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技術 照明装置これが備える光制御部材及びこれを用いた画像表示装置

出願人 株式会社クラレ
発明者 神田毅
出願日 2005年10月11日 (13年10ヶ月経過) 出願番号 2005-296582
公開日 2007年4月26日 (12年3ヶ月経過) 公開番号 2007-109435
状態 未査定
技術分野 液晶4(光学部材との組合せ) 他類に属しない非携帯用照明装置、その系 面状発光モジュール 液晶4(光学部材との組合せ)
主要キーワード 真上領域 代表寸法 方向ストライプ 立体形 長さの表示 楕円弧状 ウレタン系インク 主面サイズ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

光源位置の調整が不要となり、ランプイメージを解消し、出射面内における輝度均一化に優れた照明装置及び画像表示装置を得る。

解決手段

入射面と出射面とを備えた光制御部材は、線状光源に対向し該線状光源からの光を受光する入射面は表面に前記光源からの光の5〜20%が光源側に反射するよう反射部材を形成しており、任意の光源Mとその最近傍にある別の光源Nとの間の距離をD、光源Mと光制御部材との距離をHとした場合、入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してα=Tan-1{(D/2)/H}の角度で入射した光の全光線透過率は50%以上であり、かつ、入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の1.05倍〜3倍である。出射面上には複数の凸部を形成し、入射角度αで入射した光の10〜50%は、出射角度−15°〜+15°で出射する。

概要

背景

画像表示装置用照明装置を例にすると、導光板側端に配した光源の光を導光板で正面方向に誘導し、拡散シートで均一化するエッジライト方式と、照明面の裏側に光源を配し、光を光拡散板で均一化する直下方式が挙げられる。
直下方式は、光源を装置の背面に備えることから厚さが厚くなる傾向があり、このため、携帯電話モバイルパソコンなどの薄さを要求される分野では、光源を側端に備えることで有利となるエッジライト方式が主流であった。

一方で、近年、テレビパソコンモニターなどの市場を中心にディスプレイの大型化および高輝度化の要求が高まってきた。特にディスプレイの大型化に伴い、上記エッジライト方式では、光源を配置できる周辺部の長さの表示面積に対する割合が減少して、光量が不足するため、充分な輝度を得ることができない。
そこで、面光源上に複数の輝度向上のためのフィルムを配置して、光の利用効率を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

しかしながら、輝度向上フィルムは、コストアップに繋がること、また使用するフィルムの数が多くなることから、生産性薄型化の観点から必ずしも有利とはいえない。また、エッジライト方式ではディスプレイの大型化に伴い導光板の重量が増加するといった問題もある。このように、エッジライト方式では、近年のディスプレイの大型化、高輝度化のといった市場の要求に応えることは困難となってきた。

そこで、複数光源による直下方式が注目されている。この方式は、光源から放射される光の利用効率、即ち光源から放射される光束のうち発光面から放射される光束の割合が高く、かつ、光源の数を自由に増加させることができる。
すなわち、光量を自由に増加させることができるため、要求される高輝度が容易に得られ、また、大型化による輝度低下や輝度均一性の低下がない。さらに、光を正面に向ける導光板が不要となるため、軽量化を図ることができる。
また、他の照明装置として、例えば照明看板などでは、構成が単純であり、輝度向上のためのフィルムなどを用いることなく、容易に高輝度が得られることから、複数光源による直下方式が主流である。

しかしながら、直下方式では、ランプイメージの解消、薄型化、省エネルギーといった独特の課題を解決しなければならない。特に、前記ランプイメージは、エッジライト方式よりもはるかに顕著な輝度ムラとして現れる。このため、従来、エッジライト方式で用いられてきた手段、即ち、フィルム表面に拡散材を塗布した拡散フィルムなどの手段では、ランプイメージの解消が困難である。

そこで、拡散材を含有した光拡散板が広く用いられている。この方式では、たとえば、図17に示すように、背面側に反射板を配置した光源の前面側に光拡散板を設置している。そして、良好な拡散性光利用効率を得るために、メタクリル系樹脂ポリカーボネート系樹脂スチレン系樹脂塩化ビニル系樹脂等の基材樹脂に、無機微粒子架橋有機微粒子光拡散材として配合して、光拡散板を作製する方法(例えば、特許文献2参照)が検討されている。

しかし、これら拡散材を用いる方法では拡散材への光の吸収や、不要な方向への光の拡散のため光の利用効率が低下し省エネルギーの観点から好ましくない。また、光源を近接して多数配置することでランプイメージは軽減できるが、消費電力が増加する問題がある。

一方、反射板に独特の形状をもたせて、ランプイメージを消去する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかし、反射板形状と光源との位置合わせが必要であること、反射板の形状のため、薄型化が阻害される場合があること、などから好ましくない。

また、光源に対向して反射性部材を設置する方法(例えば、特許文献4参照)、光源ごとに、例えばフレネルレンズのような光線方向変換素子を配す方法など(例えば、特許文献5参照)も提案されているが、特許文献3に記載の方法と同様に、前記部材と光源との正確な位置合わせが必要であることから、生産性が劣るといった課題が生じる。

型照明装置においては、携帯電話やモバイルパソコンなどに比べて、薄型化についての要求は厳しくないため、光源と光拡散板との距離を短くすることや、光学フィルム枚数削減などで対応できる。

また、省エネルギーを実現するには、光利用効率を高めることが必要である。直下方式は、前述のように光源本数を増やすことができ、高輝度を得ることが容易であるが、省エネルギーの視点からは、ランプイメージ解消のために大量の拡散材を用いるなどの、光利用効率を大きく下げる手段によることは避けなければならない。

従来技術による光拡散板は、押出法射出成形法により透明基材樹脂中に、光拡散材微粒子練り込んだ単純な光拡散方式であり、その光学性能としては輝度ムラ(光源の透過残像イメージ)は実用レベルだが、視野角の制御が困難であるという問題があった。また光拡散材微粒子の分散不良を防ぐため、成形条件を検討する必要があり、結果として生産性を高めることが困難であった。
そこで、分散不良の原因となる光拡散材微粒子の使用を回避、または著しく削減しつつ、輝度ムラの解消と視野角特性の改善を図ることを目的とする。

特開平2−17号公報
特開昭54−155244号公報
特許2852424号公報
特開2000−338895号公報
特開2002−352611号公報

概要

光源位置の調整が不要となり、ランプイメージを解消し、出射面内における輝度均一化に優れた照明装置及び画像表示装置を得る。入射面と出射面とを備えた光制御部材は、線状光源に対向し該線状光源からの光を受光する入射面は表面に前記光源からの光の5〜20%が光源側に反射するよう反射部材を形成しており、任意の光源Mとその最近傍にある別の光源Nとの間の距離をD、光源Mと光制御部材との距離をHとした場合、入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してα=Tan-1{(D/2)/H}の角度で入射した光の全光線透過率は50%以上であり、かつ、入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の1.05倍〜3倍である。出射面上には複数の凸部を形成し、入射角度αで入射した光の10〜50%は、出射角度−15°〜+15°で出射する。

目的

そこで、本発明は、出射面における輝度が高く、かつ、光利用効率が高く、大型化に伴う部材の光学設計変更や輝度低下や輝度均一性低下がないことから大型化への対応が容易で、光源と他の部材の厳密な位置合わせをすることなくランプイメージが解消され、光源と他の部材を近づけたりフィルム構成単純化したりするという薄型化にも対応できる、複数光源直下方式の照明装置これが備える光制御部材およびこれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式照明装置であって、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源及び光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、線状光源に対向し該線状光源からの光を受光する入射面は表面に反射部材を形成しており、前記光源からの光の5〜20%が光源側に反射し、任意の光源Mとその最近傍にある別の光源Nとの間の距離をD、該光源Mと前記光制御部材との距離をHとした場合、前記入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してα=Tan-1{(D/2)/H}の角度で入射した光の全光線透過率が50%以上であり、かつ、該全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の1.05倍〜3倍であることを特徴とする照明装置。

請求項2

前記反射部材が前記入射面に塗工した拡散性反射インクで、該反射部材の入射光に対する実行反射率が90%以上であり、かつ、前記入射面の前記拡散性反射インクが塗工されていない部分の該入射面に対する表面積の割合である開孔率が、85%以上95%以下であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。

請求項3

前記反射部材がストライプ状の反射パターン印刷で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。

請求項4

前記光制御部材の出射面に平行な複数の畝状凸部を有しており、前記畝状凸部の長手方向がY方向に平行であり、反射パターン印刷のストライプの長手方向が、前記Y方向に垂直なX方向に平行方向であることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。

請求項5

前記光制御部材の出射面に平行な複数の畝状凸部を有しており、前記畝状凸部の長手方向がY方向に平行であり、前記反射パターン印刷のストライプの長手方向が、前記Y方向に平行であり、かつ、前記ストライプの幅が前記出射面の上凸部のX方向の幅の1/10以上でかつ1/5以内であることを特徴とする請求項3に記載の照明装置。

請求項6

前記反射パターン印刷がドット状であり、かつ、ドットの代表寸法が前記出射面の畝上凸部の間隔の1/30から1/10以内であることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。

請求項7

請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明装置が備える光制御部材。

請求項8

請求1〜6のいずれか1項に記載の上記照明装置上に透過型表示素子を設けたことを特徴とする画像表示装置

技術分野

0001

本発明は、複数の光源を有する照明装置及びこれを用いた画像表示装置に関するものであり、特に、大型で高輝度輝度均一性が要求される照明看板装置液晶ディスプレイ装置等に好適に用いられる直下方式の照明装置これが備える光制御部材及びこれを用いた画像表示装置に関するものである。

背景技術

0002

画像表示装置用の照明装置を例にすると、導光板側端に配した光源の光を導光板で正面方向に誘導し、拡散シートで均一化するエッジライト方式と、照明面の裏側に光源を配し、光を光拡散板で均一化する直下方式が挙げられる。
直下方式は、光源を装置の背面に備えることから厚さが厚くなる傾向があり、このため、携帯電話モバイルパソコンなどの薄さを要求される分野では、光源を側端に備えることで有利となるエッジライト方式が主流であった。

0003

一方で、近年、テレビパソコンモニターなどの市場を中心にディスプレイの大型化および高輝度化の要求が高まってきた。特にディスプレイの大型化に伴い、上記エッジライト方式では、光源を配置できる周辺部の長さの表示面積に対する割合が減少して、光量が不足するため、充分な輝度を得ることができない。
そこで、面光源上に複数の輝度向上のためのフィルムを配置して、光の利用効率を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。

0004

しかしながら、輝度向上フィルムは、コストアップに繋がること、また使用するフィルムの数が多くなることから、生産性薄型化の観点から必ずしも有利とはいえない。また、エッジライト方式ではディスプレイの大型化に伴い導光板の重量が増加するといった問題もある。このように、エッジライト方式では、近年のディスプレイの大型化、高輝度化のといった市場の要求に応えることは困難となってきた。

0005

そこで、複数光源による直下方式が注目されている。この方式は、光源から放射される光の利用効率、即ち光源から放射される光束のうち発光面から放射される光束の割合が高く、かつ、光源の数を自由に増加させることができる。
すなわち、光量を自由に増加させることができるため、要求される高輝度が容易に得られ、また、大型化による輝度低下や輝度均一性の低下がない。さらに、光を正面に向ける導光板が不要となるため、軽量化を図ることができる。
また、他の照明装置として、例えば照明看板などでは、構成が単純であり、輝度向上のためのフィルムなどを用いることなく、容易に高輝度が得られることから、複数光源による直下方式が主流である。

0006

しかしながら、直下方式では、ランプイメージの解消、薄型化、省エネルギーといった独特の課題を解決しなければならない。特に、前記ランプイメージは、エッジライト方式よりもはるかに顕著な輝度ムラとして現れる。このため、従来、エッジライト方式で用いられてきた手段、即ち、フィルム表面に拡散材を塗布した拡散フィルムなどの手段では、ランプイメージの解消が困難である。

0007

そこで、拡散材を含有した光拡散板が広く用いられている。この方式では、たとえば、図17に示すように、背面側に反射板を配置した光源の前面側に光拡散板を設置している。そして、良好な拡散性光利用効率を得るために、メタクリル系樹脂ポリカーボネート系樹脂スチレン系樹脂塩化ビニル系樹脂等の基材樹脂に、無機微粒子架橋有機微粒子光拡散材として配合して、光拡散板を作製する方法(例えば、特許文献2参照)が検討されている。

0008

しかし、これら拡散材を用いる方法では拡散材への光の吸収や、不要な方向への光の拡散のため光の利用効率が低下し省エネルギーの観点から好ましくない。また、光源を近接して多数配置することでランプイメージは軽減できるが、消費電力が増加する問題がある。

0009

一方、反射板に独特の形状をもたせて、ランプイメージを消去する方法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかし、反射板形状と光源との位置合わせが必要であること、反射板の形状のため、薄型化が阻害される場合があること、などから好ましくない。

0010

また、光源に対向して反射性部材を設置する方法(例えば、特許文献4参照)、光源ごとに、例えばフレネルレンズのような光線方向変換素子を配す方法など(例えば、特許文献5参照)も提案されているが、特許文献3に記載の方法と同様に、前記部材と光源との正確な位置合わせが必要であることから、生産性が劣るといった課題が生じる。

0011

型照明装置においては、携帯電話やモバイルパソコンなどに比べて、薄型化についての要求は厳しくないため、光源と光拡散板との距離を短くすることや、光学フィルム枚数削減などで対応できる。

0012

また、省エネルギーを実現するには、光利用効率を高めることが必要である。直下方式は、前述のように光源本数を増やすことができ、高輝度を得ることが容易であるが、省エネルギーの視点からは、ランプイメージ解消のために大量の拡散材を用いるなどの、光利用効率を大きく下げる手段によることは避けなければならない。

0013

従来技術による光拡散板は、押出法射出成形法により透明基材樹脂中に、光拡散材微粒子練り込んだ単純な光拡散方式であり、その光学性能としては輝度ムラ(光源の透過残像イメージ)は実用レベルだが、視野角の制御が困難であるという問題があった。また光拡散材微粒子の分散不良を防ぐため、成形条件を検討する必要があり、結果として生産性を高めることが困難であった。
そこで、分散不良の原因となる光拡散材微粒子の使用を回避、または著しく削減しつつ、輝度ムラの解消と視野角特性の改善を図ることを目的とする。

0014

特開平2−17号公報
特開昭54−155244号公報
特許2852424号公報
特開2000−338895号公報
特開2002−352611号公報

発明が解決しようとする課題

0015

そこで、本発明は、出射面における輝度が高く、かつ、光利用効率が高く、大型化に伴う部材の光学設計変更や輝度低下や輝度均一性低下がないことから大型化への対応が容易で、光源と他の部材の厳密な位置合わせをすることなくランプイメージが解消され、光源と他の部材を近づけたりフィルム構成単純化したりするという薄型化にも対応できる、複数光源直下方式の照明装置これが備える光制御部材およびこれを用いた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

0016

本発明者らは上記課題に鑑みて、以下の検討をなし本発明に至った。
複数光源直下方式の照明装置では、出射する光のエネルギーは、各光源に対向する位置では大きく、隣接する光源同士の間に対向する位置では小さい。そこで、光源に対向する位置から出光する光を、光制御部材での適度な反射によって弱めると共に、反射光を反射板で拡散光として、再び光制御部材に戻して出射させる。

0017

これにより、光の利用効率を大きく低下させることなく、光源に対向する位置とそれ以外の位置から出射する光のエネルギーとが等しくなり、ランプイメージが解消されること、ならびに、この目的を達成するために、光制御部材の、光源に対向する位置と隣接する2つの光源の中間点に対向する位置の全光線透過率の比を適当な範囲に制御する、という手段を見出すに至った。

0018

本発明者らは更に詳細に検討し、最適な全光線透過率の比の範囲を見出した。また、この方法によって、光利用効率を下げる拡散材の使用を回避もしくは大幅に減少することができ、高い光利用効率が達成されることを見出した。

0019

また、光源と光制御部材の位置あわせを不要とするためには、光制御部材における入射面上の任意の点で、全光線透過率について同じ性質をもつ必要がある。すなわち、入射面上の任意の点で均一な光学的性質を持つことが必要であると結論した。ここで「点」とは少なくとも視覚に影響を及ぼさない微小な領域を示す。

0020

上記の検討結果に基づいて成された請求項1の発明は、
規則的に配置した複数の光源と、反射板と、前記光源および前記反射板からの光が透過する際に出射方向を制御する光制御部材とを少なくとも備える直下方式の照明装置であって、
光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源及び光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、
線状光源に対向し該線状光源からの光を受光する入射面は表面に反射部材を形成しており、
前記光源からの光の5〜20%が光源側に反射し、
任意の光源Mとその最近傍にある別の光源Nとの間の距離をD、該光源Mと前記光制御部材との距離をHとした場合、前記入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してα=Tan-1{(D/2)/H}の角度で入射した光の全光線透過率が50%以上であり、かつ、該全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の1.05倍〜3倍であることを特徴とする照明装置である。

0021

請求項2の発明は
前記反射部材が前記入射面に塗工した拡散性反射インクで、
該反射部材の入射光に対する実行反射率が90%以上であり、
かつ、前記入射面の前記拡散性反射インクが塗工されていない部分の該入射面に対する表面積の割合である開孔率が、85%以上95%以下であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置である。

0022

請求項3の発明は、
前記反射部材がストライプ状の反射パターン印刷で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の照明装置である。

0023

請求項4の発明は、
前記光制御部材の出射面に平行な複数の畝状凸部を有しており、前記畝状凸部の長手方向がY方向に平行であり、反射パターン印刷のストライプの長手方向が、前記Y方向に垂直なX方向に平行方向であることを特徴とする請求項3に記載の照明装置である。

0024

請求項5の発明は、
前記光制御部材の出射面に平行な複数の畝状凸部を有しており、前記畝状凸部の長手方向がY方向に平行であり、前記反射パターン印刷のストライプの長手方向が、前記Y方向に平行であり、かつ、前記ストライプの幅が前記出射面の上凸部のX方向の幅の1/10以上でかつ1/5以内であることを特徴とする請求項3に記載の照明装置である。

0025

請求項6の発明は
前記反射パターン印刷がドット状であり、
かつ、ドットの代表寸法が前記出射面の畝上凸部の間隔の1/30から1/10以内であることを特徴とする請求項2に記載の照明装置である。

0026

請求項7の発明は
請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明装置が備える光制御部材である。

0027

請求項8の発明は、
請求1〜6のいずれか1項に記載の上記照明装置上に透過型表示素子を設けたことを特徴とする画像表示装置である。

発明の効果

0028

請求項1の構成によれば、上記光制御部材の入射面の法線方向に対して所定の角度α=Tan-1{(D/2)/H}で入射した光の全光線透過率が50%以上であり、かつ、該全光線透過率が、前記法線方向から入射した光の場合の全光線透過率の1.05倍〜3倍、即ち、上記光源に対向する真上位置に入射する光の全光線透過率よりも適度に高くなる。従って、前記光制御部材から出射する光エネルギーの出射面内分布が均一化される。また、入射面上の任意の点で好ましい光学的性質が得られる。

0029

さらに、請求項1に記載の発明では、前記入射面は表面に反射部材を形成しており、前記線状光源からの光の5〜20%が光源側に反射する。これによって、入射面の一部を覆う反射部を配置することで、拡散性を高めつつ、板状部材の出射面に配した凸部の形状で輝度ムラを解消するとともに、視野角を制御することができる。

0030

具体的には、光源からの光は入射面の一部に形成された反射部で、光源側に反射され、光源の背面に配置した反射板に向かう。入射面を通過し板状部材の内部を通過して出射面の凸部に到達した光は一部が全反射によって入射面側に向かう。この光が入射面のうち反射部が配されていない部分に到達すると一部が反射し、一部が透過する。しかしながら反射部が配されている部分に到達すると、透過しないで、反射する。反射部の配置された入射面の以上に述べた作用によって、光の反射が活発化し、その結果、拡散性が高まる。これによって光拡散材微粒子の使用を回避、または著しく削減しつつ、輝度ムラを解消するのに充分な光拡散性を得られる。

0031

また、入射面上の任意の点で好ましい光学的性質が得られることから、光源と光制御部材との位置合わせが不要で、ディスプレイサイズや光源の本数や配置の変更にも柔軟に対応でき、生産性よく照明装置を製造することができる。更に、光利用効率を下げる拡散材の使用を回避もしくは大幅に減少することができ、高い光利用効率が達成される。

0032

また、入射面において光源側から出射面側に透過する光の内、完全拡散光の割合が増加し、光源からの直接光の割合が減少することになる。この結果、入射面に入射する完全拡散光の割合が、光源からの直接光よりも相対的に増えることになる。ここで、完全拡散光が入射面フラットで出射面凸部を有する板状部材に入射する場合には集光性が高まり、結果として正面輝度が向上する効果が発現する。

0033

なお、以上述べたように入射面上に設けた反射部は光源に対向する表面だけでなく、入射面と接触する内部にも反射性を有することが望ましい。これは反射性の高い金属の蒸着や、発泡樹脂貼付反射性塗料印刷などの手段で実現できる。

0034

請求項2に記載の発明は、前記反射部材が前記入射面に塗工した拡散性反射インクでるので、反射部材は生産性よく反射部材を設けることができる。また該反射部材の入射光に対する実効反射率が90%以上であるので、光のロスが少なく、輝度の高い照明装置が容易に得られる。前記入射面の前記拡散性反射インクが塗工されていない部分の該入射面に対する表面積の割合である開孔率が、85%以上95%以下であることから、反射インクの使用量を比較的少なく抑えることが出来、かつ、更に光利用効率も高めることができる。

0035

請求項3に記載の発明は、前記反射部材がストライプ状の反射パターン印刷で形成されており、該ストライプ状の反射パターンは印刷が効率よく行える。

0036

請求項4に記載の発明は、前記光制御部材の出射面に長手方向がY方向に平行な複数の畝状凸部を有しているので、X方向の出光方向を効率よく制御できる。たとえばX方向を上下に配置した場合、多くの画像表示装置で重要性が低い上下方向の光を正面方向へ効率よく集光して、効率よく明るい画像表示装置が得られる。また反射パターン印刷のストライプの長手方向が、前記Y方向に垂直なX方向に平行方向であることで、該反射パターンと前記畝上凸部の間でのモアレの発生を容易に防止できる。

0037

請求項5の発明は、前記光制御部材の出射面に長手方向がY方向に平行な複数の畝状凸部を有しているので、X方向の出光方向を効率よく制御できる。たとえばX方向を上下に配置した場合、多くの画像表示装置で重要性が低い上下方向の光を正面方向へ効率よく集光して、効率よく明るい画像表示装置が得られる。また前記反射パターン印刷のストライプの長手方向が、前記Y方向に平行であり、かつ、前記ストライプの幅が前記出射面の畝上凸部のX方向の幅の1/10以上でかつ1/5以内であることで、該反射パターンと前記畝上凸部の間でのモアレの発生を容易に防止できる。

0038

請求項6に記載の発明は、前記反射パターン印刷がドット状であることで、入射面を均一性よく光が透過する。かつ、ドットの代表寸法が前記出射面の畝上凸部の間隔の1/30から1/10以内であること該反射パターンと前記畝上凸部の間でのモアレの発生を容易に防止できる。

0039

請求項7記載の発明は、本発明の照明装置に用いることができる光制御部材であって、入射面側から該入射面に入射した光を一部は反射し、一部は透過する。この機能によって出光強度を一定にできる。本発明の照明装置で好適に用いられるだけでなく、反射板と光制御部材を平行に配置し、その間に光制御部材に向けて光を発するように単一の光源を配置した照明装置や、複数の光制御部材の間に単一、もしくは複数の光源を配置するような照明装置に用いることが出来、これらの照明装置は照明看板などの表示用途にも好適に用いることができる。

0040

請求項8記載の発明は、本発明の照明装置上に透過型表示素子を設けたことを特徴とする画像表示装置を提供する。

0041

この構成によれば、照明装置上に液晶パネル等の透過型表示素子を設けたので、前記光制御部材により効率良く集光及び拡散された光線が、透過型表示素子を透過する。この結果、簡単な構成でありながら、光源位置の調整が不要であり、ランプイメージを解消でき、かつ、優れた出射面内均一な明るさを有する画像表示装置を容易に得ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0042

本発明は、光入射側から光出射側に向かって前記反射板、光源及び光制御部材がこの順に配置され、該光制御部材が主として受光する入射面と、主として出光する出射面とを備え、任意の光源Mとその最近傍にある別の光源Nとの間の距離をD、該光源Mと前記光制御部材との距離をHとした場合、前記入射面上の任意の点に該入射面の法線方向に対してα=Tan-1{(D/2)/H}の角度で入射した光の全光線透過率が50%以上であり、かつ、全光線透過率が、前記入射面上の点に法線方向から光が入射した場合の光の全光線透過率の1.05倍乃至3倍であることにより、構成がシンプルで生産性が向上し、光源位置の調整が不要となり、ランプイメージを解消すると共に、出射面内における輝度均一化に優れた照明装置及び画像表示装置を安価に得るという目的を実現した。

0043

以下、本発明の一実施の形態を図1乃至図19に従って説明する。図1に示すように、光入射側から光出射側に向かって反射板、複数の線状光源、および光制御部材がこの順序で配置され、該光制御部材は規則的な複数の凸部(または凸部)を有する。このように、反射板と光制御部材の間に複数の光源を配置して成る照明装置にあっては、図2に示す様に、前記光制御部材の入射面に相当する仮想面へ入射した光は、各光源の直上部分と、隣り合う光源同士の間の部分とでは光入射エネルギーが異なる。

0044

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

0045

また、図3に示す様に、前記仮想面に対する入射エネルギーの角度分布図、即ち、入射角度に対する輝度の分布図では、仮想面に対し垂直方向に入射した光線の輝度が最大値を示す。一方、図4に示す様に、仮想面に対する出射エネルギーの角度分布図、即ち、出射角度に対する輝度の分布図では、仮想面に対し斜め方向に入射した光線の輝度、特に、前記隣り合う光源同士の間の中央位置近傍における光線の輝度が最大値を示す。

0046

本発明に係る照明装置においては、図5に示すように、任意の光源Mと、該光源Mに対し最近傍に位置する別の光源Nとの距離をD、該光源Mと光制御部材との距離をHとした場合、該光制御部材の入射面上における任意の点について、該入射面に入光した光が該光制御部材の出射面から出光する割合であるところの全光線透過率に関しては、50%以上乃至100%の範囲であって、かつ、次のような関係を有する。

0047

すなわち、該入射面の法線方向に対してα=Tan-1{(D/2)/H}の角度で光が入射した場合の該光の全光線透過率R1は、該入射面に対して垂直方向に光が入射した場合の該光の全光線透過率R2の1.05倍〜3.00倍であることを特徴としている。また、該全光線透過率の割合R1/R2は1.05〜2.00倍であることが、光利用効率の観点からより好ましい。

0048

ここで、前述の全光線透過率の測定に際し、測定対象物への平行光の光束の幅は、光制御部材の表面に凸部を形成している場合において、例えば、凸部の一斜面のみといった微小領域に入射する程度のものではなく、該凸部の特徴を全光線透過率に反映するために、少なくとも凸部のピッチ以上の広い領域に入射する程度のものである必要がある。

0049

図6に、平坦な入射面を有する測定対象物へ入射角βで入射した平行光における全光線透過率の測定方法を示す。同図に示すように、積分球の開口部の下側にこれを閉鎖するように測定対象物を設置し、レーザー光もしくはレンズコリメートした平行光を、測定対象物の法線方向に対しβの角度で入射させる。

0050

而して、測定対象物を透過した光は積分球内乱反射され、図示していないフォトマルチプライヤーに代表される検出器でその反射エネルギーを測定する。ここで、測定対象物を図示のように設置して、角度βで平行光を入射した場合の検出器の出力をV(β)、測定対象物が設置されていない場合の検出器の出力をV0とすると、角度βにおける全光線透過率はV(β)/V0で得られる。

0051

図5に示す様に、前記角度αは、光源Mまたは光源Nから発した光が、該光源Mと光源Nとの中間点の直上位置の光制御部材に入射した場合の光線の入射角度に相当する。全光線透過率については、光制御部材に対し垂直方向から入射した時の光の全光線透過率R2よりも、光制御部材に対し斜め方向から入射角α(≠0)で入射した時の光の全光線透過率R1の方が高い。このため、各光源M,Yの真上の部分と、光源Mと光源Nの間の部分において、光制御部材の出射光エネルギーを全体として均一化することができる。

0052

さらに、前記光制御部材の全光線透過率は入射角度のみに依存し、光制御部材に対する入射位置には依存しないため、複数の各光源と光制御部材との位置調整が不要である。つまり、照明装置の組立時に、光制御部材の面内方向における位置を厳密に設定する必要はない。従って、本発明の光制御部材を大面積で作製した後、必要寸法に応じて任意の位置から切出したものを使用することができるため、照明装置の生産性を著しく向上させることができる。

0053

以下、光制御部材に対して光が垂直方向および斜め方向から入射した時における全光線透過率の調整の具体的手段の例について説明する。先ず、該具体的手段の第1の例としては、図1に示したように、光制御部材の出射面に複数の凸部を設けた態様が挙げられる。凸部がストライプ状に形成された好適な断面形状を、図7に示す。

0054

該凸部の断面形状は、光制御部材の出射面に直交し、凸部の頂部を含む少なくとも所定の一方向に沿って断面した場合の輪郭線から成る。該輪郭線は、延長線が交差する角度θが鋭角である2つの略直線(部)と、該2つの略直線(部)の各一端同士を結ぶ曲線(部)とから構成され、かつ、輪郭線の頂部が凸状の曲線である。

0055

ここで、前記所定の一方向とは、光源Mから光源Nへの方向に平行な方向を意味する。また、輪郭線の頂部を構成する曲線の曲率半径は、無限大、すなわち直線であってもよい。

0056

図18図19に出射面に断面が略楕円形状の凸部2を形成した場合の光線の挙動を示した。凸部を略楕円形状で構成することで、凸部裾部の傾きの絶対値を0≦|Sin−1(n・sin(θ−Sin−1((1/n)・sinα)))−θ|≦(π/12)を満たすθ以下であるようにとっている。

0057

図18では、法線に対して角度αで入射する斜め入射光12は凸部裾部11において屈折作用により光制御部材から略正面方向に出射させることができる。

0058

これは次の理由による。凸部裾部の傾きをγ、光制御部材への入射角度をφ1、光拡散板1の屈折率をnとすると図10に示す様に、光制御部材の凸部の一方の裾部から透過する光の光拡散板法線方向に対する角度φ5は下記の通り求めることができる。
φ2=Sin−1{(sinφ1)/n}
φ3=γ−φ2
φ4=Sin−1(n×sinφ3)
φ5=φ4−γ
すなわち、φ5=Sin−1(n・sin(γ−Sin−1((1/n)・sinφ1)))−γ

0059

本発明の主旨から光線の出射方向は正面方向であることが好ましい。従って、φ1=αの場合、−15°≦φ5≦15°であることが望ましい。また−10°≦φ5≦10°であることがより望ましい。さらには−5°≦φ5≦5°となるようにγを選択することが好適である。例えば、光源間距離Dを33mm、光源中心から光制御部材までの最短距離Hを15mm、光制御部材の屈折率nを1.54とすると、52°≦γ≦69°(42°≦θ≦76°)であることが望ましい。また、57°≦γ≦68°(44°≦θ≦66°)であることがより望ましい。さらには、62°≦γ≦67°(46°≦θ≦56°)となるように、γを選択することが好適である。

0060

凸部頂部は出射面に対する傾きの絶対値θ2がSin−1(1/n)未満である領域Xを持っている。このように領域Xの傾きθ2は複数の値を取る事ができる。曲線部であることで連続的にθ2が変化することで、分散方向を連続的に変化させることができ、より高い輝度均一性が得られる。また望ましくは凸部頂部の任意の点の傾きは凸部裾部11の出射面に対する傾きの絶対値以下である。これは成形容易性、光の方向制御の容易性から望ましい。

0061

また図19に示す様に光制御部材に垂直に入射した光14は一部が方向を分散しつつ出射すると同時に、凸部表面に入射した光の一部は反射光16として入射側に戻ることで、全光線透過率を抑えることが可能となる。これによって輝度均一性が高く、高輝度な照明装置を得ることができる。

0062

凸部の形状としては、2つの断面略直線と断面曲線を有する立体形状に形成することもできる。この理由について以下に説明する。図8に示す様に、前記凸部の立体形状を、鋭角θをなす2つの略斜面部(断面略直線に相当)と曲面部(断面曲線に相当)とによって構成することにより、光制御部材の入射面に斜めに入射した斜め入射光は、断面略直線の部分において屈折作用により、光制御部材の出射面側から略垂直方向(入射面の略垂直方向と同方向)に出射させることができる。

0063

また、図9に示す様に、光制御部材に垂直に入射した光は、前記凸部の曲面部において出射方向を分散すると同時に、凸部の表面に当たった光の一部は、全反射を起こし出射しないため、該光の全光線透過率を抑えることが可能となる。光制御部材に垂直に入射した垂直光の全光線透過率が小さくなることによって、輝度均一性が高く、かつ、高輝度な照明装置を容易に得ることができる。

0064

前記光制御部材の凸部の投影面積Pに対する曲線部11の投影面積Aの割合A/Pについては、40〜80%であることが望ましい。例えば、図7中の面積割合A1/P1が前記面積割合A/Pに相当する。面積割合A/Pが40%未満であると、光の分散効果が小さくなり、輝度均一性が低下する。また、面積割合A/Pが80%を越えると、略直線部の面積が減少することにより、斜め入射光のうち正面方向へ出射する光の割合が減少するため、上記と同様に、出射面内の輝度均一性が低下する。

0065

図11に、本発明で実施可能な凸部の別の形状を示す。この場合、凸部の谷部分に断面曲線(部)14を設けている。この断面曲線部により光の出射方向が多方向に分散され、輝度均一性の高い照明装置を得ることができる。さらに、光制御部材内部で様々な方向に光を伝搬させて分散効果を高めるための手段としては、光制御部材の入射面に平行光を複数の角度に偏向させる手段を用いてもよい。具体的には、光制御部材の入射面に、ランダムまたは周期性を有する凹凸構造を形成することが挙げられる。

0066

また、光源が線状光源である場合には、出射面側の複数の凸部を平行に配列したストライプ状レンズに形成し、そのレンズの長手方向を線状光源の長手方向と平行にすることができる。これにより、光制御部材の出射面における出射光の角度分布調整が一層容易となる。

0067

上記出射面側に形成する凸部の高さは、1μm以上かつ500μm以下が望ましい。500μmを越えると、凸部が観察されるため品位の低下を招く。また、1μm未満であると、光の回折現象により着色が発生して品位の低下を生じる。さらに、特に液晶パネルを利用する際には、液晶画素配列方向と平行な方向の凸部の平均幅が、液晶の画素ピッチの1/1.5以下であることが望ましい。平均幅が画素ピッチの1/1.5を越えると、液晶パネルの表面によりモアレ現象が発生し、液晶パネルの画質を大きく低下させる。

0068

上記に示したプリズムなどの表面パターンを設ける場合は、押出し成形射出成形紫外線硬化型樹脂を用いた2P成形等の何れも用いることができる。成形方法は、プリズムの大きさ、必要形状、量産性を考慮して適宜用いればよく、特に限定されない。

0069

上記のような光制御部材の入射面の表面には、反射部材が形成されている。反射部材は規則的な反射パターンであることで、入射面での光学的性質が一様となることから好ましい。図20〜22に、この光制御部材の出射面に畝状の凸部が平行に形成されている場合の反射部材の反射パターンの例を示した。

0070

ここでは反射パターンはストライプ状、ドット状を挙げており、ストライプ状の反射パターンは図22のように出射面の畝状凸部と平行であっても、平行でなくても良い。図20は反射パターンと畝状凸部の方向が直交している例である。反射パターンと筋状の凸部との間のモアレの発生を抑制する上では、反射パターンの形状は、直交ストライプ状、ドット状、同方向ストライプ状の順で望ましい。

0071

畝状凸部と直交するストライプ状パターンの場合は、本発明の特徴である輝度ムラの性能劣化が少なく、また、ストライプ幅出射レンズピッチの1/4以下であれば、透過後の出射面において、暗線として視認できなくなる。従って、ストライプ幅を比較的広く印刷することができるので生産性にも優れる。

0072

また、ドット状パターンは、ドットの代表寸法(直径等)が出射レンズピッチの1/5から1/10以下であれば、透過状態に於いてドットは暗点として視認できなくなる。

0073

畝状凸部と平行なストライプ状の場合は、前記出射レンズとのモアレ発生の問題から、反射インク印刷ストライプのパターンピッチを出射レンズピッチの概ね1/10以下とすることが望ましい。また、ストライプ幅も前記直交ストライプより細線化しないと輝度ムラ劣化が増長するので、ストライプ幅は出射レンズピッチの1/6以下とすることが望ましい。

0074

正面輝度の向上は、反射インクの反射率と印刷パターンの開孔率の適正化により効果が発現する。即ち、反射インクの反射率が低ければ、或いは反射パターン印刷の開孔率が低ければ、背面反射板と反射パターン印刷の間で繰り返し反射に於けるロスが増えて、正面輝度が低下するばかりでなく、視野角の広がり自体も損なわれる結果となる。本発明の請求項に示す反射率と開孔率の関係は、輝度ムラ性能を損なわずに、正面輝度を上げることが可能な適正範囲を示すものである。

0075

本発明の光源としては線状光源に限定されず、複数の点光源を用いることができる。図19に、反射板と光制御部材の間に点光源を設置した場合の構成例を示す。点光源21を用いても、線状光源を用いたときと同様な作用効果が期待できる。
図14に、本発明で用いることのできる別の構成例を示す。本構成では、光制御部材の出射面に光拡散フィルムシートを重ね合わせている。この場合、光拡散フィルムシートにより、出射光の輝度角度分布を出射面内でより均一化することができるため、一層高品位な照明装置を得ることができる。

0076

図15に、本発明で用いることのできる別の構成例を示す。本構成では、光拡散フィルムシートの上に偏光分離フィルムを重ね合わせている。偏光分離フィルムが直交する直線偏光を分離する場合には、発光面上に液晶パネルを載せ、偏光分離フィルムの透過偏光軸と液晶パネル入射面の偏光分離フィルムの透過軸を一致させることで、より高輝度な液晶表示装置を得ることができる。
また、偏光分離フィルムが右回りおよび左回り円偏光を分離する場合には、偏光分離フィルムの出射面に1/4波長板を重ね合わせ、1/4波長板透過後に直線偏光に変換し、その直線偏光方向が、液晶パネル入射面の偏光分離フィルムの透過軸と一致する方向になればよい。

0077

なお、本発明の照明装置上に透過型表示素子を設けることで、表示面における輝度均一性に優れる画像表示装置を容易に得ることができる。

0078

液晶表示装置(画像表示装置)の概略構成例に関しては、光制御部材の上に液晶パネルを載置することにより、該パネル表示面内において輝度が均一な液晶表示装置を得ることができる。本発明の照明装置上に透過型表示素子を用いることで、構成が簡単な画像表示装置を容易に得ることができる。透過型表示素子の代表例としては、液晶パネルが挙げられる。

0079

ここで、画像表示装置とは、照明装置と表示素子を組み合わせた表示モジュール、さらには、この表示モジュールを用いたテレビ、パソコンモニターなどの少なくとも画像表示機能を有する機器のことを言う。図16に、照明装置と表示素子を組み合わせて成る画像表示装置の構成例を示す。本構成では、光制御部材の上に光拡散フィルムシート22を重ね、この上に偏光分離フィルム23を重ね合わせ、さらに、この上に液晶パネル24を重ね合わせている。この場合、偏光分離フィルム23の透過偏光軸と液晶パネル24の入射面の偏光フィルムの透過軸とを互いに一致させている。
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

0080

以下に実施例を示す。

0081

用いル光制御部材の主面サイズは707mm×436mmで厚さ2mmである。反射板の材料は発泡ペット樹脂で反射率は95%である。

0082

458mm×730mm×35mmで、出射側に698mm×長さ416mmの矩形の開口部を持つ直方体状の白色のABS樹脂製のハウジングを用意する。次に前記ハウジングの出射側の開口部に対向する位置にある底部を覆うように、前記反射板を配置する。

0083

次に前記反射板の出射側に2mmの間隔をおいて、該反射板と平行に線状光源を配置する。線状光源としては直径3mm、長さ700mmの複数の冷陰極管をX方向に沿ってY方向に平行に配置する。冷陰極管を同じ間隔をおいて配置する。

0084

次に光制御部材を開口部に被せるように配置する。線状光源の中心から光制御部材までの距離は15.5mm、隣接する線状光源の中心同士の距離は25mmである。

0085

(実施例1)
以下に、本発明の第1の実施例について詳しく説明する。
図7における2つの略直線10の延長線がなす角θ=50°、P1=260μm、A1=182μmのシリンドリカル状の溝を有する雌金型切削加工により作製する。
次に、この雌金型を使用して紫外線硬化型樹脂により、ポリカーボネートフィルム表面上に凸形状のプリズムを成形する。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない側の面を、厚さ2mmの透明なアクリル板に貼り合わせることにより、凸部が形成された板状部材を得る。
次に得られた板状部材の凸形状の形成された面に対向する平坦面に反射部材をスクリーン印刷によって前記凸形状のプリズム方向と直交する形でストライプ状に印刷して反射パターンを付与する。これを光制御部材とする。反射部材のインクとして酸化チタンを含有したウレタン系インクを使用する。このインクを用いた光制御部材の反射部材の反射率は95%である。なお、表1に示す通り本実施例1における反射パターンが付与されていない部分の開孔率は81%である。

0086

得られた光制御部材を用いて上記のように照明装置を作成する。冷陰極管は33mm間隔で配置し、このとき前記角度α=48°となる。

0087

この状態で冷陰極管の点灯により光制御部材に光照射して、該光制御部材を観察する。その結果、ランプイメージが解消され、出射面内の輝度が均一な照明装置を得ることができる。ここで用いた光制御部材の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α=48°で光を照射した場合の該光の全光線透過率R1は62%、該法線方向に光を照射した場合の該光の全光線透過率R2は42%であり、これら全光線透過率の比R1/R2は1.47である。

0088

実施例2
以下に、本発明の第2の実施例について説明する。
先ず、図7におけるP1=300μmの楕円弧状断面の溝を有する雌金型を切削加工により作製する。
楕円は式y=0.139−8.33x2/(1+(1−38.9x2)(0.5))(−0.15≦x≦0.15(mm))の形状となっている。

0089

次に、この雌金型を使用して紫外線硬化型樹脂により、ポリカーボネートフィルム表面上に凸部を成形する。さらに、このポリカーボネートフィルムのプリズムを形成していない側の面を、厚さ2mmの透明なアクリル板に貼り合わせることにより、片面に凸部を備える板状部材を得る。板状部材の屈折率はアクリル板部分とポリカーボネート部分と紫外線硬化樹脂部分で異なるが、凸部を形成する材料が特性を決定することから、紫外線硬化樹脂の屈折率1.54を用いると、A1間の領域Xを形成する部分のP1方向成分の長さxは凸部1つあたり174μmであり、領域Xの割合を示す指標である比x/P1=0.58である。

0090

得られた板状部材から実施例1と同様にして光制御部材を得る。
次に得られた光制御部材を用いて上記のように照明装置を作成する。冷陰極管は52mm間隔で配置し、このとき前記角度α=60°となる。

0091

この状態で冷陰極管の点灯により光制御部材に光照射して、該光制御部材を観察すると、ランプイメージが解消された照明装置を得ることができる。ここで用いる光拡散板の入射面に、入射面の法線方向に対して入射角度α=60°で光を照射する場合の該光の全光線透過率R1は59%、該法線方向に光を照射する場合の該光の全光線透過率R2は43%であり、これら全光線透過率の比R1/R2は1.37である。

0092

実施例3は前記実施例1のストライプ状の反射パターン印刷の方向を出射面の凸部と同方向に印刷する場合の実施例であり、実施例4はドット状の反射パターン印刷する場合である。印刷方法と使用したインクは実施例1の場合と全く同じであるのでその他詳細説明は省略する。また照明装置の構成も実施例1と同じであり、したがって角度α、全光線透過率R1、R2および比R1/R2は実施例1と同じである。

0093

実施例3および実施例4で得られた光制御部材は何れも実施例1の場合と同様に、輝度ムラがほとんど無くかつ明るい照明装置を得ることが出来た。

0094

比較例1として、光制御部材の凸部を頂角90度の△プリズムとした以外は実施例1と同様の照明装置を評価する。この場合、α=48度で光を照射する場合の該光の全光線透過率R1は73%、該法線方向に光を照射する場合の該光の全光線透過率R2は4%であり、これら全光線透過率の比R1/R2は18.25である。

0095

表1に前記実施例1〜4と比較例1の性能評価結果を示す。実施例1〜4の場合は何れの場合も明るくかつ冷陰極巻のランプイメージが視認出来ないのに対し、比較例1では正面輝度が低くまたランプイメージが目立ち、当該の照明装置としては実用に耐えないものとなる。

0096

図面の簡単な説明

0097

本発明に係る照明装置の一実施例を示す概略構成図である。
本発明に係る複数の光源上に設けた仮想面に入射する光線の入射エネルギーを模式的に説明する入射エネルギー分布図である。
本発明に係る線状光源真上での光制御部材(仮想面)に入射する光線の輝度(入射エネルギー)を模式的に説明する輝度分布図である。
本発明に係る複数の線状光源間での光制御部材(仮想面)に入射する光線の輝度(出射エネルギー)を模式的に説明する輝度分布図である。
本発明に係る複数の光源間に位置する光制御部材に入射する光線の入射角度を説明する概略構成図である。
本発明に係る光制御部材の全光線透過率の角度依存性を測定する装置の一例を説明する概略構成図である。
本発明に用いることのできる光制御部材の出射面における凸部の断面形状を説明する概略構成図である。
本発明に係る光制御部材に対し斜め方向に光が入射した場合の光線の進行状態を説明する概略構成図である。
本発明に係る光制御部材に対し垂直方向に光が入射した場合の光線の進行状態を説明する概略構成図である。
本発明に係る光制御部材に対し出射面凸部で屈折し出射する光の光路と角度との関係を説明する概略構成図である。
本発明に用いることのできる光制御部材の断面形状の一例を示す説明図である。
本発明に係る光源に点光源を用いた場合の構成例を示す説明図である。
本発明に用いることのできる照明装置の構成の一例を示す説明図である。
本発明に用いることのできる照明装置の構成例の別の一例を示す説明図である。
本発明の面照明装置に液晶パネルを載せて液晶表示装置とした構成例を示す説明図である。
従来の照明装置の概略構成図である。
本発明に係る光拡散板に対し斜め方向に光が入射した場合の光線の進行状態を説明する概略構成図である。
本発明に係る光拡散板に対し垂直方向に光が入射した場合の光線の進行状態を説明する概略構成図である。
本発明に係る光制御部材表面の直交ストライプ状の反射パターンを示す図である。
本発明に係る光制御部材表面のドット状の反射パターンを示す図である。
本発明に係る光制御部材表面の同方向ストライプ状の反射パターンを示す図である。

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