JP2011054443A - 拡散材、導光体ユニット、および面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散効果を高め、均一な面発光を実現する。
【解決手段】入射した光を拡散させて出射する拡散シート１２であって、光を散乱させる複数の拡散層１２ａ、１２ｂが積層されているので、拡散効果を高め、均一な面発光を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を拡散させる拡散材、拡散材を備える導光体ユニット、およびこれを備える面光源装置に関する。

液晶表示装置などの表示装置は、携帯電話機、デジタルカメラ、携帯ゲーム機、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、および薄型テレビジョンなどの様々な電子装置に設けられる。液晶表示装置は、自発光機能を持たない表示装置であるので、たとえば背面から光を照らすバックライトシステムなどと一体に用いられることが多い。

バックライトシステムとしては、光源を導光体のエッジ部（側部）に設けるエッジライト型バックライトと、光源を表示画面の直下に設ける直下型バックライトとが用いられている。エッジライト型バックライトは、冷陰極管、ＬＥＤなどといった光源により導光体のエッジ部から導光体内に入射させた光を導光体の一方の主面（出射面）から出射させる方式を用いて、液晶ディスプレイなどを面照明させるものである。導光体は、エッジ部から導光体内に入射した光を、導光体内部において方向転換させるとともに表示領域内において均一になるように拡散させて、出射面から出射させる。

導光体から出射される光を拡散させるための拡散材として、特許文献１に開示された背面照光装置用拡散材は、導光板の上部に拡散層を有しており、この拡散層が、主材としてアクリル系紫外線硬化形塗料を使用し、主材に対して４０から６０重量％の方解石を添加含有し、さらに主材に対して２５から３５重量％のビーズを添加含有することが記載されている。

特開平０７−０６３９０６号公報（１９９５年３月１０日公開）

特許文献１に記載された拡散材では、拡散効果が小さいうえ、導光板材料と拡散層との屈折率の差がほとんどないため、輝度分布を均一にすることが困難である。したがって、輝度ムラを生じさせてしまうという問題を有している。

本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、拡散効果を高め、均一な面発光を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る拡散材は、入射した光を拡散させて出射する拡散材であって、光を散乱させる複数の拡散層が積層されていることを特徴とする。

上記の構成であれば、光を散乱させる拡散層を多重に配置するので、拡散層ごとに光を繰り返し散乱させることにより、効率よく散乱させることができる。そのため、光の拡散効果を高めることができるので、面光源装置に使用すれば、均一な面発光を実現できる。

また、本発明に係る拡散材では、上記拡散層の少なくとも１つは、微細な凹凸が形成されている拡散面を備え、当該拡散面において光を屈折させるものであることが好ましい。

上記の構成であれば、拡散面に形成された微細な凹凸によって、光をより効率よく散乱させることができるので、光の拡散効果をより高めることができる。また、拡散面が多重に構成されれば、それぞれの拡散層における多重反射、多重屈折などが起こらないため、光の内部損失を少なくすることができるので、正面輝度を高めることができる。したがって、高輝度で均一な面発光を実現させることができる。

また、本発明に係る拡散材では、上記拡散層の少なくとも２つは、微細な凹凸が形成されている拡散面を備え、当該拡散面において光を屈折させるものであり、上記拡散面の凹凸の大きさまたは密度は、上記拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に段階的に小さくなっていることが好ましい。

上記の構成であれば、拡散面の凹凸の大きさまたは密度が、拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に段階的に小さいので、拡散面において光が拡散される度合いが、入射した光が出射する方向に段階的に小さくなる。これにより、屈折率差が比較的小さい拡散層間における拡散効果を高めることができる。また、光が出射される側に近い拡散面での光の散乱の度合いが小さくなるため、光のエネルギー損失を少なくできるので、正面輝度を高めることができる。したがって、より均一で高輝度な面発光を実現できる。

また、本発明に係る拡散材では、上記拡散層の少なくとも１つは、光を屈折させる複数の拡散部が内部に分散されていることが好ましい。

上記の構成であれば、拡散層の内部で、複数の拡散部により光が屈折して向きが変更されることによって、光が散乱される。光が拡散層の内部において散乱するため、散乱による光のエネルギー損失を軽減させることができるので、正面輝度を高めることができる。また、高い拡散効果を有する拡散層を簡易に作製することができる。したがって、より均一で高輝度な面発光を容易に実現できる。

また、本発明に係る拡散材では、上記拡散層の少なくとも１つは、紫外線により硬化した樹脂により構成されていることが好ましい。

上記の構成であれば、樹脂を塗布した後に紫外線を照射することにより、種々の基材等の上に拡散層を容易に作製することができる。

本発明に係る導光体ユニットは、上述したいずれかの拡散材と、入射した光を出射させる出射面を有する導光体とを備えた導光体ユニットであって、上記拡散材は、上記出射面から出射した光を拡散させるものであり、上記出射面上に、上記拡散材における複数の拡散層同士が積層されていることを特徴とする。

上記の構成であれば、導光体の出射面上に拡散層同士を多重に配置するので、導光体から出射された光を拡散材により効率よく拡散させて出射させることができる。これにより、輝度の面内分布を均一化させることができる。したがって、均一な面発光を実現できる。

また、本発明に係る導光体ユニットでは、上記拡散層のうち上記導光体に最も近い拡散層は、樹脂により構成され、上記出射面上に直接塗布されて形成されたものであることが好ましい。

上記の構成であれば、導光体上に拡散層が直接形成されるので、導光体と拡散層との間にシート状の基材等を設ける必要がなく、導光体ユニットを薄型化できる。したがって、導光体ユニットが備えられる機器の薄型化にも貢献できる。また、材料が少ないうえ、製造工程を減らすことができるので、製造コストを低減させることができる。

また、本発明に係る導光体ユニットでは、上記拡散層の屈折率は、上記拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に段階的に大きいことが好ましい。

上記の構成であれば、各拡散層の界面における光の全反射を防止できるので、正面輝度を高めることができる。また、当該界面において光を屈折させることができるので、より拡散効果を高めることができる。これにより、輝度の面内分布をより均一化させることができるとともに、面内全体の輝度を上昇させることで面内均一性をより向上させることができる。したがって、より高輝度で均一な面発光を実現させることができる。

また、本発明に係る導光体ユニットでは、上記拡散層のうち上記導光体に最も近い拡散層の屈折率が、上記導光体の屈折率より小さいことが好ましい。

上記の構成であれば、導光体の導光機能を損なうことがないため、出射面から出射される光の強度の分布を、より均一にすることができる。

また、本発明に係る導光体ユニットでは、上記拡散層のうち上記導光体から最も遠い拡散層の屈折率が、上記導光体の屈折率より大きいことが好ましい。

上記の構成であれば、導光体から最も遠い拡散層から外部に光が出射される際に、この拡散層と外部との界面における光の屈折が大きくなるため、より拡散効果を高めることができる。

また、本発明に係る導光体ユニットでは、上記導光体内における上記出射面とは反対側の背面には、光の向きを上記出射面の方向に変換させる光路変換部が設けられていることが好ましい。

上記の構成であれば、導光体内の光を出射面の方向に効率よく導光させることができるので、出射する光の輝度を高めることができる。

また、本発明に係る導光体ユニットでは、上記導光体における上記出射面とは反対側の背面に対向して設けられ、上記導光体内において当該背面に到達した光を反射する、反射材をさらに備えていることが好ましい。

上記の構成であれば、導光体内において背面に到達した光を導光体内に戻すことができるため、導光体からの光の損失を少なくすることができ、光の輝度をより高めることができる。

本発明に係る面光源装置は、上述したいずれかの導光体ユニットと、光源とを備えることを特徴とする。

上記の構成であれば、光強度の分布が均一な面光源装置を実現できる。

本発明に係る拡散材は、以上のように、入射した光を拡散させて出射する拡散材であって、光を散乱させる複数の拡散層が積層されているので、拡散効果を高め、均一な面発光を実現できる。

本発明に係る面光源装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。 図１に示す面光源装置の拡散シートの一部を示す側面図である。 第１実施形態の面光源装置が備える拡散シートの変形例を示す側面図である。 第１実施形態の面光源装置が備える拡散シートの他の変形例を示す側面図である。 第１実施形態の面光源装置が備える拡散シートの他の変形例を示す側面図である。 本発明に係る面光源装置の一実施形態における変形例を示す側面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る面光源装置が備える拡散層の例を示す側面図であり、（ａ）は、図１に示す面光源装置が備える拡散層の側面図であり、（ｂ）は、図３に示す拡散シートにおける拡散層の側面図である。 本発明に係る面光源装置が備えるプリズムシートの一例を示す側面図である。 本発明に係る面光源装置の他の実施形態を模式的に示す側面図である。 本発明に係る面光源装置の他の実施形態における変形例を示す側面図である。 本発明に係る面光源装置の他の実施形態を模式的に示す側面図である。 図１１に示す面光源装置の一部を示す側面図である。 （ａ）は、入射面近傍の正面輝度を測定する際の実施例または比較例の面光源装置を出射面側から見た図であり、（ｂ）は、実施例および比較例の面光源装置について、入射面近傍の正面輝度を測定した結果を示すグラフである。 （ａ）は、正面輝度の面内分布を測定する際の実施例または比較例の面光源装置を出射面側から見た図であり、（ｂ）は、実施例および比較例の面光源装置について、正面輝度の面内分布を測定した結果を示すグラフである。 （ａ）は、輝度の角度分布を測定する際の実施例または比較例の面光源装置を、入射面側の斜め上方から見た図であり、（ｂ）は、実施例および比較例の面光源装置について、輝度の角度分布を測定した結果を示すグラフである。 本発明に係る面光源装置の比較例を示す側面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、図１および図２を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る面光源装置の一実施形態を模式的に示す側面図である。なお、図１では、理解を容易にするために一部を仮想的に示す。

面光源装置１Ａは、対象物を照明するための装置である。本実施形態においては、透過型の液晶表示装置における液晶表示パネル（図示せず）を照明するバックライト装置として使用する面光源装置１Ａを例にして説明する。面光源装置１Ａは、たとえば液晶表示パネルに対向して設けられ、画像等を表示する表示画面側とは反対側から、対象物である液晶表示パネルを照明する。

本実施形態における面光源装置１Ａは、図１に示すように、反射シート１５（反射材）、導光体１０、拡散シート１２（拡散材）、およびプリズムシート１３、１４がこの順に積層され、さらに光源１７を備えている、エッジライト式（サイドライト式ともいう）の面光源装置１Ａである。

まず、拡散シート１２について説明する。

（拡散シート１２）
拡散シート１２は、面光源装置１Ａの導光体１０から出射する光を散乱させ、拡散させて出射させるものである。

図２は、図１に示す面光源装置の拡散シートの一部を示す側面図である。拡散シート１２は、基材１１上に、２層の拡散層１２ａ、１２ｂ同士を積層させたシートであり、基材１１側から光が入射され、拡散層１２ａ、１２ｂを介して当該光を拡散させて出射させるものである。

基材１１は、シート状の基材であり、薄く、かつ丈夫なフィルム状のものが好ましく、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を用いることができる。

拡散層１２ａ、１２ｂは、基材１１側から入射する光の向きを変えて散乱させる層であり、光が出射する面には、微細な凹凸が形成された凹凸面１２ａ’、１２ｂ’（拡散面）が形成されている。また、拡散層１２ａと拡散層１２ｂとは異なる屈折率を有している。このように、拡散シート１２は、異なる屈折率を有する２層の拡散層１２ａ、１２ｂ同士を積層させることにより、微細な凹凸が形成された凹凸面１２ａ’、１２ｂ’が２層に構成される。

微細な凹凸とは、凹部または凸部の高さ方向（深さ方向）の断面における高さと底辺との比率の平均が１：１（アスペクト比１）である場合、凹部の深さ、または凸部の高さ（凹凸の大きさ）が０．１〜５００μｍ、および凹部または凸部の密度が１，０００，０００〜１００，０００，０００，０００，０００個／ｍ^２の範囲内のランダムな凹凸であることが好ましい。なお、凹部または凸部のアスペクト比は上述したものには限られない。したがってたとえば凹部または凸部のアスペクト比が１よりも小さい場合には、凹部または凸部の密度は、上述した密度よりも小さくてもよい。なお、凹凸とは、上述したものに限らず極めて細かい凹凸であればよく、ランダムな凹凸であることが好ましい。すなわち、同形状の凹凸が並んでいないものであることが好ましい。これにより、凹凸面１２ａ’、１２ｂ’に達した光は、凹凸により屈折されてランダムに向きが変更されることによって散乱される。

本実施形態では、拡散層１２ａに基材１１側から入射した光は、凹凸面１２ａ’に形成された凹凸により散乱されて拡散層１２ｂに入射する。そして拡散層１２ｂに入射した光は、凹凸面１２ｂ’に形成された凹凸によりさらに散乱されて出射する。

拡散層１２ｂの屈折率は、拡散層１２ａの屈折率よりも大きいものである。これにより、拡散層１２ａと拡散層１２ｂとの間の界面における光の全反射を防止することにより、光の正面輝度を高めるとともに、界面での光の屈折によって拡散効果を高めることができる。

拡散層１２ａ、１２ｂとしては、光学的に透明な固体材料などを用いることができる。たとえば樹脂、ガラス（ケイ素化合物）などが挙げられる。たとえば、紫外線により硬化する樹脂（以下、「紫外線硬化型樹脂」と略す。）であれば、基材１１上に樹脂を塗布した後に微細な凹凸を有する金型（以下、「微細凹凸金型」と略す。）等を押し当てながら紫外線を照射することにより、凹凸面１２ａ’、１２ｂ’が形成された拡散層１２ａ、１２ｂを容易に作製することができるため、好ましい。微細凹凸金型としては、紫外線を透過する石英等の材料からなるものを用いることができる。

また、凹凸面１２ａ’、１２ｂ’は、たとえばサンドブラスト法等により凹凸の大きさの微調整を行うことができる。

なお、凹凸面１２ａ’と凹凸面１２ｂ’とにおける凹凸の大きさおよび密度は同一であってもよいが、異なっていてもよい。すなわち、本発明における拡散面に形成される凹凸の大きさおよび密度は、拡散層ごとに同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、それぞれの凹凸面において隣り合った凹部同士、または隣り合った凸部同士の大きさは、ランダムなものであってもよい。また、凹凸の密度は、１つの凹凸面内において一様でなくてもよい。また、凹凸は、微細であるほど、光を効率よく散乱させることができる。

また、本発明における拡散面は、本実施形態のように凹凸が形成されたものであれば、上述した紫外線硬化型樹脂および微細凹凸金型を用いる方法などにより、低コストで簡易に拡散面を作製することができるため好ましい。また、拡散面は、入射する光を散乱するものであればよく、球状のビーズ等を敷き詰めたものなどであってもよい。

また、本発明における拡散面は、光が出射する面に限らず、光が入射する面に形成されていてもよく、これらの両方の面に形成されていてもよい。

本実施形態における拡散シート１２は、２層の拡散層１２ａ、１２ｂ同士を積層させる構成であるため、２層に構成された凹凸面１２ａ’、１２ｂ’により光を効率よく散乱させることができ、拡散効果が高まることにより光を均一化させることができる。また、２重に構成された凹凸面１２ａ’、１２ｂ’により光を拡散させるので、それぞれの拡散層において多重反射、多重屈折などによる光の内部損失を少なくすることができるため、光の輝度を高めることができる。

なお、本発明の拡散材は、上述した実施形態に限定されず、拡散面が形成された、３層以上の拡散層同士を積層させたものでもよい。これにより、拡散面が多重に構成されるので、より光を均一化させることができる。

ここで、本実施形態における拡散シート１２の変形例について図３〜図５を参照して説明する。

（拡散シート１２の変形例１）
図３は、第１実施形態の面光源装置が備える拡散シートの変形例を示す側面図である。図３に示す拡散シート４２（拡散材）は、基材１１上に、２層の拡散層４２ａ、４２ｂ同士を積層させたシートである。

拡散層４２ａ、４２ｂは、複数のビーズ４２ａ’、４２ｂ’（拡散部）が内部に分散された層であり、たとえば樹脂などを用いることができる。また、拡散層４２ａ、４２ｂは、それぞれ異なる屈折率を有する材料からなっていてもよく、拡散層４２ｂの屈折率は、拡散層４２ａの屈折率より大きいことが好ましい。

ビーズ４２ａ’、４２ｂ’は、拡散層４２ａ、４２ｂの内部にランダムに分散されており、光を屈折させることによって光の向きをランダムな方向に変更させる構造物である。具体的には、ビーズ４２ａ’、４２ｂ’は、拡散層４２ａ、４２ｂを構成する材料とは異なる屈折率を有する材料により構成される構造物である。ビーズ４２ａ’、４２ｂ’としては、光学的に透明な固体材料、光を反射する部材などを用いることができる。たとえばガラス（ケイ素化合物）、反射材などが挙げられる。反射材としては、光を吸収しにくいものであることが好ましい。拡散層４２ａ、４２ｂに入射した光は、ビーズ４２ａ’、４２ｂ’により屈折されてランダムに向きが変更されることによって散乱される。

本変形例においては、基材１１側から拡散層４２ａに入射した光は、ビーズ４２ａ’により散乱されて拡散層４２ｂに入射する。そして拡散層４２ｂに入射した光は、ビーズ４２ｂ’によりさらに散乱されて出射する。

本変形例では、拡散層４２ａ、４２ｂの内部において光が散乱するので、散乱による光のエネルギー損失を軽減させることができる。また、高い拡散効果を有する拡散層４２ａ、４２ｂを簡易に作製することができる。したがって、より均一で高輝度な面発光を容易に実現できる。

（拡散シート１２の変形例２）
図４は、第１実施形態の面光源装置が備える拡散シートの他の変形例を示す側面図である。図４に示す拡散シート５２（拡散材）は、基材１１上に、２層の拡散層５２ａ、５２ｂ同士を積層させたシートである。

拡散層５２ａは、複数のビーズ５２ａ’（拡散部）が内部に分散されている。拡散層５２ａ、ビーズ５２ａ’としては、上述した拡散層４２ａ、ビーズ４２ａ’、４２ｂ’と同一のものを用いることができる。

拡散層５２ｂは、微細な凹凸が形成された凹凸面５２ｂ’（拡散面）を備えている。拡散層５２ｂ、凹凸面５２ｂ’としては、上述した拡散層１２ａ、凹凸面１２ａ’、１２ｂ’と同一のものを用いることができる。

本変形例においては、基材１１側から拡散層５２ａに入射した光は、ビーズ５２ａ’により散乱されて拡散層５２ｂに入射する。そして、拡散層５２ｂに入射した光は、凹凸面５２ｂ’に形成された凹凸によりさらに散乱されて出射する。

本変形例では、拡散層５２ａの内部において光が散乱するので、散乱による光のエネルギー損失を軽減させることができる。また、拡散層５２ａにおいて散乱された光を、拡散層５２ｂの凹凸面５２ｂ’においてさらに散乱させることができるので、光を効率よく散乱させ、拡散させて出射させることができ、均一で高輝度な面発光を容易に実現できる。

（拡散シート１２の変形例３）
図５は、第１実施形態の面光源装置が備える拡散シートの他の変形例を示す側面図である。図５に示す拡散シート６２（拡散材）は、基材１１上に、２層の拡散層６２ａ、６２ｂ同士を積層させたシートである。

拡散層６２ａ、６２ｂは、それぞれ微細な凹凸が形成された凹凸面６２ａ’、６２ｂ’（拡散面）を備えている。拡散層６２ａ、６２ｂの材料、凹凸面６２ａ’、６２ｂ’の形状としては、上述した拡散層１２ａ、１２ｂ、凹凸面１２ａ’、１２ｂ’と同一のものを用いることができる。

本変形例においては、凹凸面６２ｂ’における凹凸の大きさおよび密度は、凹凸面６２ａ’における凹凸の大きさおよび密度よりも小さくなっている。すなわち、凹凸面６２ｂ’における凹凸の大きさは、凹凸面６２ａ’における凹凸よりも小さく、凹凸面６２ｂ’における凹凸の密度は、凹凸面６２ａ’における凹凸の密度よりも小さい。

上述した構成により、屈折率差が比較的小さい拡散層６２ａと拡散層６２ｂとの間における拡散効果が高まるとともに、拡散層６２ｂと外部との間では、凹凸面６２ｂ’での光の散乱の度合いが小さくなるので、光のエネルギー損失を軽減させることができる。したがって、より均一で高輝度な面発光を実現できる。

なお、本発明における拡散層が備える拡散面における凹凸の大きさまたは密度は、上述した例のように、拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に、すなわち導光体から離れるにしたがって、段階的に小さくなるように変化していることが好ましい。換言すれば、各拡散面において光が拡散される度合いが拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に、段階的に小さくなっていることが好ましい。このように光の拡散度を調整することにより、屈折率差が比較的小さい拡散層間における拡散効果を高めるとともに、導光体から最も遠い拡散層と外部との間では、拡散面での光の散乱の度合いが小さくなるので、光のエネルギー損失を軽減させることができる。したがって、より均一で高輝度な面発光を実現できる。

（拡散層が光を散乱させる仕組み）
ここで、本発明における拡散層が光を散乱させる仕組みについて、図７（ａ）〜（ｂ）を参照して以下に説明する。図７（ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る面光源装置が備える拡散層の例を示す側面図であり、図７（ａ）は、図１に示す面光源装置が備える拡散層の側面図であり、図７（ｂ）は、図３に示す拡散シートにおける拡散層の側面図である。

図７（ａ）に示す拡散層１２ａでは、入射した光は、凹凸面１２ａ’においてその向きが変更される。ここで、凹凸面１２ａ’の凹凸は微細であるため、入射位置がごくわずかに異なる２つの平行な光線Ａ、Ｂが凹凸面１２ａ’に達すると、多くの場合、その向きが互いに異なる方向に変更されて出射される。これにより、入射した光を散乱させることができる。

また、図７（ｂ）に示す拡散層４２ａでは、入射した光は、内部に分散した球状のビーズ４２ａ’によってその向きが変更される。ここで、入射位置がごくわずかに異なる２つの平行な光線Ａ、Ｂは、ビーズ４２ａ’により、多くの場合、その向きが互いに異なる方向に変更されて出射される。これにより、入射した光を散乱させることができる。

このように、本発明における拡散層は、入射位置が近く、かつ平行な２つの光線の向きを異なった方向に変更させるものであり、この作用によって入射した光を散乱させるものである。

（面光源装置１Ａ）
次に、面光源装置１Ａの構成について説明する。

導光体１０は、透光性を備えた平板状の構造物である。導光体１０は、厚み方向に垂直な仮想平面（以下、ＸＹ平面とする）における断面が略矩形状、すなわち略長方形状であり、厚み方向における両側の表面が主面であり、そのうちの一方は、光を出射させる出射面１０ｂである。また、当該主面の他方を背面１０ｃとする。

また、導光体１０の一方の端面は、光源１７からの光が入射する入光部である入射面１０ａとなっている。導光体１０は、入射面１０ａから入射する光を拡散させて出射面１０ｂから出射するように導光する。なお、入射面１０ａは、平坦状であってもよいが、光を拡散させるためのパターンが施されていてもよい。当該パターンにより、光源近傍の輝度ムラを減少させることができる。

導光体１０としては、少なくとも透光性を有しており、また成形性に優れた材料からなることが好ましく、たとえばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン樹脂、および機能性を有するノルボルネン系樹脂などの透光性樹脂などを用いることができる。また、導光体１０の出射面１０ｂおよび背面１０ｃの形状などを選定することによって光が進む方向を調節することができるので、導光体１０に用いる材料は、その屈折率により制約を受けることはなく、いかなる屈折率のものでも用いることができる。導光体１０の屈折率の例としては、たとえばアクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂を用いた場合には、１．４９〜１．５９程度である。

ここで、導光体１０の厚み方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直であって入射面１０ａに平行な方向をＸ方向、Ｚ方向およびＸ方向に垂直、すなわち入射面１０ａに垂直な方向をＹ方向と定義する。各図において、これらＸ、Ｙ、Ｚ方向を矢符Ｘ、Ｙ、Ｚで表す。

導光体１０の出射面１０ｂおよび背面１０ｃは、導光体１０内部からこれらの面に到達した光を、導光体１０内部においてＹ方向に沿って導くように構成される。

導光体１０の背面１０ｃには、光路を変換するための光路変換部１６が設けられている。光路変換部１６は、球の一部を構成する形状、たとえば半球状、を有する構造体であり、Ｙ方向に向かう光をＺ方向に変換する。光路変換部１６は、導光体１０と一体に形成されてもよく、この場合には導光体１０と同じ材料により構成されてもよい。また、光路変換部１６としては、たとえば樹脂材料、ガラス（ケイ素化合物）、光学的に透明な固体材料などを用いることができる。

光路変換部１６は、背面１０ｃ内に多数設けられており、光源１７から遠くなるほど密度が大きくなるように配置されている。これにより、光源１７から遠くなるほど、光の向きを効率よくＺ方向に変換させることができるので、光源１７から導光体１０内に入射した光を光源１７から遠い位置まで良好に導光させることにより、輝度の面内分布を均一化させることができる。

拡散シート１２は、導光体１０の出射面１０ｂ上に設けられ、出射面１０ｂ上に拡散層１２ａ、１２ｂ同士が積層される。これにより、出射面１０ｂから出射した光は、拡散シート１２により拡散して出射される。

プリズムシート１３、１４は、入射する光の向きを一定の向きに変更させて出射する光学部材であり、導光体１０の出射面１０ｂ上、かつ拡散シート１２上に設けられる。プリズムシート１３、１４の詳細な構造について、図８を参照して説明する。図８は、本発明に係る面光源装置が備えるプリズムシートの一例を示す側面図である。

プリズムシート１４における、出射面１０ｂに対向する面とは反対側の面には、出射面１０ｂ側から入射する光の方向をＺ方向に略平行に変換させるプリズム部が設けられている。プリズム部は、一方向に延びる横倒しの三角柱の形状を有する複数のプリズム１４’が、当該一方向と直交する方向に等間隔に並んだものである。たとえば、Ｘ方向に略平行に延びる複数のプリズム１４’が、Ｙ方向に等間隔のピッチにて並んだものである。これにより、入射位置がごくわずかに異なる２つの平行な光線Ａ、Ｂは、プリズム１４’によって同一の方向に光の向きが変更される。これにより、プリズムシートは、入射した光を集め、いわゆる集光させることができる。

隣接するプリズム１４’間の寸法（プリズム単位ピッチ）は、たとえば１０μｍ以上５ｍｍ以下に設定される。また、プリズム１４’の頂角は、たとえば５０度以上１２０度以下に設定される。

なお、プリズムシート１３もプリズムシート１４と同一の構成であり、プリズムシート１３とプリズムシート１４とは、それぞれのプリズム部におけるプリズムが並ぶ方向が互いに直交するように配置されている。これにより、光の方向をＺ方向に略平行に効率よく変換させることができる。したがって、プリズムシート１３、１４により、入射した光をＺ方向に沿った光として集めることができるため、正面輝度を高くすることができる。

プリズムシート１３、１４としては、可視光透過率が高く、屈折率が比較的高い材料を用いることが好ましく、たとえば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂などが挙げられる。なかでも、活性エネルギー線硬化型樹脂が、耐擦傷性、取り扱いの容易性、生産性等の観点からより好ましい。

反射シート１５は、導光体１０の背面１０ｃに対向して設けられ、光を反射する性質を有するシートである。反射シート１５は、導光体１０の背面１０ｃに到達した光を導光体１０内部に反射する。なお、反射シート１５としては、光の反射性が高いものが好ましく、入射する光に対する反射率が略１．０であるものがより好ましい。反射シート１５に用いる材料としては、たとえば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。また、反射シート１５は、たとえば反射率が１．０に近い薄膜などであってもよい。これにより、導光体１０内において背面１０ｃに到達した光を導光体１０内部に反射して戻すことができ、導光体１０からの光の損失を最小限にとどめることができる。

光源１７は、導光体１０の入射面１０ａに向けて光を出射する光源である。光源１７には、少なくとも１つの発光素子（図示せず）と、発光素子を支持する支持部（図示せず）とを備えている。

発光素子は、電源（図示せず）により供給される電力により、入射面１０ａに向けて放射状に光を出射する。発光素子としては、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤとも略す）などが挙げられる。発光素子は、光を発生する半導体素子と、これを被覆する透光性樹脂とを備えている。

半導体素子としては、たとえば窒化物系化合物半導体であって、下記式（Ｉ）に示す一般式で表されるものが好適に用いられる。

Ｉｎ_ｉＧａ_ｊＡｌ_ｋＮ・・・（Ｉ）
上記式（Ｉ）中、ｉ、ｊ、およびｋは、それぞれインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、およびＡｌの原子比を表し、それぞれ０以上の数を表し、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１を満たす。また、窒化物系化合物半導体としては、ＩｎＧａＮ、各種不純物がドープされたＧａＮなど、種々のものが挙げられる。

半導体素子は、たとえばＩｎＧａＮ、ＧａＮなどの半導体をＭＯＣＶＤ法などによって成長させることにより、基板上に形成された発光層である。半導体素子の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造、ダブルへテロ構造などが挙げられる。このようにして形成された窒化物系化合物半導体の層では、その材料、結晶度などによって発生させる光の波長を種々選択することができる。また、半導体素子として、量子効果を生ずる薄膜により形成させた半導体からなる活性層を用い、単一量子井戸構造、多量子井戸構造などとしたものを用いてもよい。

透光性樹脂は、半導体素子から発生した光を吸収して、当該光の波長を変換し、異なる波長の光を発生させる蛍光体を含有してもよい。これにより、外部に出射される光の波長を変換することが可能になる。たとえば、半導体素子が光として紫外線を発生させる場合には、蛍光体は、紫外線によって励起されて紫外線または可視光を発生させるものであってもよい。また、半導体素子が光として可視光を発生させる場合は、蛍光体として、可視光を吸収して当該可視光よりも長波長の可視光を発生させることができる蛍光物質を用いてもよい。半導体素子と蛍光体とを組み合わせることによって、様々な色調を有する混合色の光を発生させることが可能になる。

蛍光物質としては、たとえば、半導体素子からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、ペリレン形誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、およびＹＡＧ：Ｃｅなどの有機蛍光体、ＥｕおよびＣｒの少なくともいずれか一方により付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２などの無機蛍光体、などが種々好適に用いられる。蛍光物質として、特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いる場合には、その含有量によって、たとえば発光素子が発生させる青色光と、当該蛍光物質が当該青色光を一部吸収して発生させた補色となる黄色系の光とから、白色系の光を比較的簡単に、信頼性よく発生させることができるため好ましい。同様に、蛍光物質として無機蛍光体を用いる場合には、その含有量によって、発光素子が発生させる青色光と、当該蛍光物質がその光を一部吸収して発生させた補色となる赤色系の光とから、白色系の光を比較的簡単に、信頼性よく発生させることができるため好ましい。

支持部は、発光素子を固定させるものであり、発光素子が光を出射する領域を除いて、発光素子の周囲を覆って設けられる。なお、発光素子は、出射する光の方向が入射面１０ａに向かうように予め定められた位置に固定される。

上述した構成により、面光源装置１Ａは、拡散シート１２により、出射面１０ｂからの光を効率よく散乱させ、かつ光の輝度を高めることができるので、入射面１０ａ近傍における輝度を抑え、輝度の面内分布を均一化させることができる。また、面内全体の輝度を上昇させることができ、さらに面内均一性を向上させることができる。したがって、高輝度で均一な面発光を実現させることができる。

（面光源装置１Ａの変形例）
ここで、面光源装置１Ａの変形例について、以下に説明する。図６は、本発明に係る面光源装置の一実施形態における変形例を示す側面図である。

変形例における面光源装置１Ａ’については、説明の便宜上、上述した面光源装置１Ａにおける構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本変形では、主に、面光源装置１Ａとの相違点について説明するものとする。

面光源装置１Ａ’は、拡散シート１２がプリズムシート１３、１４の上に設けられている点のみが、面光源装置１Ａとは異なっている。すなわち、面光源装置１Ａ’は、反射シート１５、導光体１０、プリズムシート１３、１４、拡散シート１２の順に構成されている。

このような構成とすることで、拡散シート１２によって、プリズムシート１３、１４により集光された光の空間分布を緩和させ、空間分布の半値幅を広げることができる。したがって、面光源装置１Ａ’が液晶表示装置等に設けられた場合には、当該液晶表示装置等における視野角を大きくすることができる。

〔第２実施形態〕
本発明の他の実施形態について、図９を参照して説明する。図９は、本発明に係る面光源装置の他の実施形態を模式的に示す側面図である。なお、説明の便宜上、第１実施形態における構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、第１実施形態との相違点について説明するものとする。

本実施形態では、拡散シート１２の代わりに、２層の拡散層２２ａ、２２ｂにより構成され、基材１１を含まない拡散材２２を備えている点のみが、第１実施形態とは異なっている。

拡散層２２ａ、２２ｂは、入射する光の向きを変えて散乱させる層であり、光が出射される面には、微細な凹凸が形成された凹凸面２２ａ’、２２ｂ’（拡散面）が形成されている。拡散層２２ａ、２２ｂの材料、凹凸面２２ａ’、２２ｂ’の形状としては、第１実施形態における拡散層１２ａ、１２ｂ、凹凸面１２ａ’、１２ｂ’と同一のものを用いることができる。

本実施形態では、拡散層２２ａ、２２ｂは、それぞれ屈折率が異なる樹脂により構成される。拡散層２２ａは、導光体１０の出射面１０ｂ上に直接塗布されて形成され、拡散層２２ｂは、拡散層２２ａ上に塗布されて形成される。これにより、拡散材２２は、導光体１０と一体化されている。なお、拡散層２２ａ、２２ｂが紫外線硬化型樹脂により構成される場合には、上述した方法により、容易に作製することができる。

拡散層２２ａに導光体１０側から入射した光は、凹凸面２２ａ’に形成された凹凸により散乱されて拡散層２２ｂに入射する。そして拡散層２２ｂに入射した光は、凹凸面２２ｂ’に形成された凹凸によりさらに散乱されて出射する。

拡散層２２ａの屈折率は、導光体１０の屈折率よりも小さい。これにより、導光体１０内を伝播する光は、導光体１０と拡散層２２ａとの屈折率によって規定される全反射角よりも大きい角度にて出射面１０ｂに入射した場合には全反射する。

ここで、導光体に最も近い拡散層が導光体と同一の屈折率、または導光体より高い屈折率を有する場合には、導光体を伝播する光が拡散層に進入し、あらゆる方向に光の向きが変換されて、多くが面光源装置の外へ出射してしまい、輝度の面内分布が不均一になってしまうおそれがある。しかし、本実施形態であれば、上述した構成によりこのようなおそれを防止することができるので、導光体１０の導光機能を損なうことを防ぐことができ、出射面１０ｂから出射される光の強度の分布を均一にすることができる。なお、拡散層２１ａの屈折率は、導光体１０の屈折率より０．０１％以上小さいことが好ましい。

拡散層２２ｂの屈折率は、拡散層２２ａの屈折率よりも大きいものである。これにより、拡散層２２ａと拡散層２２ｂとの間の界面における光の全反射を防止するとともに、界面での光の屈折によって拡散効果を高めることができる。

上述した構成により、本実施形態では、拡散材２２が基材１１等を含まないので、面光源装置１Ｂを薄型化できる。したがって、面光源装置１Ｂが備えられる機器の薄型化にも貢献できる。また、シート状の基材等に拡散層を形成させた拡散シートなどを導光体に取り付ける場合と比較して、材料が少ないうえ、製造工程を減らすことができるので、製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、凹凸面２２ａ’、２２ｂ’が２層に構成されるので、光を効率よく散乱させることができ、拡散効果が高まることにより光を均一化させることができる。また、２重に構成された凹凸面２２ａ’、２２ｂ’により光を拡散させるので、それぞれの拡散層において多重反射、多重屈折などによる光の内部損失を少なくすることができるため、光の輝度を高めることができる。このような拡散材２２により、出射面１０ｂからの光を効率よく散乱させ、かつ光の輝度を高めることができるので、入射面１０ａ近傍の輝度を抑え、輝度の面内分布を均一化させるとともに、面内全体の輝度を上昇させることでさらに面内均一性を向上させることができる。したがって、高輝度で均一な面発光を実現させることができる。

（面光源装置１Ｂの変形例）
ここで、面光源装置１Ｂの変形例について、以下に説明する。図１０は、本発明に係る面光源装置の他の実施形態における変形例を示す側面図である。本変形例における面光源装置１Ｂ’については、説明の便宜上、上述した面光源装置１Ｂにおける構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本変形例では、主に、面光源装置１Ｂとの相違点について説明するものとする。

面光源装置１Ｂ’は、面光源装置１Ｂの構成に加えて、さらに拡散材２４がプリズムシート１３、１４の上に設けられている。

拡散材２４は、シート状の基材２３上に、凹凸面２４ａ’を備えた拡散層２４ａが設けられたものである。基材２３および拡散層２４ａの材料、ならびに凹凸面２４ａ’の形状としては、上述した基材１１および拡散層２２ａの材料、ならびに凹凸面２２ａ’の形状と同一のものを用いることができる。

上記構成であれば、拡散材２４により、プリズムシート１３、１４によって集光された光の空間分布を緩和させ、空間分布の半値幅を広げることができる。したがって、面光源装置１Ｂ’が液晶表示装置等に設けられた場合には、当該液晶表示装置等における視野角を大きくすることができる。

〔第３実施形態〕
本発明の他の実施形態について、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は、本発明に係る面光源装置の他の実施形態を模式的に示す側面図である。なお、説明の便宜上、第１実施形態および第２実施形態における構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。本実施形態では、主に、第１実施形態および第２実施形態との相違点について説明するものとする。

本実施形態では、面光源装置１Ｃが、拡散シート１２、プリズムシート１３、１４、反射シート１５等の光学シート類を備えておらず、これらの光学シート類の機能が集約された導光体３０’と、３層の拡散層３２ａ、３２ｂ、３２ｃにより構成される拡散材３２とを備えた導光体ユニットを備えている点のみが、第１実施形態および第２実施形態とは異なっている。すなわち、面光源装置１Ｃは、導光体３０’と拡散材３２とを備えた導光体ユニットおよび光源１７により構成される。

（拡散材３２）
まず、拡散材３２について説明する。図１２は、図１１に示す面光源装置の一部を示す側面図である。

拡散材３２における拡散層３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、入射する光の向きを変えて散乱させる層であり、光が出射される面には、微細な凹凸が形成された凹凸面３２ａ’、３２ｂ’、３２ｃ’（拡散面）が形成されている。なお、拡散層３２ａ、３２ｂ、３２ｃの材料、凹凸面３２ａ’、３２ｂ’、３２ｃ’の形状としては、第１実施形態および第２実施形態における拡散層、凹凸面と同一のものを用いることができる。

本実施形態では、拡散層３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、それぞれ屈折率が異なる樹脂により構成される。拡散層３２ａは、導光体３０’の出射面３０ｂ上に直接塗布されて形成される。また、拡散層３２ｂは、拡散層３２ａ上に塗布されて形成され、さらに拡散層３２ｃは、拡散層３２ｂ上に塗布されて形成される。これにより、拡散材３２は、導光体３０’と一体化されている。なお、拡散層３２ａ、３２ｂ、３２ｃが紫外線硬化型樹脂により構成される場合には、上述した方法により、容易に作製することができる。

拡散層３２ａに導光体３０’側から入射した光は、凹凸面３２ａ’に形成された凹凸により散乱されて拡散層３２ｂに入射する。そして拡散層３２ｂに入射した光は、凹凸面３２ｂ’に形成された凹凸によりさらに散乱されて拡散層３２ｃに入射する。さらに拡散層３２ｃに入射した光は、凹凸面３２ｃ’に形成された凹凸によりさらに散乱されて出射する。

上述した構成により、本実施形態では、第２実施形態と同様に、拡散材３２が基材１１等を含まないので、導光体ユニットを薄型化できるため、この導光体ユニットを備える面光源装置１Ｃの薄型化にも貢献できる。さらに、面光源装置１Ｃが備えられる機器の薄型化にも寄与することができる。また、製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態によれば、３層に構成された凹凸面３２ａ’、３２ｂ’、３２ｃ’により、光をさらに効率よく散乱させることができ、拡散効果が高まることにより光を均一化させることができる。また、多重に構成された凹凸面３２ａ’、３２ｂ’、３２ｃ’により光を拡散させるので、それぞれの拡散層において多重反射、多重屈折などによる光の内部損失を少なくすることができるため、光の輝度を高めることができる。

拡散層３２ａの屈折率は、導光体３０’の屈折率よりも小さいことが好ましい。これにより、導光体３０’の導光機能を損なうことがないため、出射面３０ｂから出射される光の強度の分布を、均一にすることができる。なお、拡散層３２ａの屈折率は、導光体３０’の屈折率より０．０１％以上小さいことが好ましい。

また、拡散層３２ａ、３２ｂ、３２ｃの屈折率は、拡散層３２ａが最も小さく、拡散層３２ｃが最も大きくなるように、すなわち、入射した光が出射する方向に、拡散層ごとに段階的に大きくなるように、設定されることが好ましい。たとえば、導光体３０’の屈折率が１．５９である場合の例として、拡散層３２ａの屈折率が１．３７、拡散層３２ｂの屈折率が１．５３、拡散層３２ｃの屈折率が１．６６などのように段階的に設定することができる。このような構成であれば、各拡散層の界面における光の全反射を防止できるとともに、当該界面において光を屈折させることができるので、より拡散効果を高めることができる。これにより、入射面３０ａ近傍の輝度をより効率よく抑えることができ、輝度の面内分布を均一化させることができるとともに、面内全体の輝度をさらに上昇させることで面内均一性をより向上させることができる。したがって、より高輝度で均一な面発光を実現することができる。

さらに、拡散層３２ｃの屈折率は、導光体３０’の屈折率よりも大きいことが好ましい。これにより、拡散層３２ｃの凹凸面３２ｃ’における光の屈折が大きくなるため、より拡散効果を高めることができる。なお、拡散層３２ｃの屈折率は、導光体３０’の屈折率より０．０１％以上大きいことが好ましい。

次に、導光体３０’について、以下に説明する。

（導光体３０’）
導光体３０’は、図１２に示すように、導光部３０、３１と、凹凸形成部３４と、反射層３５（反射材）とにより構成される。

導光部３０と導光部３１とは、凹凸形成部３４を挟んで配置された略対称構造となっている。これにより、たとえば、導光体３０’を紫外線硬化型樹脂等により作製する場合には、硬化による収縮率差によって発生するソリを大幅に抑制することができる。

導光部３０、３１は、それぞれ直方体、具体的には板状、すなわち平板状に形成されている。導光部３０と導光部３１とは、互いに平行に、かつ互いに対向して配置される。導光部３０および導光部３１は、厚み方向（Ｚ方向）に見てそれぞれ長方形に形成される。導光体３０’の入射面３０ａは、導光部３０、３１にわたって形成される。入射面３０ａは、導光体３０’を厚み方向に見たときにおける長方形の１つの短辺を含み、かつ厚み方向の直線を含む端面である。したがって、本実施形態において入射面３０ａは、Ｚ方向に平行であり、Ｙ方向に垂直である。入射面３０ａは、本実施形態においては、平滑な平面状に形成されているが、入射する光の進行方向を変換するために凹凸が形成されていてもよい。また、導光部３０における、入射面３０ａに垂直であり、導光部３１とは反対側の面には、出射面３０ｂが形成される。

導光部３０、３１としては、第１実施形態における導光体１０について例示したものと同一のものを用いることができる。

凹凸形成部３４は、導光体３０’の厚み方向の内部における予め定める位置に配置され、複数の凹凸体が形成される。凹凸形成部３４には、導光部３０、３１の表面に、Ｙ方向に平行に複数の凹凸体が形成される。凹凸体は、Ｚ方向に突出または陥没するものである。凹凸形成部３４については後述する。

光源１７から出射される光は、導光体３０’の厚み方向（Ｚ方向）に角度をなして導光体３０’に入射する。光源１７から出射される光のうち少なくとも一部の進行方向は、導光部３０、３１の厚み方向（Ｚ方向）に垂直、かつ出射面３０ｂに平行である。

反射層３５は、背面側の表面部３７に設けられ、導光体３０’内において背面に到達した光を反射するものである。反射層３５としては、たとえば銀、アルミニウムなどの単体金属を含む反射性の塗料を塗布したものなどを用いることができる。これによって、表面部３７は、導光体３０’内部から背面に到達する光を反射し、導光体の内部に戻すことができる。

ここで、さらに凹凸形成部３４、および表面部３６、３７のそれぞれについて、以下に説明する。

（凹凸形成部３４）
凹凸形成部３４は、高屈折率構造体３３および低屈折率構造体３４ａ、３４ｂにより構成される。低屈折率構造体３４ａ、３４ｂの屈折率は、高屈折率構造体３３および導光部３０、３１の屈折率よりも低くなっている。

低屈折率構造体３４ａ、３４ｂは、それぞれ凹凸体が形成された構造体であり、Ｚ方向に離れて積層されている。低屈折率構造体３４ａ、３４ｂのそれぞれの凹凸体は、互い違いに対向して形成される。低屈折率構造体３４ａ、３４ｂとしては、光学的に透明な固体材料などを用いることができる。たとえば樹脂、ガラス（ケイ素化合物）等が挙げられる。樹脂としては、たとえばフッ素系樹脂などが低い屈折率を示すため好ましい。また、アクリル系樹脂（例えばＲＩ＝１．４９のもの）をバインダーとして中空材料を混合することにより見かけの屈折率を低下させたものなどであってもよい。

高屈折率構造体３３は、２つの低屈折率構造体３４ａ、３４ｂの間に形成され、低屈折率構造体３４ａ、３４ｂよりも屈折率の高い材料からなっている。高屈折率構造体３３としては、光学的に透明な固体材料などを用いることができる。たとえば樹脂、ガラス（ケイ素化合物）等が挙げられる。樹脂としては、たとえばベンゼン環を含むもの、臭素を含むもの、硫黄を含むものなどが高い屈折率を示すため好ましい。また、樹脂中に金属フィラーを混合することにより見かけの屈折率を高くしたものなどであってもよい。高屈折率構造体３３は、たとえば液体を含む流動的な材料が低屈折率構造体３４ａ、３４ｂの間に充填された後、固化されることによって形成される。これによって、高屈折率構造体３３は、２つの低屈折率構造体３４ａ、３４ｂの間に位置する１つの部材として、導光部３０側からも導光部３１側からも規定され、Ｚ方向における両側から形状が規定される。

低屈折率構造体３４ａ、３４ｂには、複数の凹部が形成される。複数の凹部は高屈折率材料の少なくとも一部が配置される位置である。低屈折率構造体３４ａの凹部と、低屈折率構造体３４ｂの凹部とは、互いにずれて配置される。各凹部の内面の形状は、Ｚ方向に延びる直線のまわりに二次曲線を回転させたときの回転体の一部をなす。

これによって、高屈折率構造体３３と低屈折率構造体３４ａ、３４ｂとの界面は、二次曲線の回転体の一部をなす形状に形成される。二次曲線とは、放物線、双曲線、楕円および円のいずれでもよいが、Ｚ方向に延びる直線に関して線対称であるものが好ましい。本実施形態では、二次曲線として仮想的な楕円を採用しており、凹部の形状は、楕円の長径をＺ方向に配置して、その楕円を長径まわりに回転させたときの回転体の一部をなしている。

なお、低屈折率構造体３４ａ、３４ｂは、凹凸形成部３４のＹ方向における端部において互いにつながって形成されてもよい。端部以外の部分において離れて配置され、高屈折率構造体３３がその間に配置されればよい。

これにより、導光部３０と導光部３１との間に配置される高屈折率構造体３３を、低屈折率構造体３４ａ、３４ｂを含む１つの部材として形成させることができる。

ここで、凹凸形成部として、たとえばフィルム状シートと凹凸体とを別部材として形成させ、導光部３０と導光部３１との間に配置させる構成があるが、本実施形態であれば、この構成を用いるよりも優れた効果を有することを以下に説明する。

本実施形態であれば、上記構成に比べて、界面が少ないものとなる。したがって、いわゆるフレネル反射を抑制することができるので、上記構成と比較して、輝度を向上させることができる。また、製造にかかる工程数を低減させることができるので、製造にかかる費用の削減も可能になる。

また、上記構成を用いた場合には、凹凸体のＺ方向における寸法にバラつきが生じ、フィルム状シートがＺ方向にずれて配置されるおそれがある。しかし、本実施形態では、低屈折率構造体３４ａ、３４ｂを形成させ、その間に高屈折率構造体３３となる材料を充填して固化させるので、高屈折率構造体３３のＺ方向における位置のずれを小さくすることができる。

したがって、本実施形態では、フレネル反射の抑制と、高屈折率構造体３３の位置精度の向上と、工程数、製造費用の削減とを、同時に達成することができる。

また高屈折率構造体３３のうち、低屈折率構造体３４ａ、３４ｂに向かって突出して形成される部分の表面は、曲面として形成され、この表面のいずれの部分においても低屈折率構造体３４ａ、３４ｂ側が凸、高屈折率構造体３３側が凹の形状に形成される。すなわち、凸側に位置する材料の屈折率は、凹側に位置する材料の屈折率よりも低く設定される。高屈折率構造体３３のうち、導光部３０側および導光部３１側に突出する部分は、Ｚ方向に見て重なる位置から凹凸のピッチの半分、Ｙ方向にずれて配置される。これによって、高屈折率構造体３３における突出する部分は、導光部３０側から到達し、導光部３０側の低屈折率構造体３４ａにおいて集光する光に対して、導光部３１側の低屈折率構造体３４ｂが阻害になることを防ぐことができる。また、導光部３１側から到達し、導光部３１側の低屈折率構造体３４ｂにおいて集光する光に対して導光部３０側の低屈折率構造体３４ａが阻害になることを防ぐことができる。

高屈折率構造体３３の導光部３０側に突出して形成される部分のうち、最も導光部３０側の端部は、導光部３０に接して形成される。また、高屈折率構造体３３の導光部３１側に突出して形成される部分のうち、最も導光部３１側の端部は、導光部３１に接して形成される。

高屈折率構造体３３と低屈折率構造体３４ａ、３４ｂとの界面は、曲面の一部の形状として形成されるので、たとえば低屈折率構造体３４ａ、３４ｂと高屈折率構造体３３との界面が多面体の一部の形状として形成される場合に比べて、凹凸形成部３４に入射した光に対して、光の進行方向を連続的に変化させることができる。したがって、あらゆる進行方向の光に対して集光効果を発揮することができる。これによって、導光体３０’から出射する光の強度を向上させることができる。

上述した構成によって、凹凸形成部３４に対して出射面３０ｂ側から入社する光の進行方向、および、凹凸形成部３４に対して出射面３０ｂとは反対側から入射する光の進行方向を、高精度に制御し、出射させることが可能となる。これによって、出射面３０ｂから出射される光の強度を、光源１７からの距離に関わらず均一にし、Ｚ方向の光を増やすことができる。凹凸形成部３４は、Ｚ方向における導光体３０’の内部に設けられるので、導光体３０’のＺ方向における寸法を、光源１７のＺ方向における寸法に等しく設定することが可能となる。これによって、導光体３０’を薄形化することができる。

また、凹凸形成部３４を通過する光を低屈折率構造体３４ａ、３４ｂにおける凹凸体によって制御し、凹凸形成部３４よりも出射面３０ｂ側の導光体３０’内で伝播される光を導光部３０によって制御し、凹凸形成部３４よりも出射面３０ｂとは反対側の導光体３０’内で伝播される光を導光部３１によって制御することが可能となる。したがって導光体３０’は、入射する光の進行方向を、高精度に制御し、出射させることが可能となる。

また、凹凸形成部３４に垂直に見て、各凹凸体は、円形に形成される。これによって、Ｚ方向に垂直ないずれの向きにも異方性を持たないので、凹凸形成部３４の形成を容易にすることができる。また、あらゆる方向からの光を等しく効率的に集光させることができ、光の空間分布を均一にすることができる。

また、低屈折率構造体３４ａにおける凹凸体と、低屈折率構造体３４ｂにおける凹凸体とは、Ｙ方向にずれて形成される。これによって、凹凸形成部３４に導光部３０側から到達する光、および導光部３１側から到達する光を、低屈折率構造体３４ａにおける凹凸体および低屈折率構造体３４ｂにおける凹凸体のいずれか一方の凹凸体によって進路変更させることができる。これによって、凹凸形成部３４に到達する光を高精度で制御することができる。

（表面部３６、３７）
導光部３０のうち出射面３０ｂ側の表面部３６、および導光部３１のうち出射面３０ｂからＺ方向に最も離れた位置である表面部３７のうちの少なくとも一部には、プリズム状の凹凸形状が形成される。具体的には、出射面３０ｂの一部と導光部３１の反射層３側、つまり背面側の表面部３７の一部とに、凹凸形状が形成される。凹凸形状は、出射面３０ｂ側の表面部３６および背面側の表面部３７のうちいずれか一方に形成されてもよく、両方に形成されてもよい。また凹凸形状は、表面部３６および表面部３７のそれぞれの一部に形成されてもよく、全面に形成されていてもよい。本実施形態において凹凸形成は、表面部３６、３７の両方に、全体にわたって複数形成される。

表面部３６、３７に形成される凹凸形状とは、多面体の一部をなす形状であればよい。本実施形態において各凹凸形状は、三角柱の形状の一部をなす形状となっている。三角柱の軸線はＸ方向に配置される。したがって、各凹凸形状は、Ｘ方向に見る場合には三角形の一部をなす。表面部３６に形成される凹凸形状は、Ｘ方向に延びる稜線を形成し最もＺ方向に突出した稜線部と、稜線部からＹ方向の一方または他方に向かうにつれて背面側に向かう２つの斜面部とを含んで形成される。したがって表面部３６は、稜線部を棟とする切妻屋根のような形状に形成される。２つの斜面部の表面が成す角度は、たとえば１７０度に設定されてもよい。

表面部３７に形成される凹凸形状は、Ｘ方向に延びる稜線を形成し最も背面側に突出した稜線部と、稜線部からＹ方向の一方または他方に向かうにつれて出射面３０ｂ側に向かう２つの斜面部とを含んで形成される。したがって表面部３７は、稜線部を棟とする切妻屋根のような形状に形成される。２つの斜面部の表面が成す角度は、たとえば１７０度に設定されてもよい。

表面部３６、３７に形成される凹凸形状において、各凹凸形状は、Ｙ方向に垂直で稜線を通過する仮想面を基準として面対称に形成される。複数の凹凸形状は、互いに同じ形状および同じ大きさに形成され、Ｙ方向に並ぶ。Ｙ方向に隣接する凹凸形状間は、斜面部の表面が交わることによって谷の形状に形成される。谷の形状に形成される部分と稜線部とのＺ方向の距離は、たとえば２μｍに設定されてもよく、Ｙ方向に隣接する稜線部間のピッチは、たとえば４６μｍに設定されてもよい。

上述した構成によって、凹凸形状が形成されない場合に比べて、出射面３０ｂから出射される光の向きを、凹凸形状によって変更させ、集光させることができる。したがって、出射面３０ｂから出射される光の輝度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、出射面３０ｂ側の表面部３６および背面側の表面部３７にプリズム状の凹凸形状を形成させる場合について説明したが、特にこの形状には限定されない。たとえば、表面部３６、３７の形状は、上述したようなプリズムパターンでなくてもよいし、プリズムパターンを交差させた角錐状パターンなどであってもよい。また、本実施形態では、表面部３６、３７における凹凸形状について、導光部３０、３１上に凸状に形成させた場合について説明したが、たとえば凹状に形成させてもよい。

光源１７は、導光部３０、３１および凹凸形成部３４に対して、Ｚ方向に垂直ないずれかの向きに隣接して設けられる。これによって、導光体３０’の厚みを、必要最小限の厚みとすることができる。

なお、光源１７は、導光部３０、導光部３１および凹凸形成部３４に対して、光が出射する方向、つまりＺ方向に平行に予め定める向きに隣接して設けられ、Ｚ方向において、光源１７の寸法と、導光部３０、３１および凹凸形成部３４の寸法とが同じに設定されることが好ましい。換言すれば、導光体３０’のＺ方向の寸法は、光源のＺ方向の寸法と同一に設定されることが好ましい。

また、本実施形態では、２つの導光部３０、３１がそれぞれ１つの部材として形成される場合について説明したが、特にこれに限らず、導光部３０、３１が一体である１つの部材として形成されてもよい。たとえば導光部３０、３１が光源に対向する端部（入射面３０ａ）において連続した１つの部材であり、その一部が導光部３０として出射面３０ｂ側に、他の一部が導光部３１として背面側に配置される構成とすることも可能である。

また本実施形態によれば、面光源装置１Ｃが導光体３０’と拡散材３２とにより構成される導光体ユニットを備えることにより、光強度の分布が均一な面光源装置１Ｃを実現することができる。また、出射面３０ｂから出射される光の進行方向を高い精度で制御することができるので、輝度の高い面光源装置１Ｃを実現することができる。そのため、入射面３０ａ近傍の輝度を抑え、輝度の面内分布を均一化させるとともに、面内全体の輝度を上昇させることでさらに面内均一性を向上させることができる。したがって、高輝度で均一な面発光を実現させることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、本発明に係る面光源装置は、さらに他の光学部材として、たとえば偏光反射シートまたは偏光反射層を含んで構成されてもよい。また光源は、個別のＬＥＤを光源として用いる構成に限らず、１つの筐体にチップを複数備えた線状化ＬＥＤとした構成、または冷陰極管を使用する構成等であってよく、その種類は限定されない。また導光体の入射面は、平坦状に限らず、光源の出射形態に応じて凹凸の形状が形成されてもよい。これにより、輝度むらを削減させることができる。

なお、本発明に係る面光源装置は、液晶表示装置に限らず、たとえば種々の表示パネル、イルミネーション、パネルメーター、表示灯、面発光スイッチなどに適用することができる。表示パネルとしては、携帯電話などのモバイル機器に搭載される液晶表示パネルなどが挙げられる。

（実施例）
本実施例においては、図１に示す面光源装置１Ａと同じ構成のものを製造した。そこで、本実施例の面光源装置について、図１を参照して説明する。

本実施例における面光源装置は、液晶表示パネルを照明するエッジライト式バックライトとして使用できるものであり、たとえば２．４インチの携帯電話に搭載される液晶画面用の面光源装置として好適に用いられるものである。

導光体１０としては、Ｙ方向の寸法が約５５ｍｍ、Ｘ方向の寸法が約３９ｍｍ、およびＺ方向の寸法が約０．６ｍｍのものを用いた。また、入射面１０ａを平坦状とした。背面１０ｃには、光路変換部１６として、球の一部を構成する形状を有し、直径が約２００μｍ、および高さが約５μｍである構造体を多数形成させた。この構造体は、光源１７に近いほど密度が小さく、光源１７から遠いほど密度が大きくなるように、背面１０ｃ内に配置した。

導光体１０の背面１０ｃに対向する位置には反射シート１５として住友３Ｍ製の反射シート（ＥＳＲ）を配置し、出射面１０ｂ側には拡散シート１２と２枚のプリズムシート１３、１４とを配置した。

拡散シート１２としては、基材１１として０．０５ｍｍの厚さのＰＥＴフィルムを用いて、基材１１の片方の面に紫外線硬化型樹脂を塗布し、微細な凹凸を有する微細凹凸金型を押し当てながら紫外線を照射することにより、１層目の拡散層１２ａを形成させたものを用いた。その後、拡散層１２ａの上に、１層目の拡散層１２ａを構成する樹脂よりも高い屈折率を有する紫外線硬化型樹脂を塗布し、同様に微細凹凸金型を押し当てながら紫外線を照射することにより、２層目の拡散層１２ｂを形成させた。これにより、拡散層１２ａの屈折率が拡散層１２ｂの屈折率よりも低いものとなった。

プリズムシート１３、１４には、プリズム単位ピッチが１８μｍであり、頂角が９０度である多数のプリズムが含まれて構成されている、住友３Ｍ製のプリズムシート（ＴｈｉｎＢＥＦ）を用いた。また、プリズムシート１３、１４は、プリズム部が出射面１０ｂ側とは反対側の面に設けられ、それぞれのプリズム部におけるプリズムの方向が互いに直交するように配置した。

光源１７としては、１．５ｃｄの発光素子を用いたタイプのＬＥＤ光源を用い、４つのＬＥＤを９ｍｍのピッチにて並べて配置した。また、ＬＥＤは直列接続され、２０ｍＡの電流を印加させると、液晶表示パネルを照明するバックライトとして使用できるものである。

反射シート１５、導光体１０、拡散シート１２、プリズムシート１３、１４、および光源１７を、樹脂フレーム（図示せず）と遮光テープ（図示せず）とを用いてパッケージし、面光源装置を作製した。遮光テープとしては、日東電工製の遮光反射両面接着テープ（Ｎｏ．５６８０Ｗ）を用いた。

（比較例）
次に、比較例の面光源装置１００について説明する。図１６は、本発明に係る面光源装置の比較例を示す側面図である。

図１６に示すように、比較例における面光源装置１００では、拡散材として、ビーズが内部に混在する樹脂により構成される拡散層１１２がシート基材１１１の表面に塗布された、拡散層が１層のみの拡散シートを用いた。また、導光体１１０、プリズムシート１１３、１１４、反射シート１１５、光路変換部１１６、および光源１１７には、実施例における導光体１０、プリズムシート１３、１４、反射シート１５、光路変換部１６、および光源１７と同じものを用いた。

（測定結果）
上述した実施例および比較例における面光源装置を用いて、入射面近傍の正面輝度を測定した結果を図１３（ａ）〜（ｂ）に示す。図１３の（ａ）は、入射面近傍の正面輝度を測定する際の実施例または比較例の面光源装置を出射面側から見た図であり、図１３の（ｂ）は、実施例および比較例の面光源装置について、入射面近傍の正面輝度を測定した結果を示すグラフである。

図１３（ａ）に示すように、各面光源装置について、光源１７または１１７から入射面に垂直な方向に４ｍｍ離れた位置において正面輝度を測定した。なお、入射面と平行な方向に０．５ｍｍの間隔ごとの位置において測定した。輝度の測定は、トプコン社製の分光輝度測定器ＳＲ−３Ａを用いて、測定角０．１°、測定距離５００ｍｍの条件にて行った。また、光源１７、１１７としては、ＬＥＤを４つ配置し、隣接する光源のピッチを９ｍｍとした。各ＬＥＤを直列接続させ、２０ｍＡ（ミリアンペア、ｍｉｌｌｉａｍｐｅｒｅｓ）の電流が流れるように調整した電圧を印加した。また、測定の際、遮光テープ７１を用いた。

図１３（ｂ）のグラフの縦軸は、輝度（ｃｄ／ｍ^２（カンデラ／平方メートル、ｃａｎｄｅｌａ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｅｒｓ））を表す。また、横軸は、入射面と平行な方向における、入射面の中心を０としたときの位置を表す。

図１３（ｂ）に示すように、実施例では、比較例よりも光源付近の輝度ムラが減少していた。これにより、実施例における面光源装置は、入射面近傍、および光源間における暗部を良好に小さくすることができることが示された。

また、上述した実施例および比較例における面光源装置を用いて、正面輝度の面内分布を測定した結果を図１４（ａ）〜（ｂ）に示す。図１４の（ａ）は、正面輝度の面内分布を測定する際の実施例または比較例の面光源装置を出射面側から見た図であり、図１４の（ｂ）は、実施例および比較例の面光源装置について、正面輝度の面内分布を測定した結果を示すグラフである。

図１４（ａ）に示すように、各面光源装置について、出射面の中心を基準に、入射面と垂直な方向に８ｍｍ、入射面と平行な方向に６ｍｍの間隔において設定した２５箇所の各位置において、正面輝度を測定した。測定した場所を、図１４（ａ）に１〜２５の位置番号で示す。輝度の測定は、トプコン社製の分光輝度測定器ＳＲ−３Ａを用いて、測定角１°、測定距離５００ｍｍの条件にて行った。また、光源１７、１１７としては、ＬＥＤを４つ配置し、隣接する光源のピッチを９ｍｍとした。各ＬＥＤを直列接続させ、２０ｍＡの電流が流れるように調整した電圧を印加した。

図１４（ｂ）のグラフの縦軸は、輝度（ｃｄ／ｍ^２）を表す。また、横軸は、測定した場所を示す位置番号１〜２５を表す。

図１４（ｂ）に示すように、実施例では、比較例よりも、光源１７、１１７近傍における輝度が減少した一方、全体の輝度は上昇していた。これにより、実施例における面光源装置は、入射面近傍の輝度を抑え、輝度の面内分布を均一化させることができるとともに、面内全体の輝度を上昇させることができるので、さらに面内均一性を向上させることができることが示された。

また、上述した実施例および比較例における面光源装置を用いて、輝度の角度分布を測定した結果を図１５（ａ）〜（ｂ）に示す。図１５の（ａ）は、輝度の角度分布を測定する際の実施例または比較例の面光源装置を、入射面側の斜め上方から見た図であり、図１５の（ｂ）は、実施例および比較例の面光源装置について、輝度の角度分布を測定した結果を示すグラフである。

図１５（ａ）に示すように、各面光源装置について、出射面の中心を中心とする、入射面と平行な円の円周上に測定位置を設定し、各測定位置における輝度を測定した。測定位置は、出射面の中心を通る垂線と、出射面の中心および各測定位置を結ぶ線とのなす角が５°の間隔になるように設定した。輝度の測定は、トプコン社製の分光輝度測定器ＳＲ−３Ａを用いて、測定角１°、測定距離５００ｍｍの条件にて行った。また、光源１７、１１７としては、ＬＥＤを４つ配置し、隣接する光源のピッチを９ｍｍとした。各ＬＥＤを直列接続させ、２０ｍＡの電流が流れるように調整した電圧を印加した。

図１５（ｂ）に示すように、実施例では、比較例よりも輝度の半値幅が広がった。これにより、実施例における面光源装置を用いれば、光を良好に拡散させることができることが示された。

本発明は、拡散効果を高め、均一な面発光を実現することができるので、液晶ディスプレイなどを面照明するためのバックライトシステムなどに好適に利用することができる。

１Ａ、１Ａ’、１Ｂ、１Ｂ’、１Ｃ 面光源装置
１０ 導光体
１０ｂ 出射面
１２ 拡散シート（拡散材）
１２ａ、１２ｂ 拡散層
１２ａ’、１２ｂ’ 凹凸面（拡散面）
１５ 反射シート（反射材）
１６ 光路変換部
２２ 拡散材
２２ａ、２２ｂ 拡散層
２２ａ’、２２ｂ’ 凹凸面（拡散面）
３０’ 導光体
３１ 拡散材
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 拡散層
３２ａ’、３２ｂ’、３２ｃ’ 凹凸面（拡散面）
３５ 反射層（反射材）
４２ 拡散シート（拡散材）
４２ａ、４２ｂ 拡散層
４２ａ’、４２ｂ’ ビーズ（拡散部）
５２ 拡散シート（拡散材）
５２ａ、５２ｂ 拡散層
５２ａ’ ビーズ（拡散部）
５２ｂ’ 凹凸面（拡散面）
６２ 拡散シート（拡散材）
６２ａ、６２ｂ 拡散層
６２ａ’、６２ｂ’ 凹凸面（拡散面）

Claims (13)

1. 入射した光を拡散させて出射する拡散材であって、
   光を散乱させる複数の拡散層が積層されていることを特徴とする拡散材。
2. 上記拡散層の少なくとも１つは、微細な凹凸が形成されている拡散面を備え、当該拡散面において光を屈折させるものであることを特徴とする請求項１に記載の拡散材。
3. 上記拡散層の少なくとも２つは、微細な凹凸が形成されている拡散面を備え、当該拡散面において光を屈折させるものであり、
   上記拡散面の凹凸の大きさまたは密度は、上記拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に段階的に小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の拡散材。
4. 上記拡散層の少なくとも１つは、光を屈折させる複数の拡散部が内部に分散されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散材。
5. 上記拡散層の少なくとも１つは、紫外線により硬化した樹脂により構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の拡散材。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の拡散材と、入射した光を出射させる出射面を有する導光体とを備えた導光体ユニットであって、
   上記拡散材は、上記出射面から出射した光を拡散させるものであり、
   上記出射面上に、上記拡散材における複数の拡散層同士が積層されていることを特徴とする導光体ユニット。
7. 上記拡散層のうち上記導光体に最も近い拡散層は、樹脂により構成され、上記出射面上に直接塗布されて形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載の導光体ユニット。
8. 上記拡散層の屈折率は、上記拡散層ごとに異なっており、入射した光が出射する方向に段階的に大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の導光体ユニット。
9. 上記拡散層のうち上記導光体に最も近い拡散層の屈折率が、上記導光体の屈折率より小さいことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
10. 上記拡散層のうち上記導光体から最も遠い拡散層の屈折率が、上記導光体の屈折率より大きいことを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
11. 上記導光体内における上記出射面とは反対側の背面には、光の向きを上記出射面の方向に変換させる光路変換部が設けられていることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
12. 上記導光体における上記出射面とは反対側の背面に対向して設けられ、上記導光体内において当該背面に到達した光を反射する、反射材をさらに備えていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の導光体ユニット。
13. 請求項６〜１２のいずれか１項に記載の導光体ユニットと、光源とを備えることを特徴とする面光源装置。

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