(57)【要約】【課題】面状照明装置の薄型化を図りつつ、光源から射出される光の利用効率をより高くする。【解決手段】面状照明装置は、光源１００と、光源１００から射出された光が入射する入光端面２１２および該入光端面２１２から入射した光を射出する出光面２２４を有する導光板２００と、光源１００と入光端面２１２との間に設けられた回折光学素子２３０とを備えている。導光板２００は、入光端面２１２側に配置され、入光端面２１２に向かうほど厚みが漸増するように傾斜面２１４が設けられた傾斜部２１０を有し、回折光学素子２３０は、光源１００から射出された光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向に偏向させる。【選択図】図２
2013101892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状照明装置であって、
光源と、
前記光源から射出された光が入射する入光端面、および該入光端面から入射した光を射出する出光面を有する導光板と、
前記光源と前記入光端面との間に設けられた回折光学素子と
を備え、
前記導光板は、前記入光端面側に配置され、前記入光端面に向かうほど厚みが漸増するように傾斜面が設けられた傾斜部を有し、
前記回折光学素子は、前記光源から射出された光を全体として前記傾斜面の傾斜方向に偏向させる、
面状照明装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、前記回折光学素子により前記傾斜方向に偏向される所定の次数の回折光の回折効率が他の次数の回折光の回折効率よりも高い、請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記回折光学素子は、前記入光端面の長手方向に延びるリッジ状の凸部が形成された回折格子である、請求項１または２に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記傾斜方向について非対称な断面形状を有する、請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記回折光学素子は、前記光源から射出された光が通過する領域のうちの前記傾斜面側の部分領域に設けられている、請求項１ないし４のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項６】
面状照明装置であって、
前記入光端面には、複数のプリズムが前記入光端面の長手方向に沿って離間して設けられており、
前記回折光学素子は、前記入光端面の隣り合うプリズムの間の面に設けられている、
請求項１ないし５のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記回折光学素子は、前記光源の発光面に設けられている、請求項１ないし５のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記回折光学素子は、前記光源と前記入光端面との間に配置されたフィルムに設けられている、請求項１ないし５のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記傾斜面は、前記出光面側に設けられている、請求項１ないし８のいずれかに記載の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面状照明装置に関し、特に、サイドライト方式の面状照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機等の携帯情報機器に使用される液晶表示パネルの照明装置として、ＬＥＤを光源とするサイドライト方式の面状照明装置（バックライト）が広く使用されている。サイドライト方式の面状照明装置では、板状の導光板の端面（入射面）に光源のＬＥＤが配置される。このとき、導光板の厚みがＬＥＤの厚みよりも薄くなると、光利用効率の低下等の不具合が発生する虞があるため、面状照明装置の薄型化はＬＥＤの厚みにより制約されてきた。
【０００３】
一方、携帯情報機器の更なる薄型化に対応するため、面状照明装置には、さらなる薄型化が求められている。そこで、入射面に近づくに従って厚みが漸増するように、導光板に傾斜面を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように導光板に傾斜面を形成することにより、ＬＥＤの厚みによらず面状の光を出射する発光面の厚さを薄くすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８７５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、導光板に傾斜面を形成した場合、傾斜面方向に傾いて入射した光は、傾斜面で反射されることにより光の方向が変化する。そのため、入射光の一部は発光面に到達する前に導光板から漏出し、ＬＥＤから射出された光の利用効率が低下する虞がある。この問題は、ＬＥＤを用いた面状照明装置に限らず、種々の光源を用いたサイドライト方式の面状照明装置に共通する。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、面状照明装置の薄型化を図りつつ、光源から射出される光の利用効率をより高くする技術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】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
面状照明装置であって、光源と、前記光源から射出された光が入射する入光端面、および該入光端面から入射した光を射出する出光面を有する導光板と、前記光源と前記入光端面との間に設けられた回折光学素子とを備え、前記導光板は、前記入光端面側に配置され、前記入光端面に向かうほど厚みが漸増するように傾斜面が設けられた傾斜部を有し、前記回折光学素子は、前記光源から射出された光を全体として前記傾斜面の傾斜方向に偏向させる、面状照明装置。この適用例によれば、回折光学素子により光源から射出された光が全体として傾斜面の傾斜方向に偏向されることにより、導光板に入射した光の傾斜面への到達が抑制され、あるいは、傾斜面に到達した際の入射角が大きくなるので、傾斜部からの光の漏出が抑制される。そのため、傾斜面を設けることにより面状照明装置を薄型化を図るとともに、傾斜面を設けることによる光の利用効率の低下を抑制し、光源から射出される光の利用効率をより高くすることができる。
【０００９】
［適用例２］
前記回折光学素子は、前記回折光学素子により前記傾斜方向に偏向される所定の次数の回折光の回折効率が他の次数の回折光の回折効率よりも高い、適用例１に記載の面状照明装置。傾斜方向に偏向される所定の次数の回折光の回折効率を他の次数の回折光の回折効率よりも高くすることにより、より確実に光源から射出された光を全体として傾斜面の傾斜方向に偏向させることができる。
【００１０】
［適用例３］
前記回折光学素子は、前記入光端面の長手方向に延びるリッジ状の凸部が形成された回折格子である、適用例１または２に記載の面状照明装置。回折格子の凸部は、切削等により金型に溝を形成することにより作製することができるので、より容易に回折光学素子を作製することができる。
【００１１】
［適用例４］
前記凸部は、前記傾斜方向について非対称な断面形状を有する、適用例３に記載の面状照明装置。凸部を傾斜方向について非対称な断面形状とすることにより、より確実に光源から射出された光を全体として傾斜面の傾斜方向に偏向させることができる。
【００１２】
［適用例５］
前記回折光学素子は、前記光源から射出された光が通過する領域のうちの前記傾斜面側の部分領域に設けられている、適用例１ないし４のいずれかに記載の面状照明装置。回折光学素子が設けられていない領域において導光板に入射した光は、傾斜面に到達せず、あるいは、出光面に近い位置で傾斜面に到達するので、この適用例によっても、傾斜部からの光の漏出を十分抑制することができる。
【００１３】
［適用例６］
面状照明装置であって、前記入光端面には、複数のプリズムが前記入光端面の長手方向に沿って離間して設けられており、前記回折光学素子は、前記入光端面の隣り合うプリズムの間の面に設けられている、適用例１ないし５のいずれかに記載の面状照明装置。この適用例によれば、回折光学素子を設けることにより光の利用効率をより高くするとともに、プリズムを設けることにより出光面から射出される光の強度をより均一化することができる。
【００１４】
［適用例７］
前記回折光学素子は、前記光源の発光面に設けられている、適用例１ないし５のいずれかに記載の面状照明装置。この適用例によれば、導光板の形状によらず、光源と入光端面との間に回折光学素子を配置することができるので、導光板をより適切な形状にすることができる。
【００１５】
［適用例８］
前記回折光学素子は、前記光源と前記入光端面との間に配置されたフィルムに設けられている、適用例１ないし５のいずれかに記載の面状照明装置。この適用例によっても、導光板の形状によらず、光源と入光端面との間に回折光学素子を配置することができるので、導光板をより適切な形状にすることができる。
【００１６】
［適用例９］
前記傾斜面は、前記出光面側に設けられている、適用例１ないし８のいずれかに記載の面状照明装置。通常、出光面側には、拡散シートや集光シートが積層される。この適用例によれば、これらのシートの厚みに、傾斜面を設けることによる導光板の厚みの増大分が加わることを避けることができるので、面状照明装置をより薄くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における面状照明装置の構成を示す斜視図。
【図２】ＬＥＤと導光板との断面図。
【図３】回折格子によりＬＥＤの射出光が偏向する様子を示す説明図。
【図４】入光端面に斜めに入射した光線の光路を示す説明図。
【図５】一実施例として評価を行った回折格子の形状を模式的に示す説明図。
【図６】シミュレーションの条件とその結果を示す説明図。
【図７】遠視野特性の測定結果を示すグラフ。
【図８】シミュレーションを行った際の導光板の形状を示す説明図。
【図９】第２実施形態における導光板の構成を示す説明図。
【図１０】第１の変形例における回折格子の構成を示す部分断面図。
【図１１】第２の変形例における回折格子の構成を示す部分断面図。
【図１２】第３の変形例における回折格子の構成と機能を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための形態を以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．面状照明装置の構成：
Ａ２．回折格子の機能：
Ａ３．実施例：
Ｂ．第２実施形態:
Ｃ．回折格子の変形例：
Ｃ１．回折格子の第１の変形例：
Ｃ２．回折格子の第２の変形例：
Ｃ３．回折格子の第３の変形例：
Ｄ．変形例：
【００１９】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．面状照明装置の構成：
図１は、第１実施形態における面状照明装置１０の構成を示す斜視図である。面状照明装置１０は、いわゆるサイドライト方式の面状照明装置であり、光源である複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１００と、略矩形板状の導光板２００と、拡散シート３００と、集光シート４００とを有している。面状照明装置１０は、ＬＥＤ１００を導光板２００の一端面（入光端面）２１２に対向させるとともに、導光板２００の主平面に直交する方向（ｚ方向）に、拡散シート３００と集光シート４００とを順に積層することにより構成されている。詳細については後述するが、ＬＥＤ１００から射出された光は、入光端面２１２から導光板２００に入射し、拡散シート３００と対向する導光板２００の一主平面（出光面）２２４から射出される。出光面２２４から射出された光は、拡散シート３００により光量が均一化され、集光シート４００により配光特性が調整される。なお、導光板２００を挟んで拡散シート３００と反対側の位置に反射板を配置するものとしても良い。
【００２０】
図２は、ＬＥＤ１００と導光板２００との断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面を示している。なお、ＬＥＤ１００と導光板２００とは、密接して配置されるが、図２では、図示の便宜上、ＬＥＤ１００と導光板２００とを離して描いている。ＬＥＤ１００は、青色光を放射するＬＥＤチップ１１０と、ランプハウス１２０と、封止部１３０とを有している。ランプハウス１２０には、凹部１２２が設けられており、ＬＥＤチップ１１０は、凹部１２２の底に実装されている。封止部１３０は、例えば、黄色光を放射する蛍光体を分散したエポキシ樹脂等の透明な熱硬化性樹脂であり、液状の熱硬化性樹脂を凹部１２２に充填（ポッティング）した後、加熱することにより形成される。
【００２１】
通電によりＬＥＤチップ１１０が青色光を放射すると、封止部１３０に分散された蛍光体が青色光により励起され、蛍光体は黄色光を放射する。この黄色光とＬＥＤチップ１１０が放射した青色光とが混色された白色の光（擬似白色光）は、凹部１２２の開口に位置する封止部１３０の表面（発光面）１３２から射出される。なお、ＬＥＤとしては、上述の擬似白色ＬＥＤ１００のほか、赤、緑、青の３色の光をそれぞれ放射する複数のＬＥＤチップを用いたＬＥＤや、紫外光を放射するＬＥＤチップと白色蛍光体とを用いたＬＥＤ等、種々のＬＥＤを用いることができる。
【００２２】
導光板２００は、略矩形板状の透明な部材であり、例えば、ポリメタルメタクリレート樹脂やポリカーボネート樹脂を用いて形成される。導光板２００の形成は、射出成形等の種々の樹脂成形技術を用いて行うことができる。導光板２００は、端面に向かって厚みが漸増する傾斜部２１０と、厚みが一定の平坦部２２０とを有している。傾斜部２１０は、その外表面として、入光端面２１２および傾斜面２１４と、平坦部２２０と共通の反射面２０２とを有している。平坦部２２０は、その外表面として、対向端面２２２および出光面２２４と、傾斜部２１０と共通の反射面２０２とを有している。
【００２３】
入光端面２１２は、ＬＥＤ１００の発光面１３２に対向し、ＬＥＤ１００の射出光が入射する端面である。対向端面２２２は、入光端面２１２と対向する端面である。反射面２０２は、入光端面２１２および対向端面２２２と直交し、入光端面２１２から対向端面２２２まで延びる導光板２００の一方の主平面である。出光面２２４は、反射面２０２と対向する他方の主平面であり、対向端面２２２と直交し、対向端面２２２から入光端面２１２に向かって延びている。傾斜面２１４は、入光端面２１２から対向端面２２２に向かって延び、入光端面２１２から離れるに従って反射面２０２に近づくように一定の勾配で傾斜する面である。なお、本明細書および請求の範囲においては、傾斜面２１４が入光端面２１２から離れるに従って近づく方向を、傾斜面２１４の傾斜方向という。従って、図２の傾斜面２１４の傾斜方向は、反射面２０２方向（−ｚ方向）となる。
【００２４】
第１実施形態では、傾斜部２１０を設けることにより、傾斜部２１０を設けない場合よりもＬＥＤ１００に対向する入光端面２１２の面積を大きくできる。そのため、ＬＥＤ１００から射出される光の導光板２００への入射効率を、傾斜部２１０を設けない場合よりも高くすることができる。
【００２５】
第１実施形態における導光板２００では、入光端面２１２に回折格子２３０が形成されている。回折格子２３０は、透過型の回折格子であり、具体的には入光端面２１２に入光端面２１２の長手方向（ｘ方向）に延びるリッジ（尾根）状の凸部２３２を形成することにより構成されている。凸部２３２は、例えば、導光板２００を形成するための射出成形用の金型に溝を設けることにより形成することができる。第１実施形態では、入光端面２１２に形成する凸部２３２の断面形状を傾斜面２１４の傾斜方向（ｚ方向）について非対称（図２の例では鋸歯状）とすることにより、入射光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向（すなわち、反射面２０２方向）に偏向させている。なお、回折格子２３０の具体的な機能と形状とについては後述する。
【００２６】
ＬＥＤ１００の発光面１３２から射出された光は、回折格子２３０が形成された入光端面２１２から導光板２００に入射する。入射した光は、導光板２００内において、傾斜面２１４および出光面２２４と、反射面２０２との間で全反射を繰り返すことにより、対向端面２２２方向に伝播する。導光板２００内を伝播する光は、平坦部２２０において反射面２０２に形成された光路変更パターン（図示しない）によりその進行方向が変えられる。光路変更パターンにより進行方向が変えられ、臨界角以下の角度で出光面２２４に到達した光は、出光面２２４から射出される。
【００２７】
Ａ２．回折格子の機能：
図３は、回折格子２３０によりＬＥＤ１００の射出光が偏向する様子を示す説明図である。なお、第１実施形態において、回折格子２３０は、入光端面２１２に形成されたリッジ状の凸部２３２（図２）により構成されているが、説明の便宜上、図３では空中に周期的なスリットが配置された回折格子として描いている。
【００２８】
図３（ａ）は、回折格子２３０に斜めに入射した光線の光路を示している。回折格子２３０を通過することにより、回折格子２３０に入射した光線は、入射光と同一方向と、入射光とは異なる複数の方向とに分かれ射出される。ここで、射出光（回折光）と光軸Ｏ−Ｏのなす角（回折角）φは、スリットの間隔（すなわち、格子間隔）をｄ、光の波長をλ、入射光と光軸Ｏ−Ｏのなす角（入射角）θとして、整数ｍ（次数ｍと呼ばれる）を用いて以下の式で表される。なお、次数ｍとしたときの回折光は、ｍ次光と呼ばれる。
【数１】
2013101892.tif 000003
【００２９】
上式から分かるように、図３（ａ）の例では、０次光は入射光と同一方向に進行し、次数ｍが正の回折光は入射光よりも＋ｚ方向（図２の傾斜面２１４方向）に偏向し、次数ｍが負の回折光は入射光よりも−ｚ方向（図２の傾斜面２１４の傾斜方向、すなわち、反射面２０２方向）に偏向する。図２に示すように、第１実施形態では、入光端面２１２に形成する凸部２３２の断面形状を傾斜面２１４の傾斜方向（ｚ方向）について非対称としている。これにより、特定の負の次数ｍの回折光の強度を他の次数の回折光の強度よりも強くし、入射光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向（−ｚ方向）に偏向させている。なお、次数ｍの正負は、座標系や角度の取り方によって異なるが、本明細書においては、入射光を傾斜面２１４の傾斜方向に偏向させる次数ｍを負として説明する。
【００３０】
図３（ｂ）は、回折格子２３０により遠視野特性（ＦＦＰ：Far Field Pattern）が変化する様子を示している。ここで、遠視野特性とは、光源の発光面を見込む方向と、その方向における光線の強度（輝度）との関係を表す特性であり、光源の配光分布を表す。図３（ｂ）において、破線は回折格子２３０がないＬＥＤ１００単独での遠視野特性を示し、実線は回折格子２３０を設けた場合の遠視野特性を示している。図３（ｂ）に示すように、回折格子２３０がない場合、光線の強度は、光軸Ｏ−Ｏ方向において最大となる。一方、上述のように、特定の負の次数ｍの回折光の強度を他の次数の回折光の強度よりも強くすると、回折格子２３０を通過した光の大部分が傾斜面２１４の傾斜方向（−ｚ方向）に偏向されるので、配光分布は矢印で示すように回折格子がない場合よりも傾斜面２１４の傾斜方向に傾く。
【００３１】
図４は、入光端面２１２に斜めに入射した光線の光路を示す説明図である。第１実施形態では、導光板２００の入光端面２１２に回折格子２３０を形成しているため、入射光は、入光端面２１２において屈折するとともに、複数の回折光に分かれる。０次光（ｍ＝０）は、回折格子２３０がない場合の光路と同一であり、ｍ次光（ｍ＝−１〜−３）は、次数ｍの絶対値が大きくなるに従って、より大きく傾斜面２１４の傾斜方向に偏向される。図４の例では、偏向量が大きい−３次光（ｍ＝−３）は、傾斜面２１４で反射されることなく平坦部２２０に到達するが、０次光（ｍ＝０）、−１次光（ｍ＝−１）および−２次光（ｍ＝−２）は、傾斜面２１４で反射する。
【００３２】
上述のように、傾斜面２１４は、その傾斜方向が反射面２０２方向（−ｚ方向）となっているので、入光端面２１２から入射した光が傾斜面２１４で反射されると、光の進行方向が反射面２０２方向となす角度は大きくなる。図４の例では、０次光（ｍ＝０）は、傾斜面２１４で反射した後、臨界角以下で反射面２０２に入射している。そのため、反射面２０２でその一部が導光板２００から漏出する。また、図示はしないが、反射面２０２で反射された光も、臨界角以下で傾斜面２１４に入射するので、傾斜面２１４からも漏出する。一方、−１次光（ｍ＝−１）と−２次光（ｍ＝−２）とは、回折格子２３０により傾斜面２１４の傾斜方向に偏向されることにより、傾斜部２１０で導光板２００外部に漏出することなく、平坦部２２０に到達する。
【００３３】
このように、第１実施形態では、入光端面２１２に回折格子２３０を形成して入射光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向（−ｚ方向）、すなわち、反射面２０２方向に偏向させることにより、ＬＥＤ１００から射出される光の導光板２００への入射効率をより高くするとともに、傾斜部２１０における導光板２００外への光の漏出を抑制することができる。
【００３４】
Ａ３．実施例：
図５は、一実施例として評価を行った回折格子５００の形状を模式的に示す説明図である。図５（ａ）は、回折格子５００を凸部５２２が形成されている面から見た様子を示している。図５（ｂ）は、回折格子５００を図５（ａ）の＋ｘ方向から見た様子を示しており、図５（ｃ）は、図５（ｂ）の部分拡大図である。また、図５（ｄ）は、図５（ａ）ないし図５（ｃ）で示す回折格子５００に垂直（ｙ方向）に入射した光線の光路を示している。
【００３５】
評価を行った回折格子５００は、ポリメチルメタクリレート樹脂製の樹脂板５１０の一方の面に断面が直角三角形状の凸部５２２が形成された回折格子である。この回折格子５００では、凸部５２２を構成する斜面５２４が回折格子５００の主平面となす角度が４０°（すなわち、回折格子５００に垂直な方向（ｙ方向）に対して５０°）の傾きを持ち、凸部５２２の頂点５２８が凸部５２２の−ｚ方向側に位置している。また、凸部５２２の間隔（すなわち、格子間隔）を２．６９μｍとし、高さ（すなわち、格子溝の深さ）を２．２５μｍとした。
【００３６】
回折格子５００の評価としては、図５（ｄ）に示すように回折格子５００に垂直に入射した光線について、次数ｍごとの回折効率をシミュレーションにより評価した。ここで、回折効率とは、入射光の強度に対する回折光の強度の比をいう。なお、次数ｍの符号は、＋ｚ方向に偏向される回折光の次数ｍを正とし、−ｚ方向に偏向される回折光の次数ｍを負とするようにとった。以下に示す表１は、入射光の波長λを５５０ｎｍとしたときの評価結果を示している。
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、図５（ａ）ないし図５（ｃ）で示す回折格子５００では、次数ｍが−２の場合の回折効率が６２．８３％と最も高くなり、他の次数ｍの回折効率は最大でも−１次の７．００％であった。このことから、回折格子５００を用いることにより、入射光の大部分を−ｚ方向に偏向させ得ることが分かった。
【００３８】
次いで、ＬＥＤ１００（図２）の発光面１３２側に回折格子５００を配置することによる遠視野特性の変化を評価した。評価では、まず、シミュレーションを用いて遠視野特性を表す遠視野像を取得した。ここで、遠視野像とは、２軸方向の遠視野特性を二次元的に表す画像である。図６は、シミュレーションの条件とその結果を示す説明図である。図６（ａ）は、シミュレーションを行った際のＬＥＤ１００および回折格子５００の配置を示している。図６（ａ）に示すように、実施例においては、ＬＥＤ１００の発光面１３２（図２）に凸部５２２の形成面を対向させて回折格子５００を配置した。図６（ｂ）は、比較例として回折格子５００を配置しないときの遠視野像を示し、図６（ｃ）は、実施例における遠視野像を示している。なお、図６（ｂ）および図６（ｃ）において、外周の白円は、ＬＥＤ１００の発光面１３２に水平な方向（ｚ−ｘ平面上の方向）を表し、ｘｙｚの各方向は、白円の中心における方向を表している。
【００３９】
図６（ｂ）に示すように、回折格子５００がない場合の遠視野像は、ＬＥＤ１００（図２）の発光面１３２に垂直な方向である白円の中心において最も明るくなった。それに対し、回折格子５００を配置した実施例では、図６（ｃ）に示すように、中心よりも−ｚ方向にずれた位置で遠視野像が最も明るくなった。このことから、回折格子５００を用いることにより、ＬＥＤ１００から射出される光を特定の方向（ここでは、−ｚ方向）に偏向し得ることが分かった。
【００４０】
次に、比較例と実施例とのそれぞれについて、シミュレーションと同様の条件で遠視野特性の測定を行った。図７は、遠視野特性の測定結果を示すグラフである。図７において、周方向は、ＬＥＤ１００の発光面１３２（図２）に垂直な方向（ｙ方向）となす角度を表し、径方向は、光強度の相対値（最大値＝１）を表している。また、図７の実線は、実施例の遠視野特性を示し、破線は、比較例の遠視野特性を示している。
【００４１】
図７に示すように、回折格子５００がない場合の遠視野特性は、約０°において最大で、グラフの形状が略円形となった。このように、比較例の配光分布は、通常のＬＥＤの配光分布であるランバート分布であった。それに対し、回折格子５００を配置した実施例では、配光分布はランバート分布から外れ、−ｚ方向に強度のピークが移動した。このことから、回折格子５００を用いることにより、ＬＥＤ１００から射出される光を特定の方向（ここでは、−ｚ方向）に偏向し得ることが確認できた。
【００４２】
さらに、第１実施形態の導光板２００（図２）について、回折格子２３０を設けることによる効果をシミュレーションにより調査した。図８は、シミュレーションを行った際の導光板２００の形状を示す説明図である。シミュレーションでは、導光板２００の形状として、入光端面２１２の高さを０．５８ｍｍ、平坦部２２０の厚みを０．４３ｍｍ、傾斜部２１０の長さを１．１０ｍｍ、傾斜面２１４と出光面２２４とのなす角度を７．７７°、入光端面２１２から対向端面２２２間での距離（全長）を７８ｍｍとした。そして、比較例として、入光端面２１２に回折格子を設けない状態と、実施例として、図５に示す回折格子５００と同形状の凸部５２２を形成した状態とで、傾斜面２１４および出光面２２４のそれぞれから射出される光量（光束）を評価した。以下に示す表２は、ＬＥＤ１１０が射出する光量を同一値としたときの評価結果を示している。なお、表２では、光量を任意単位（ＡＵ）で示している。また、変化量は、回折格子２３０がない状態での射出光量を基準として、回折格子２３０を設けることによる射出光量の増減割合をパーセントで示している。
【表２】
2013101892.tif 000005
【００４３】
表２に示すように、傾斜面２１４から射出される光量は、回折格子を設けない比較例では０．０４２ＡＵであったのに対し、回折格子を設けた実施例では０．０２４ＡＵまで低下した。また、出光面２２４から射出される光量は、比較例では３５．１１２ＡＵであったのに対し、実施例では３５．８０６ＡＵまで上昇した。すなわち、入光端面２１２に回折格子を設けることにより、傾斜面２１４からの光の漏出は約４２％低減され、出光面２２４から射出される光量は約２％向上した。このことから、入光端面２１２に傾斜面２１４の傾斜方向（ｚ方向）について非対称な回折格子を設け、入射光を全体として傾斜面２１４（図２）の傾斜方向（−ｚ方向）に偏向させることにより、傾斜面２１４からの光の漏出を抑制するとともに、出光面２２４から射出される光量を増大させることが可能であることが確認できた。
【００４４】
Ｂ．第２実施形態:
図９は、第２実施形態における導光板２００ａの構成を示す説明図である。図９（ａ）は、導光板２００ａの全体を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）において点線で囲まれた領域を拡大した部分拡大図である。第２実施形態は、導光板２００ａの入光端面２１２ａの形状が異なる点で、第１実施形態と異なっている。他の点は、第１実施形態と同様である。
【００４５】
具体的に、第２実施形態では、ＬＥＤ１００（図２）と対向する入光端面２１２ａに三角柱状の複数のプリズム２４０が形成されている。これらの複数のプリズム２４０は、入光端面２１２ａの長手方向（ｘ方向）に間隔を空けて配置されている。これにより、入光端面２１２ａは、隣り合うプリズム２４０の間の間隙面２４２と、各プリズム２４０が有する２つのプリズム面２４４，２４６とにより構成される。間隙面２４２には、図９（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の形状を有する回折格子が形成されている。
【００４６】
このとき、プリズム２４０のプリズム面２４４，２４６に光線が入射すると、入射した光線は、その入射方向に応じて入光端面２１２ａの長手方向（ｘ方向）に屈折される。これにより、第２実施形態では、ＬＥＤ１００から射出された光は、入光端面２１２ａの長手方向に広げられるので、出光面２２４から射出される光のｘ方向の強度がより均一となる。
【００４７】
また、間隙面２４２に傾斜面２１４の傾斜方向（ｚ方向）について非対称な回折格子を形成することにより、間隙面２４２に入射した光は、全体として傾斜面２１４（図２）の傾斜方向に偏向される。そのため、第１実施形態と同様に、間隙面２４２への入射光が傾斜面２１４から漏出することを抑制することができる。
【００４８】
このように、第２実施形態は、間隙面２４２に入射した光が傾斜面２１４から漏出することを抑制するとともに、出光面２２４から射出される光のｘ方向の強度をより均一にできる点で、第１実施形態よりも好ましい。一方、第１実施形態は、入光端面２１２に入射した光全体について、傾斜面２１４からの漏出を抑制することができる点で、第２実施形態よりも好ましい。
【００４９】
なお、第２実施形態では、間隙面２４２のみに回折格子を形成しているが、間隙面２４２に加えプリズム面２４４，２４６に回折格子を形成しても良い。但し、プリズム面２４４，２４６に回折格子を形成する場合、導光板を形成するための金型などの作製が必ずしも容易でない。そのため、より容易に導光板２００ａを形成することが可能である点で、間隙面２４２のみに回折格子を形成するのが好ましい。
【００５０】
Ｃ．回折格子の変形例：
第１実施形態では、図２に示すように、導光板２００の入光端面２１２の全面に回折格子２３０を形成しているが、回折格子は、一般に、ＬＥＤ１００の発光面１３２と導光板２００の入光端面２１２との間に設けられ、ＬＥＤ１００の射出光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向に偏向させればよく、回折格子の構成は、以下の変形例で示すように種々変形することが可能である。
【００５１】
Ｃ１．回折格子の第１の変形例：
図１０は、第１の変形例における回折格子２３０ｂの構成を示す部分断面図である。第１の変形例では、図１０に示すように、ＬＥＤ１００の射出光が通過する領域である入光端面２１２ｂのうち、回折格子２３０ｂを入光端面２１２ｂの傾斜面２１４側の領域にのみ形成し、反射面２０２側の領域には回折格子２３０ｂを形成していない。他の点は、第１実施形態と同様である。
【００５２】
一般に、反射面２０２側において入射した光は、傾斜面２１４に到達せず、あるいは、平坦部２２０に近い位置で傾斜面２１４に到達するので、傾斜面２１４からの漏出は少ない。一方、傾斜面２１４側において入射した光は、回折格子２３０ｂにより傾斜面２１４の傾斜方向に偏向されるので、傾斜面２１４からの光の漏出が抑制される。そのため、回折格子２３０ｂを入光端面２１２ｂの傾斜面２１４側にのみ形成しても、傾斜面２１４からの光の漏出を抑制することができる。
【００５３】
第１の変形例のように、回折格子２３０ｂを入光端面２１２ｂの一部にのみ形成する場合、導光板２００ｂを形成するための金型等の加工量を低減することができる。そのため、第１の変形例の導光板２００ｂは、入光端面２１２の全面に回折格子２３０を形成した第１実施形態の導光板２００よりも、より容易に製造することが可能となる。一方、第１実施形態は、反射面２０２側において入射した光についても傾斜面２１４の傾斜方向に偏向することにより、傾斜面２１４への光の到達をより確実に抑制することができる。そのため、傾斜面２１４からの光の漏出をより確実に抑制することができる。
【００５４】
また、第１実施形態のように、入光端面２１２の全面に回折格子２３０を設けると、反射面２０２側の領域において反射面２０２方向（傾斜面２１４の傾斜方向）に傾いて入射した光が、回折格子２３０によりさらに反射面２０２方向に偏向される。そして、偏向された光が反射面２０２で反射された後、小さい入射角度で傾斜面２１４に到達し、傾斜面２１４から漏出する虞がある。そのため、第１の変形例のように、入光端面２１２ｂの反射面２０２側の領域に回折格子２３０ｂを設けないことにより、反射面２０２側の領域において反射面２０２方向（傾斜面２１４の傾斜方向）に傾いて入射した光が、回折格子２３０ｂによりさらに反射面２０２方向に偏向され、傾斜面２１４から漏出することを抑制することができる。
【００５５】
なお、第１の変形例では、入光端面２１２ｂにプリズムを形成していないが、第２実施形態のように入光端面２１２ａにプリズム２４０を形成した場合においても、傾斜面２１４側にのみ回折格子を形成するものとしても良い。
【００５６】
Ｃ２．回折格子の第２の変形例：
図１１は、第２の変形例における回折格子６１０の構成を示す部分断面図である。第２の変形例では、図１１に示すように、導光板２００ｃの入光端面２１２ｃには回折格子を形成せず、回折格子６１０が形成されたフィルム６００を、入光端面２１２ｃとＬＥＤ１００の発光面１３２との間に配置している。他の点は、第１実施形態と同様である。
【００５７】
回折格子６１０を形成したフィルム６００は、ロール転写等の周知の転写技術を用いて形成することができる。この場合、ロールツーロール方式等の生産方法で大面積のフィルムを製造することができるので、予め大面積のフィルムを形成し、そのフィルムから所定の大きさのフィルムを切り出すことにより、より安価に第２の変形例のフィルム６００を作製することができる。
【００５８】
また、第２の変形例では、回折格子６１０を導光板２００ｃとは別個の部材であるフィルム６００に形成することにより、導光板２００ｃの形状によらず、入光端面２１２ｃと発光面１３２との間に回折格子６１０を配置することができる。そのため、既存の導光板をほとんど変更することなく使用することができる。また、第２実施形態のように入光端面２１２ａにプリズム２４０を形成する場合においても、ＬＥＤ１００からの射出光全体を回折格子６１０に入射させることができる。この場合、プリズム２４０間の間隙面２４２を省略することも可能であるので出光面２２４から射出される光のｘ方向の強度をさらに均一化することがより容易となるとともに、ＬＥＤ１００からの射出光全体について傾斜面２１４からの漏出を抑制することができる。
【００５９】
さらに、第２の変形例では、回折格子６１０を導光板２００ｃとは別個の部材であるフィルム６００に形成することにより、ＬＥＤ１００の配光特性や導光板２００ｃの光学特性等に応じてより適切な回折特性を有する回折格子６１０を用いることができるので、傾斜面２１４側からの光の漏出や、出光面２２４からの射出光量のむらの発生をより効果的に抑制することが可能となる。
【００６０】
なお、第２の変形例では、フィルム６００の全面に回折格子６１０を形成しているが、第１の変形例と同様に、フィルム６００の全面（ＬＥＤ１００の射出光の通過領域）のうちの傾斜面２１４側の一部の領域にのみ回折格子６１０を形成しても良い。また、傾斜面２１４側の一部の領域にのみ全面に回折格子６１０が形成されたフィルム６００を配置してもよい。後者の場合、回折格子６１０が形成されておらず、厚みが回折格子６１０を形成したフィルムと同程度のフィルムを反射面２０２側に配置しても良い。
【００６１】
Ｃ３．回折格子の第３の変形例：
図１２は、第３の変形例における回折格子１４０の構成と機能を示す説明図である。図１２（ａ）は、第３の変形例における回折格子１４０の構成を示す部分断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）において点線で囲んだ領域を拡大した拡大断面図である。
【００６２】
第３の変形例では、図１２（ａ）に示すように、導光板２００ｃの入光端面２１２ｃには回折格子を形成せず、ＬＥＤ１００ｄの発光面１３２ｄに回折格子１４０を形成している。発光面１３２ｄに回折格子１４０を形成したＬＥＤ１００ｄは、トランスファーモールディングやコンプレッションモールディング等の金型を使用する封止技術を用いて封止部１３０ｄを形成することにより作製することができる。
【００６３】
第３の変形例では、回折格子１４０を構成する凸部１４２は、発光面１３２ｄの導光板２００ｃ側に形成され、ＬＥＤ１００ｄからの射出光は凸部１４２の形成方向に進行する。このように、第３の変形例では、光線の進行方向と凸部の形成方向が上記各実施形態と異なるので、上記各実施形態における凸部と異なる断面形状の凸部１４２を形成している。具体的には、図１２（ｂ）に示すように、凸部１４２は、傾斜が急な反射面２０２側の面１４４と、傾斜が緩やかな傾斜面２１４側の面１４６とによって構成されている。そのため、凸部１４２の頂点１４８は、凸部１４２の傾斜面２１４側に位置している。
【００６４】
図１２（ｃ）は、ＬＥＤ１００ｄに回折格子１４０を設けることにより配光特性が変化する様子を示している。図１２（ｃ）において、破線は回折格子１４０が形成されていないＬＥＤ１００の遠視野特性を示し、実線は発光面１３２ｄに回折格子１４０を形成したＬＥＤ１００ｄの遠視野特性を示している。図１２（ｃ）に示すように、回折格子１４０が形成されていないＬＥＤ１００の射出光の強度は、光軸Ｏ−Ｏ方向において最大となる。一方、図１２（ｂ）に示す回折格子１４０を形成したＬＥＤ１００ｄの射出光の強度は、光軸Ｏ−Ｏよりも傾斜面２１４の傾斜方向（−ｚ方向）に傾いた方向で最大となる。
【００６５】
このように、ＬＥＤ１００ｄの発光面１３２ｄに回折格子１４０を設けることによっても、ＬＥＤ１００ｄの射出光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向（反射面２０２方向）に偏向させることができる。そのため、第３の変形例によっても傾斜面２１４からの光の漏出を低減することができる。
【００６６】
また、第３の変形例では、回折格子１４０をＬＥＤ１００ｄの発光面１３２ｄに形成することにより、導光板２００ｃの形状によらず、回折格子１４０により偏向された光を入光端面２１２ｃに入射させることができる。そのため、第２の変形例と同様に、既存の導光板をほとんど変更することなく使用することができる。また、第２実施形態のように入光端面２１２ａにプリズム２４０を形成する場合においても、偏向された光を入光端面２１２ａに入射させることができる。そのため、プリズム２４０間の間隙面２４２を省略することも可能であるので出光面２２４から射出される光のｘ方向の強度をさらに均一化することがより容易となるとともに、ＬＥＤ１００ｄからの射出光全体について傾斜面２１４からの漏出を抑制することができる。
【００６７】
なお、第３の変形例では、発光面１３２ｄの全面に回折格子１４０を形成しているが、第１の変形例と同様に、発光面１３２ｄの全面（ＬＥＤ１００ｄの射出光の通過領域）のうちの傾斜面２１４側の一部の領域にのみ回折格子１４０を形成しても良い。この場合においても、第１の変形例と同様に、封止に使用する金型等の加工量を低減することができるので、より容易に回折格子１４０が形成されたＬＥＤ１００ｄを製造することができる。
【００６８】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６９】
Ｄ１．変形例１：
【００７０】
上記各実施形態および回折格子の各変形例では、ＬＥＤ１００，１００ｄの発光面１３２，１３２ｄと入光端面２１２，２１２ａ〜２１２ｃとの間に単一種類の回折格子２３０，２３０ｂ，６１０，１４０を設けているが、ＬＥＤ１００，１００ｄの射出光が通過する領域のうちの部分領域ごとに異なる種類の回折格子を設けるものとしても良い。例えば、入光端面の傾斜面２１４側の領域と入光端面２１２の反射面２０２側の領域とで、回折特性の異なる回折格子を設けることも可能である。この場合、傾斜面２１４側の領域に格子間隔が短い回折格子を形成し、反射面２０２側の領域に格子間隔が長い回折格子を形成するものとしても良い。この場合、傾斜面２１４方向に傾いて入射した光の傾斜面２１４からの漏出が抑制可能であるとともに、反射面２０２に近い領域から入射した光については、偏向量を小さくすることで、回折格子の第１の変形例のように、反射面２０２側の領域において反射面２０２方向（傾斜面２１４の傾斜方向）に傾いて入射した光が、回折格子２３０ｂによりさらに反射面２０２方向に偏向され、傾斜面２１４から漏出することを抑制することができる。
【００７１】
Ｄ２．変形例２：
上記各実施形態および回折格子の各変形例では、傾斜面２１４を出光面２２４側に設けているが、反射面２０２側に傾斜面を設け、出光面２２４側を平坦とすることも可能である。この場合においても、回折格子によりＬＥＤからの射出光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向に偏向させることにより、傾斜面からの光の漏出を抑制することができる。但し、この場合、図１に示すように拡散シート３００および集光シート４００を積層することによる厚みの増大分に傾斜面を設けることによる導光板２００の厚みの増大分が加わることにより、面状照明装置１０の厚みが増大する。そのため、上記各実施形態および回折格子の各変形例に示すように、傾斜面２１４を出光面２２４側に設けるのがより好ましい。
【００７２】
Ｄ３．変形例３：
上記各実施形態および変形例では、ＬＥＤ１００，１００ｄから射出される光を全体として傾斜面２１４の傾斜方向に偏向させるために回折格子２３０，２３０ｂ，６１０，１４０を用いているが、回折格子２３０，２３０ｂ，６１０，１４０に替えて種々の回折光学素子を用いることも可能である。回折光学素子としては、例えば、ホログラムを用いてフォトポリマ材料に形成されるホログラフィック光学素子を使用することも可能である。但し、回折格子２３０，２３０ｂ，６１０，１４０は、ダイヤモンドバイトを用いた切削により金型に溝を形成することにより作製することができるので、ホログラフィック光学素子よりも容易に作成することができる。
【００７３】
Ｄ４．変形例４：
上記各実施形態および変形例では、面状照明装置１０の光源として略点光源のＬＥＤ１００，１００ｄを用いているが、光源としては、このようなＬＥＤ１００，１００ｄの他、ＬＥＤアレイ、冷陰極線管、あるいはエレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electro Luminescence）素子などの種々の発光素子を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…面状照明装置
１００…ＬＥＤ
１１０…ＬＥＤチップ
１２０…ランプハウス
１２２…凹部
１３０，１３０ｄ…封止部
１３２，１３２ｄ…発光面
１４０…回折格子
１４２…凸部
１４４，１４６…面
１４８…頂点
２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ…導光板
２０２…反射面
２１０…傾斜部
２１２，２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃ…入光端面
２１４…傾斜面
２２０…平坦部
２２２…対向端面
２２４…出光面
２３０，２３０ｂ…回折格子
２３２…凸部
２４０…プリズム
２４２…間隙面
２４４，２４６…プリズム面
３００…拡散シート
４００…集光シート
５００…回折格子
５１０…樹脂板
５２２…凸部
５２４…斜面
５２８…頂点
６００…フィルム
６１０…回折格子
【図１】
2013101892.tif 000006
【図２】
2013101892.tif 000007
【図３】
2013101892.tif 000008
【図４】
2013101892.tif 000009
【図５】
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【図７】
2013101892.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013101892.tif 000014
【図１１】
2013101892.tif 000015
【図１２】
2013101892.tif 000016
【図６】
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