JP2012043617A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一部の発光強度を向上させることで全体的に発光強度を向上させ、光源の光量が均一の状態で発光面積を広げることができる面状照明装置の提供。
【解決手段】少なくとも１つの光源と、該光源から出射された光を外部に出射する出射面と、該出射面に設けられた少なくとも１つの角錐状凹部と、を少なくとも有し、前記出射面上の前記角錐状凹部の開口部の各辺から前記出射面に直交する各垂線を引いた際、前記光源の光出射部の少なくとも一部が、前記各垂線で囲まれた範囲内に位置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライト用の光源として使用されていた冷陰極チューブは、有害物質である水銀を含んでいることから、水銀を含まない光源の開発が数多くなされている。これらの中でも、ＬＥＤ（発光ダイオード）は、水銀を含まず、発光効率が高く、消費電力が大幅に低減でき、長寿命であることから、冷陰極チューブから代替される動きが急速に進んでいる。

バックライト用の光源としてのＬＥＤは、これまで携帯電話機やモバイル端末のような小型機器に対する用途が中心であったが、最近では、光源の発光面積を広げる提案が数多くなされており、大型液晶テレビなどにもバックライト用の光源としてＬＥＤが採用されるようになってきている。

光源の発光面積を広げる方法としては、例えば、ＬＥＤから出射される光線を円錐状プリズムの上に投射し、適当な角度で反射板の周囲に屈折させ、更に導光板の上に反射させて光線を均一にＬＣＤ上に反射させることで、高輝度で発光面積を広げることができるバックライトが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、この提案では、光線を横方向に出射させることができるので光源の発光面積を広げることはできるものの、縦方向（ＬＣＤ方向）にも光線が出射し、また、適当な角度で屈折させることから、発光面積内の光量が均一にならず、更に、発光強度が弱いという問題もあった。

ところで、ＬＥＤは、小型であり、発光効率が高く、消費電力が大幅に低減でき、長寿命であることから、ＬＥＤを蛍光灯の代替品として使用する検討が盛んに行われている。

しかし、ＬＥＤを用いた蛍光灯の代替品は、複数のＬＥＤを並置しても発光面積が狭く、発光強度が弱いので照度が充分でないという問題点があった。また、光量が均一にならないという問題もあった。
このため、前記蛍光灯の代替品は、多くの特長を有するものの、上記した問題点のために、一般的な照明器具として使用するには問題がある。

このように、全体的に発光強度を向上させ、光源の光量が均一の状態で発光面積を広げることができる面状照明装置の提供が強く求められているのが現状である。

実用新案登録第３１２７４７８号公報

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、一部の発光強度を向上させることで全体的に発光強度を向上させ、光源の光量が均一の状態で発光面積を広げ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。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 少なくとも１つの光源と、該光源から出射された光を外部に出射する出射面と、該出射面に設けられた少なくとも１つの角錐状凹部と、を少なくとも有し、前記出射面上の前記角錐状凹部の開口部の各辺から前記出射面に直交する各垂線を引いた際、前記光源の光出射部の少なくとも一部が、前記各垂線で囲まれた範囲内に位置することを特徴とする面状照明装置である。
＜２＞ 光出射部の少なくとも一部が、角錐状凹部の頂部と交差するように該角錐状凹部の開口部から引いた垂線と交差する前記＜１＞に記載の面状照明装置である。
＜３＞ 光源が、出射面と該出射面と対向する面との間に配され、前記対向する面に接している前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜４＞ 角錐状凹部の開口部から頂部までの平均深さが、１μｍ〜１０ｍｍである前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜５＞出射面から角錐状凹部の頂部に向かって垂直方向となる切断面における頂角αの平均角度が、６０°〜１２０°である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜６＞ 開口部の形状が偶数個の辺を有する形状であり、出射面上の角錐状凹部の前記開口部における、対向する２辺間の平均距離が、１μｍ〜１０ｍｍである前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜７＞ 開口部の形状が４個の辺を有する形状であり、前記開口部の前記各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍである前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜８＞ 隣接する正方形における、互いに直交する辺の一部を４辺の一部に有してなる正方形の領域における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍである前記＜７＞に記載の面状照明装置である。
＜９＞ 開口部の各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域、及び隣接する前記正方形における、互いに直交する２辺を一部有してなる正方形の領域以外における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍである前記＜７＞から＜８＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜１０＞ 角錐状凹部が、四角錐形状であり、発光エリアが略四角形である前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の面状照明装置である。
＜１１＞ 開口部が、反射膜及び半透過膜のいずれかで覆われている前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の面状照明装置である。

本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、一部の発光強度を向上させることで全体的に発光強度を向上させ、光源の光量が均一の状態で発光面積を広げることができる面状照明装置を提供することができる。

図１は、本発明の面状照明装置の一例を示す斜視図である。 図２は、本発明の面状照明装置の一例を示す断面図である。 図３は、本発明の面状照明装置の別形態の一例を示す断面図である。 図４は、角錐状凹部の断面形状の一例を示す断面図である。 図５は、本発明の面状照明装置の一例を示す正面図である。 図６は、本発明の面状照明装置を複数個用いた一例を示す正面図である。 図７は、本発明の面状照明装置を複数個用いた別形態の一例を示す正面図である。 図８は、本発明の面状照明装置の出射面の全ての辺と開口部を構成する全ての辺との関係の一例を示す斜視図である。 図９は、本発明の面状照明装置において、光源から出射される光が角錐状凹部により屈折する様子の一例を示す断面図である。

（面状照明装置）
本発明の面状照明装置は、光源と、出射面と、角錐状凹部とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。

本発明の面状照明装置の形状としては、特に制限はなく、例えば、平面状であってもよく、曲面状であってもよい。

本発明の面状照明装置が平面状である場合、本発明の面状照明装置の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、例えば、１０μｍ〜１０ｍｍが好ましい。

＜光源＞
前記光源は、図２及び図３に一例を示すように、出射面２と対向する面（底面５）に接している。前記光源４の光出射部（不図示）は、出射面２側に位置し、前記光出射部の少なくとも一部は、前記出射面２上の前記角錐状凹部３の開口部３１の各辺から前記出射面２に直交する各垂線を引いた際、該各垂線で囲まれた範囲内に位置する。これにより、光出射部から面状照明装置１の厚み方向に出射された光は、図９に一例を示すように、前記角錐状凹部３の一定の角度を有する辺と接触することでＡ方向及びＢ方向に前記光が屈折することで光源４の発光面積を広げることができる。また、詳細は後述するが、前記角錐状凹部３の平均頂角αを変化させることで、発光面積を制御することができる。

前記光源４の位置としては、前記光出射部の少なくとも一部は、前記出射面２上の前記角錐状凹部３の開口部３１の各辺から前記出射面２に直交する各垂線を引いた際、該各垂線に囲まれた範囲内に位置している。中でも、前記光出射部の全てが、前記各垂線に囲まれた範囲内に位置していることがより好ましく、前記光出射面の少なくとも一部が、角錐状凹部３の開口部３１から該角錐状凹部３の頂部３２と交差するように引いた垂線と交差する位置に配されることが発光面積を広げるという点で特に好ましい。
また、前記光源４としては、例えば、図２及び図３に一例を示すように、前記底面５と接するように配されていることが好ましいが、省スペース化、光量を均一にするという点で、光源４が、出射面２と底面５との間に配されていることが好ましい。

前記光源４としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）、放電発光、蛍光灯、プラズマ発光素子、白熱電球、化学発光光源などが挙げられる。
前記ＬＥＤとしては、例えば、有機ＬＥＤ、無機ＬＥＤなどが挙げられる。
これらの中でも、無機ＬＥＤが本発明の面状照明装置の作製段階における耐溶剤性の点で好ましい。

−ＬＥＤ（発光ダイオード）−
前記ＬＥＤの材料、構造、形状、大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ＬＥＤとしては、例えば、発光色が赤色、緑色、青色などの有色を発するＬＥＤが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記ＬＥＤの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、いわゆるフェイスアップタイプの構造（ｐ型半導体層側に光取出し）やいわゆるフリップチップタイプの構造（絶縁基板側に光取出し）などが挙げられる。

−有機電界発光素子−
前記有機電界発光素子の材料、構造、形状、大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記有機電界発光素子の構造としては、例えば、一対の電極（陽極及び陰極）と、前記一対の電極間に配置された有機層とを有する構造などが挙げられる。
前記有機層の積層の形態としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、陽極側から、正孔輸送層、有機発光層、及び電子輸送層の順に積層されている形態などが挙げられる。この形態において、正孔輸送層と陽極との間には正孔注入層が設けられていてもよい。また、有機発光層と正孔輸送層との間には正孔輸送性中間層が設けられていてもよい。また、有機発光層と電子輸送層との間には電子輸送性中間層が設けられていてもよい。また、陰極と電子輸送層との間には電子注入層が設けられていてもよい。

前記光源４の形成方法としては、例えば、前記光源４を樹脂中に埋設するように塗布し、樹脂を硬化させることで前記光源４を本発明の面状照明装置１内に埋設する方法などが挙げられる。なお、前記樹脂を硬化させる前に後述する角錐状凹部３をナノインプリント法で形成させるようにしてもよい。
本発明の面状照明装置１の部材が、例えば、ガラスなどの場合は、図３に示すように前記光源４を配することが好ましい。

＜出射面＞
前記出射面２は、光源４から出射された光が出射される側の面である。
前記出射面２としては、特に制限はないが、図１に一例を示すように、底面５の反対側の面全体に出射面２を有するようにしてもよく、底面５の反対側の面の一部に出射面２を有するようにしてもよい。

前記出射面２の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、多角形状、長方形状、正方形状、円状などが挙げられる。

前記出射面２の形成材料としては、前記角錐状凹部３が、それぞれ別部材により形成されていてもよいが、低コストで製造可能な観点から、一連の部材から形成されることが好ましい。前記出射面２の形成材料としては、透明であり、ある程度の強度を有するものであれば、特に制限はなく、例えば、樹脂、ガラスなどが挙げられる。これらの中でも、柔軟性があり、軽量であることから、樹脂が好ましい。

前記樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリスチレン、スチレン・メチルメタクリレート共重合体、（メタ）アクリル樹脂、ポリメチルペンテン、アリルグリコールカーボネート樹脂、スピラン樹脂、アモルファスポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリアリルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ジアリルフタレート、フッ素樹脂、ポリエステルカーボネート、ノルボルネン系樹脂、脂環式アクリル樹脂、シリコーン樹脂、アクリルゴム、シリコーンゴム、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、透明性、屈折率等の光学特性、加工性などの面から、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、スチレン−（メタ）アクリル共重合体（ＭＳポリマー）などが好ましい。

前記出射面２のヘイズとしては、例えば、１０％以下が好ましく、２％以下がより好ましく、０．５％以下が特に好ましい。
前記ヘイズが、１０％を超えると、集光効率や導光効率が著しく低下することがある。
ここで、前記「ヘイズ」とは、曇り度合いの値を指し、例えば、ＪＩＳ ７１０５に準拠したヘイズメータ（型番：ＨＺ−１、スガ試験機株式会社製）等の測定装置により評価される値である。

光源１個あたりの前記出射面２の平均幅としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１ｍｍ〜５００ｍｍが好ましく、１０ｍｍ〜２００ｍｍがより好ましい。
前記平均幅が、１ｍｍ未満であると、本発明の面状照明装置１の側面から光が出射してしまうことがあり、５００ｍｍを超えると、充分な均一性が得られないことがある。前記平均幅は、ノギス等の寸法測定器で１０点測定した平均値である。
前記平均幅とは、前記出射面２の対向する２辺をそれぞれ測定し、最も長い辺を幅とし、前記幅をノギスで１０点測定した平均値である。最も長い辺が複数ある場合は、該最も長い辺の各幅をノギスで各１０点測定し、その平均値を平均幅とする。

前記出射面２の面積としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１ｍｍ^２〜２５０，０００ｍｍ^２が好ましく、１００ｍｍ^２〜４０，０００ｍｍ^２がより好ましい。
前記面積が、１ｍｍ^２未満であると、出射する光が少なくなりすぎることがあり、２５０，０００ｍｍ^２を超えると、光吸収の損失が大きくなりすぎることがある。前記面積は、例えば、ノギス等の寸法測定器で測定することができる。

前記出射面２としては、前記光源４から出射された光を所望の分布で出射させるために、必要に応じて前記出射面２の表面粗さを変えてもよい。

前記出射面２としては、前記開口部３１の各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域における出射面２の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍが好ましく、０．１μｍ〜１００μｍがより好ましい。
前記表面粗さが、０．０１μｍ未満であると、出射する光が少なくなりすぎることがあり、１，０００μｍを超えると、光量を均一にすることができないことがある。前記表面粗さは、例えば、ＡＦＭや表面粗さ計で測定することができる。

前記出射面２としては、隣接する正方形における、互いに直交する辺の一部を４辺の一部に有してなる正方形の領域における出射面２の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍが好ましく、０．１μｍ〜１００μｍがより好ましい。
前記表面粗さが、０．０１μｍ未満であると、出射する光が少なくなりすぎることがあり、１，０００μｍを超えると、光量を均一にすることができないことがある。前記表面粗さは、例えば、ＡＦＭや表面粗さ計で測定することができる。

前記出射面２としては、開口部３１の各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域、及び隣接する前記正方形における、互いに直交する辺の一部を４辺の一部に有してなる正方形の領域以外における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍが好ましく、０．１μｍ〜１００μｍがより好ましい。
前記表面粗さが、０．０１μｍ未満であると、発光面積を広げることができないことがあり、１，０００μｍを超えると、光量を均一にすることができないことがある。前記表面粗さは、例えば、ＡＦＭや表面粗さ計で測定することができる。

前記表面粗さの調整方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、サンドブラスト法、ナノインプリント法、フォトレジスト法などが挙げられる。なお、後述する角錐状凹部３の形成方法と同一の方法で表面粗さを調整させてもよい。

前記サンドブラスト法は、金剛砂などの掘削材を含む圧搾空気を小口径のノズルから被掘削面に吹き付けて、樹脂やガラス表面を種々の形状に加工する方法である。前記サンドブラスト法としては、被掘削面にマスキングシートを密着させて掘削する部位を特定することが一般的に行われる。掘削材として用いる金剛砂の粒径、用いるマスキングシートの種類などを変更することによって、非常に微細な加工を行うことができる。

具体的には、前記出射面２全体をサンドブラスト法にて前記出射面２表面全体の表面粗さを調整する。その後、前記開口部３１の各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域（以下、「領域Ａ」という。）をマスクし、再度サンドブラスト法にて前記領域Ａ以外の表面粗さを調整する。その後、前記領域Ａ及び隣接する前記正方形における、互いに直交する辺の一部を４辺の一部に有してなる正方形の領域（以下、「領域Ｂ」という。）をマスクし、再度サンドブラスト法にて前記領域Ａ及び領域Ｂ以外の領域の表面粗さを調整することで各領域の表面粗さを調整することができる。

＜角錐状凹部＞
前記角錐状凹部３としては、前記出射面２を基準とした凹部であって、該凹部は、底面５に向かってテーパー状に傾斜しており、前記角錐状凹部３の開口部３１は、多角形となっていることから、凹部の形状は角錐状である。前記角錐状凹部３としては、出射面２に有していればよいが、必要に応じて、底面５にも有していてもよい。
前記角錐状凹部３とは、形状が角錐であって、底面が開口している凹部を意味し、前記角錐とは、形状が角錐台も含み、前記角錐の頂部が丸みを帯びている形状も含む。

前記角錐状凹部３の形状としては、角錐状であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐などが挙げられる。前記角錐状凹部３の開口部３１の形状としては、前記出射面２全体を隙間なく発光させることができるという点で、前記出射面２の形状と同一形状が好ましい。

前記角錐状凹部３を前記出射面２から頂部３２に向かって垂直方向となる切断面における断面形状は三角形となり、図４に一例を示すように、頂部（頂点）３２と、頂角αと底角βとを有する。

前記角錐状凹部３の開口部３１から頂部３２までの平均深さＨとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１μｍ〜１０ｍｍが好ましく、１０μｍ〜１ｍｍがより好ましい。
前記平均深さＨが、１μｍ未満であると、前記光源４から出射された光を屈折させても、すぐに出射面２から光が出射してしまい、発光面積を広げることができないことがあり、１０ｍｍを超えると、前記光源４から出射された光が減衰し、前記出射面２側方向に屈折させることができず、光量を均一にすることができないことがある。前記平均深さは、任意に角錐状凹部３を１０点選択し、それぞれの深さの平均値であり、平均深さは、例えば、段差計を用いて測定することができる。また、前記角錐状凹部３が１つのみの場合は、単一の開口部３１から頂部３２までの深さを平均深さＨとする。

前記頂角αの平均角度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、６０°〜１２０°が好ましく、７０°〜１１０°がより好ましい。
前記頂角αの平均角度が、６０°未満であると、前記光源４から出射された光を屈折させても、すぐに出射面２から光が出射してしまい、発光面積を広げることができないことがあり、１２０°を超えると、前記光源４から出射された光を屈折させても、面状照明装置１内に光がとどまってしまうことがある。
前記頂角αの平均角度は、任意の断面形状から１０点の頂角αを選択し、それぞれの頂角αの平均値をいう。頂角αは、例えば、拡大鏡を用いて測定することができる。また、前記角錐状凹部３が１つのみの場合は、単一の頂角αを平均頂角とする。

前記底角βの平均角度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、３０°〜６０°が好ましく、３５°〜５５°がより好ましい。
前記底角βの平均角度が、３０°未満であると、前記光源４から出射された光を屈折させても、面状照明装置１内に光がとどまってしまうことがあり、６０°を超えると、前記光源４から出射された光を屈折させても、すぐに出射面２から光が出射してしまい、発光面積を広げることができないことがある。
前記底角βの平均角度は、任意の断面形状から１０点の底角βを選択し、それぞれの底角βの平均値をいう。底角βは、例えば、拡大鏡を用いて測定することができる。また、前記角錐状凹部３が１つのみの場合は、単一の底角βを平均底角βとする。

前記頂角αの曲率半径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１，０００μｍ以下が好ましく、０．１μｍ〜１００μｍがより好ましい。
前記曲率半径が、１，０００μｍを超えると、光出射効率が低くなることがある。前記曲率半径は、例えば、三次元計測器により測定することができる。

前記底角βの曲率半径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１，０００μｍ以下が好ましく、０．１μｍ〜１００μｍがより好ましい。
前記曲率半径が、１，０００μｍを超えると、光出射効率が低くなることがある。前記曲率半径は、例えば、三次元計測器により測定することができる。

前記開口部３１の形状が偶数個の辺を有する形状であり、前記角錐状凹部３の開口部３１における対向する２辺間の平均距離Ｌとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１μｍ〜１０ｍｍが好ましく、１０μｍ〜１ｍｍがより好ましい。
前記平均距離Ｌが、１μｍ未満であると、発光面積が小さくなることがあり、１０ｍｍを超えると、光量が均一にならないことがある。前記平均距離Ｌは、任意の角錐状凹部３を１０点選択し、それぞれの開口部３１におけるそれぞれの対向する２辺間の距離の平均値であり、例えば、ノギスや三次元測定装置等の寸法測定器で測定することができる。また、前記角錐状凹部３が１つのみの場合は、単一の開口部３１におけるそれぞれの対向する２辺間の各距離の平均を平均距離とする。

前記開口部３１の平均面積（開口面積）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１μｍ^２〜１００ｍｍ^２が好ましく、１００μｍ^２〜１ｍｍ^２がより好ましい。
前記平均面積が、１μｍ^２未満であると、発光面積が小さくなることがあり、１００ｍｍ^２を超えると、光量が均一にならないことがある。
前記平均面積は、任意に角錐状凹部３を１０点選択し、それぞれの開口部３１の面積の平均値である。前記平均面積は、例えば、ノギスや三次元測定器などで測定することができる。また、前記角錐状凹部３が１つのみの場合は、単一の開口部３１の面積を平均面積とする。

前記頂部３２と前記光源４表面との平均距離としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１μｍ〜１００ｍｍが好ましい。
前記平均距離が、１μｍ未満であると、外部からの水蒸気や空気で光源が劣化することがあり、１００ｍｍを超えると、ここからの光の漏れが多くなることがある。
前記平均距離は、任意に角錐状凹部３を１０点選択し、それぞれの頂部３２と前記光源４表面との距離の平均値である。また、前記角錐状凹部３が１つのみの場合は、単一の頂部３２と前記光源４表面との距離を平均距離とする。

前記角錐状凹部３の配置としては、前記出射面２の形状が正方形である場合、前記開口部３１を構成する辺全てが本発明の面状照明装置１の出射面２の対角線と平行であることが好ましい。具体的には、例えば、図８に一例を示すように、開口部３１を構成する辺ａからｄは、出射面２の対角線ＡからＢと平行であることが好ましい。前記開口部３１を構成する辺全てが前記出射面２の対角線と平行でないと、光出射効率が低下することがある。

本発明の面状照明装置１の発光エリアＳとしては、例えば、角錐状凹部３が四角錐形状である場合、発光エリアは、図５に一例を示すように、四角錐の辺方向に光が出射した四角形となる。同様に、角錐状凹部３が六角錐形状である場合、発光エリアは、六角錐の辺方向に光が出射した六角形となる。

前記角錐状凹部３としては、面状照明装置１内に少なくとも一つ有していればよく、図６又は図７に一例を示すように、面状照明装置１内に前記角錐状凹部３を複数個有していてもよい。なお、前記角錐状凹部３が複数個有する場合は、前記光源４も複数個有し、発光エリアＳ同士が重なるように前記角錐状凹部３及び前記光源４を配置してもよい。また、角錐状凹部３を複数個有する場合は、前記角錐状凹部３の形状は、全て同じ角錐状であってもよいし、異なっていてもよい。

前記角錐状凹部３を複数個有する場合、前記角錐状凹部３の隣接する角錐状凹部３の開口部３１間の平均距離Ｐ（以下、ピッチ間隔ともいう）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１ｍｍ〜１，０００ｍｍが好ましく、１０ｍｍ〜１００ｍｍがより好ましい。
前記ピッチ間隔Ｐが、１ｍｍ未満であると、各光源４の発光面積が重なり、光量が均一とならないことがあり、１，０００ｍｍを超えると、各光源４との距離が離れすぎ、出射面２全体から光を出射させることができないことがある。なお、ピッチ間隔は、角錐状凹部３が形成されている出射面２を上から見たとき、各角錐状凹部３の外接円を計測し、隣接する外接円の中心間の距離を１０点測定した平均値をいう。ここで、前記外接円は、例えば、拡大鏡を用いて測定することができる。

前記出射面２における前記角錐状凹部３が占める面積率としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、２０％未満が好ましく、１０％未満がより好ましい。
前記面積率が、２０％以上であると、各光源４の発光面積が重なり、光量が均一とならないことがある。
前記面積率とは、前記出射面２の単位面積当たりの角錐状凹部３が占める占有面積のことをいい、前記面積率は、例えば、拡大鏡観察で測定することができる。

前記角錐状凹部３は、必要に応じて、前記角錐状凹部３内を高屈折率材料又は低屈折率材料を埋設してもよい。
前記高屈折率材料とは、屈折率が、基材に対して屈折率が高い材料を表し、前記低屈折率材料とは、屈折率が、基材に対して屈折率が低い材料を表す。
前記屈折率材料を前記角錐状凹部３内に埋設することで、汚れがたまるという点で有利である。

−高屈折率材料−
前記高屈折率材料の屈折率としては、１．５以上が好ましく、１．６以上がより好ましい。
前記屈折率が、１．５未満であると、前記開口部３１から光が出射してしまうことがある。前記屈折率は、例えば、エリプソメータなどで測定することができる。

前記高屈折率材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばＴｉＯ_２、ＺｎＳ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ポリカーボネートなどが挙げられる。

−低屈折率材料−
前記低屈折率材料の屈折率としては、１．５未満が好ましく、１．４以下がより好ましい。
前記屈折率が、１．５以上であると、前記開口部３１から光が出射してしまうことがある。前記屈折率は、例えば、エリプソメータなどで測定することができる。

前記低屈折率材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。

前記高屈折率材料又は前記低屈折率材料の埋設方法としては、例えば、直接流し込んだり、バインダに分散させて流し込む方法などが挙げられる。

−−角錐状凹部の形成方法−−
前記角錐状凹部３の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、切削法、ナノインプリント法、レーザ微細加工、エッチング法などが挙げられる。これらの中でも、同じ形状のものを均一に形成するという理由からナノインプリント法で形成させることが好ましい。

前記ナノインプリント法としては、予め所望の形状を備えるスタンパ（金型）で転写することで角錐状凹部３を形成させることができる。具体的には、スタンパ原版（シリコン基板）上にフォトレジスト材料からなるフォトレジスト層をスピンコート法などで塗布し、光学系レンズでレーザ光をフォトレジスト層に集光して照射することで微細孔を形成させ、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチング処理を行い、原版上に形成された微細孔の深さを調整した後、フォトレジスト層を除去することで所望の形状を有するスタンパを作製する。
前記出射面２にナノインプリント材料からなるナノインプリント層を形成させ、このナノインプリント層を前記スタンパで押圧し、必要に応じて加熱又は光照射することで出射面２に角錐状凹部３を形成させる。

前記フォトレジスト材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、通常の光反応を利用するフォトレジスト材料、熱反応を利用するフォトレジスト材料など挙げられるが、高精細で、細かな構造ができ、より光相互作用に高い効果を発現できる点で熱反応を利用できるフォトレジスト材料が好ましい。
前記熱反応を利用できるフォトレジスト材料としては、例えば、メチン色素（シアニン色素、ヘミシアニン色素、スチリル色素、オキソノール色素、メロシアニン色素など）、大環状色素（フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素、ポルフィリン色素など）、アゾ色素（アゾ金属キレート色素を含む）、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、１−アミノブタジエン誘導体、経皮酸誘導体、キノフタロン系色素などが挙げられる。

前記ナノインプリント材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、熱可塑性樹脂及び光硬化性樹脂の少なくともいずれかを含有するインプリントレジスト組成物などが挙げられる。
前記インプリントレジスト組成物としては、例えば、ノボラック系樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、有機ガラス樹脂、無機ガラス樹脂などが挙げられる。

前記フォトレジスト層の厚みとしては、スタンパの表面上に形成される角錐状凹部３を形成するための角錐の高さを１としたときに対して５以上、２００未満が好ましい。前記厚みが５未満であると、レジスト量が不足し、所望の角錐状凹部３を形成することができないことがある。
前記フォトレジスト層の厚みとしては、例えば、該フォトレジスト層を形成した出射面２から該フォトレジスト層を一部剥離し、剥離後の段差（高さ）をＡＦＭ装置（ＯＬＳ、オリンパス株式会社製）にて測定することができる。

前記インプリントレジスト組成物の粘度としては、２５℃で、１ｍＰａ・ｓ〜２００ｍＰａ・ｓが好ましく、１ｍＰａ・ｓ〜１００ｍＰａ・ｓがより好ましい。前記インプリントレジスト組成物の粘度は、例えば、超音波式粘度計などを用いて測定することができる。

＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、反射膜、半透過膜などが挙げられ、前記角錐状凹部３が、反射膜及び半透過膜のいずれかに覆われている構成とすることが好ましい。

−反射膜−
前記角錐状凹部３が、反射膜に覆われている構成とすることで、開口部３１から光が出射することを抑制することができる。

前記反射膜の材料としては、高い反射率を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、銀、アルミニウム、金、銅、マグネシウム等の金属、高屈折率のＴｉＯ_２、ＺｎＳ、シリコン等の誘電体や半導体が挙げられる。

前記反射膜の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法などが挙げられる。

前記反射膜の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましい。
前記厚みは、例えば、断面を走査型電子顕微鏡で観察することなどで測定することができる。

−半透過膜−
前記角錐状凹部３が、半透過膜に覆われている構成とすることで、開口部３１から光が出射することを抑制することができる。

前記半透過膜の材料としては、半透過膜性を有すれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、芳香族ポリスルホン、ポリベンゾイミダゾールなどが挙げられる。

前記半透過膜の形状として、例えば、平膜、平膜を用いたスパイラル型モジュール、中空糸型モジュール、チューブラー型モジュールなどが挙げられる。

前記半透過膜の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スピンコーター、ディップコーター、ダイコーター、スリットコーター、バーコーター、グラビアコーターなどが挙げられる。

前記半透過膜の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜変更できるが、１０ｎｍ以上が好ましく、３０ｎｍ以上がより好ましい。
前記厚みが、１０ｎｍ未満であると、開口部３１から光が出射することがある。
前記厚みは、例えば、断面を走査型電子顕微鏡で観察することなどで測定することができる。

＜構成＞
図１〜図３に示すように、本発明の面状照明装置１は、出射面２、角錐状凹部３、光源４、底面５を有している。前記光源４は、出射面２と底面５との間に有し、底面５と接している。また、前記光源４の光出射部は、出射面２上の前記角錐状凹部３の開口部３１の各辺から前記出射面２に直交する各垂線を引いた際、前記光源４の光出射部の少なくとも一部が、前記各垂線に囲まれた範囲内に位置する。
前記光出射部から出射された光は、角錐状凹部３により出射面２方向（図９のＡ方向、Ｂ方向）へ屈折するので一部の発光強度が向上し、発光面積が広くなる。また、出射面２の表面は、角錐状凹部３の開口部３１からの距離によって表面粗さが異なるため、出射面２から出射する光の光量が均一になる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるもの
ではない。

（実施例１）
＜面状照明装置の作製＞
５０ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍのアクリル樹脂板を、ＮＣ加工機を用いて機械加工を行い、表１に示す角錐状凹部の開口部を形成した。

−光源の埋設−
アクリル樹脂板にＮＣ加工機で穴をあけ、該穴にＬＥＤ（６１７−２６７８、Ｋｉｎｇｂｒｉｇｈｔ社製）を設置し、シリコーン樹脂（ＫＪＲ９０２２、信越化学工業株式会社製）を流し込んで、光源としてのＬＥＤを埋設した。

その後、開口部の各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域（以下、この領域を「領域Ａ」という）、隣接する正方形における、互いに直交する辺の一部を４辺の一部に有してなる正方形の領域（以下、この領域を「領域Ｂ」という）、並びに前記領域Ａ及び前記領域Ｂ以外の領域（以下、この領域を「領域Ｃ」という）を、サンドブラスト加工装置を使用して金剛砂等を含む圧搾空気を領域Ａから領域Ｃに吹き付けて、領域Ａから領域Ｃの表面粗さを０．４μｍとした。
領域Ａにおける出射面をマスクし、再度サンドブラスト加工装置を使用して金剛砂等を含む圧搾空気を領域Ａから領域Ｃに吹き付けて、領域Ｂから領域Ｃの表面粗さを１．４μｍとした。
領域Ａ及び領域Ｂにおける出射面をマスクし、再度サンドブラスト加工装置を使用して金剛砂等を含む圧搾空気を領域Ａから領域Ｃに吹き付けて、領域Ｃの表面粗さを２．８μｍとした。

角錐状凹部の開口部の各辺から出射面と直交する各垂線を引いたところ、光源の光出射部は、全て各垂線で囲まれた範囲内に位置していた。また、前記光出射部の一部が、角錐状凹部の開口部の各辺から頂部と交差するように引いた垂線と交差する位置にあった。
出射面の対角線と開口部を構成する全ての辺とが平行であった。
角錐状凹部の開口部から頂部までの平均深さは、三次元計測器（オリンパス株式会社製、ＳＴＭ５）で計測したところ、４ｍｍであった。
角錐状凹部の開口部における対向する２辺間の平均距離は、三次元計測器（オリンパス株式会社製）で計測したところ、８ｍｍであった。開口部の平均面積は、６４ｍｍ^２であった。
角錐状凹部の断面の平均頂角及び平均底角を三次元計測器（オリンパス株式会社製、ＳＴＭ５）で計測したところ、平均頂角は、９０°及び平均底角は、共に４５°であった。
頂角及び底角の曲率半径を三次元計測器（オリンパス株式会社製、ＳＴＭ５）で測定したところ、頂角の曲率半径は５０μｍであり、底角の曲率半径は５０μｍであった。

次に、実施例１の面状照明装置の光量均一性について、以下のようにして評価した。結果を表１に示す。

＜光量均一性＞
光源から０．１Ｗの光を照射し、出射面から光を出射させた。光が出射している箇所について、１０ｍｍ間隔ごとに光量を分光器（ＵＳＢ２０００、オーシャンオプティクス社製）で３６点測定し、その平均値と標準偏差とを求めた。求めた標準偏差を平均値で除算し、１００倍した値を光量均一性とした。光量均一性が０％の場合、光量が完全に均一となる。

（実施例２）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、開口部における対向する２辺間の平均距離を８ｍｍから７ｍｍとし、頂角αの平均角度を９０°から９８°とし、底角βの平均角度を４５°から４１°とした以外は、実施例１と同様にして、実施例２の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして、諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例３）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、開口部における対向する２辺間の平均距離を８ｍｍから９ｍｍとし、頂角αの平均角度を９０°から８４°とし、底角βの平均角度を４５°から４８°とした以外は、実施例１と同様にして、実施例３の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例４）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、開口部における対向する２辺間の平均距離を８ｍｍから６ｍｍとし、頂角αの平均角度を９０°から１０６°とし、底角βの平均角度を４５°から３７°とした以外は、実施例１と同様にして、実施例４の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置において、実施例１と同様にして、諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例５）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、開口部における対向する２辺間の平均距離を８ｍｍから１０ｍｍとし、頂角αの平均角度を９０°から７８°とし、底角βの平均角度を４５°から５１°とした以外は、実施例１と同様にして、実施例５の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして、諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例６）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、角錐の形状を四角錐から六角錐とした以外は、実施例１と同様にして、実施例６の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして、諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例１）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、角錐の形状を四角錐から円錐とした以外は、実施例１と同様にして、比較例１の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例２）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、出射面を基準として角錐状の凸部（角錐状凸部）を形成した以外は、実施例１と同様にして、比較例２の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例３）
＜面状照明装置の作製＞
実施例１において、ＮＣ加工機のＮＣ値を変えて、角錐状凹部の開口部の各辺から底面に向かって垂線を引いたところ、光源の光出射部が、各垂線に囲まれた範囲内になかった以外は、実施例１と同様にして、比較例３の面状照明装置を作製した。
作製した面状照明装置について、実施例１と同様にして諸特性の評価を行った。結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例１〜６は、光量均一性に優れていることから、全体の発光強度が増加しているのに対し、比較例１〜３は、光量均一性が実施例１〜６に比べて劣ることが分かった。このことから、角錐状凹部を設けることで光量均一性が向上し、発光強度が向上することが分かった。

本発明の面状照明装置は、光源の光量が均一の状態で発光面積を広げることができるため、照明、ＬＣＤ用のバックライトなどに好適に用いることができる。

１ 面状照明装置
２ 出射面
３ 角錐状凹部
３１ 開口部
３２ 頂部
４ 光源
５ 底面
α 頂角
β 底角
Ｓ 発光エリア

Claims (11)

1. 少なくとも１つの光源と、
   該光源から出射された光を外部に出射する出射面と、
   該出射面に設けられた少なくとも１つの角錐状凹部と、を少なくとも有し、
   前記出射面上の前記角錐状凹部の開口部の各辺から前記出射面に直交する各垂線を引いた際、前記光源の光出射部の少なくとも一部が、前記各垂線で囲まれた範囲内に位置することを特徴とする面状照明装置。
2. 光出射部の少なくとも一部が、角錐状凹部の頂部と交差するように該角錐状凹部の開口部から引いた垂線と交差する請求項１に記載の面状照明装置。
3. 光源が、出射面と該出射面と対向する面との間に配され、前記対向する面に接している請求項１から２のいずれかに記載の面状照明装置。
4. 角錐状凹部の開口部から頂部までの平均深さが、１μｍ〜１０ｍｍである請求項１から３のいずれかに記載の面状照明装置。
5. 出射面から角錐状凹部の頂部に向かって垂直方向となる切断面における頂角αの平均角度が、６０°〜１２０°である請求項１から４のいずれかに記載の面状照明装置。
6. 開口部の形状が偶数個の辺を有する形状であり、出射面上の角錐状凹部の前記開口部における、対向する２辺間の平均距離が、１μｍ〜１０ｍｍである請求項１から５のいずれかに記載の面状照明装置。
7. 開口部の形状が４個の辺を有する形状であり、前記開口部の前記各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍである請求項１から６のいずれかに記載の面状照明装置。
8. 隣接する正方形における、互いに直交する辺の一部を４辺の一部に有してなる正方形の領域における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍである請求項７に記載の面状照明装置。
9. 開口部の各辺から延長線を引き、前記各辺の１辺と該１辺と同じ長さの前記延長線とを辺として有してなる正方形の領域、及び隣接する前記正方形における、互いに直交する２辺を一部有してなる正方形の領域以外における出射面の表面粗さが、０．０１μｍ〜１，０００μｍである請求項７から８のいずれかに記載の面状照明装置。
10. 角錐状凹部が、四角錐形状であり、発光エリアが略四角形である請求項１から９のいずれかに記載の面状照明装置。
11. 開口部が、反射膜及び半透過膜のいずれかで覆われている請求項１から１０のいずれかに記載の面状照明装置。