用いて説明する。表２では、実施形態の輝度分布についても併せて示している。表２は、面状照明装置３０（比較例）、面状照明装置１０（実施形態）、面状照明装置４０（変形例１）、面状照明装置５０（変形例２）の輝度特性をシミュレーションにより評価した評価結果である。なお、実施形態については、表１は実測の結果であり、表２はシミュレーションの結果であるため、値が少し異なっている。

【0077】

【表2】