JP2014182888A - 面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の輝度の低下及び輝度分布の劣化等を生じさせることなく、出光部を薄型化することが可能な面状照明装置を提供する。
【解決手段】面状照明装置１０は、ＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１から射出された光が入射する入光端面２１、及び入光端面２１から入射した光を射出する出光面２２を有する導光板２０と、入光端面２１に設けられた回折光学素子４、５とを備え、導光板２０は、入光端面２１側に配置された傾斜部３１を有し、傾斜部３１には、入光端面２１に向かうほど傾斜部３１の厚みが漸増するように傾斜面２５が設けられている。回折光学素子４、５は、入光端面２１の短手方向に互いに間隔を置いて設けられた第１の回折光学素子４と第２の光学素子５とを含んでおり、これによって傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光が低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、入光端面に光源を配置して出光面から面状の照明光を射出する導光板を備えたサイドライト方式の面状照明装置に関する。

液晶表示パネルの照明手段として、小型で環境適合性に優れたＬＥＤを導光板の側端面に沿って配置してなるサイドライト方式の面状照明装置（バックライト）が、携帯電話等の小型携帯情報機器の分野を中心に広く採用されている。昨今では、小型携帯情報機器の更なる薄型化に対応するため、出光面を含む出光部の厚さをＬＥＤが配置された入光端面よりも薄くするとともに、入光端面と出光部との間に、出光部側から入光端面側に向かうほど厚さが漸増する傾斜部を形成した導光板が使用されている。このような導光板を使用することにより、ＬＥＤの厚さによらず導光板の出光部を薄くすることができる（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００７−２８７５５０号公報 特開２００８−１７０７３９号公報

しかしながら、液晶表示装置の薄型化に対する要求は厳しさを増すばかりであり、液晶表示装置のバックライトとして用いられる面状照明装置にも、さらなる薄型化が強く求められている。例えば、使用するＬＥＤの厚さ及び傾斜部の導光方向の長さを所与の条件として、出光部を薄型化するためには、傾斜部を構成する傾斜面の傾斜を急峻にする必要がある。しかしながら、傾斜面の傾斜を急峻にすると、傾斜面、及び、出光面のうち通常は遮光されて有効出光領域としては利用されない傾斜面近傍の部分からの漏れ光が増大して、有効出光領域から出光される照明光の輝度が低下するとともに、照明光の輝度分布が劣化するという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、照明光の輝度の低下及び輝度分布の劣化等を生じさせることなく、出光部を薄型化することが可能な面状照明装置を提供することを目的とする。

以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）光源と、前記光源から射出された光が入射する入光端面、及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、前記入光端面または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た傾斜部を有し、前記傾斜部には、前記入光端面に向かうほど前記傾斜部の厚みが漸増するように傾斜面が設けられており、前記回折光学素子は、前記入光端面の短手方向に互いに間隔を置いて設けられた第１の回折光学素子と第２の回折光学素子とを含んでいることを特徴とする面状照明装置（請求項１）。

本項に記載の面状照明装置によれば、光源と入光端面との間に設けられた回折光学素子を備えており、この回折光学素子は、入光端面の短手方向に互いに間隔を置いて設けられた第１の回折光学素子と第２の回折光学素子とを含むことにより、光源からの射出光の、入光端面の短手方向を含みかつ入光端面に垂直な仮想平面内における配光分布に関して、光源からその光軸方向に対して比較的広角に射出される光（以下、第２の射出光ともいう）を、第１の回折光学素子及び第２の回折光学素子を介して導光板に入射させ、かつ、上記配光分布に関して、光源からその光軸方向に対して比較的狭角に射出される光（以下、第１の射出光ともいう）を、回折光学素子を介することなく（言い換えれば、入光端面の第１の回折光学素子と第２の回折光学素子との間の領域を介して）、導光板に入射させることが可能となる。

しかるに、入光端面側に配置され、出光面側から入光端面側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する面状照明装置において、傾斜面、及び出光面のうち通常は遮光されて有効出光領域としては利用されない傾斜面近傍の部分（以下、単に出光面の傾斜面近傍という）からの漏れ光の主な要因は第２の射出光であり、第１の射出光は、典型的には、導光板に入射後、漏れ光となることなく導光板中を導光されるものである。

したがって、本項に記載の面状照明装置によれば、漏れ光の要因となる可能性の低い第１の射出光の進行方向を不要に偏向することなく、漏れ光の要因となる可能性の高い第２の射出光の進行方向のみを、第１の回折光学素子と第２の回折光学素子によって所望の方向に制御することが可能となり、これによって、傾斜面及び出光面の傾斜面近傍からの漏れ光を低減し、ひいては、傾斜部を有する面状照明装置において、出光面の有効出射領域から出光される照明光の輝度及び輝度分布の均一性を向上させることが可能となる。
また、本項に記載の面状照明装置は、傾斜面及び出光面の傾斜面近傍からの漏れ光を要因とする照明光の輝度の低下及び輝度分布の均一性の劣化を生じさせることなく、傾斜部における傾斜面の傾斜を急峻にすることが可能であるため、面状照明装置の出光部のさらなる薄型化に寄与するものである。

（２）（１）項に記載の面状照明装置において、前記回折光学素子は、前記光源から射出された光を、前記入光端面の短手方向を含みかつ前記入光端面に垂直な仮想平面内で、光軸方向に偏向させるように構成されていることを特徴とする面状照明装置（請求項２）。

本項に記載の面状照明装置によれば、第１の回折光学素子及び第２の回折光学素子により、第２の射出光の進行方向を、傾斜面及び出光面の傾斜面近傍から漏れる可能性の低い方向（傾斜面及び出光面への入射角度が大きくなる方向）に偏向させ、このような漏れ光を効果的に低減させることができる。

（３）（１）または（２）項に記載の面状照明装置において、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を有する回折格子であることを特徴とする面状照明装置（請求項３）。

本項に記載の面状照明装置によれば、光源から射出されて前記回折光学素子に入射した光を、入光端面の短手方向を含みかつ入光端面に垂直な仮想平面内で、光軸方向に向かうように偏向させる回折光学素子を、容易かつ安価に形成することが可能となる。

（４）（３）項に記載の面状照明装置において、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とは、前記凸部の断面形状が、並進対称の関係にないことを特徴とする面状照明装置（請求項４）。

本項に記載の面状照明装置によれば、入光端面の長手方向に延びるリッジ状の凸部を有する回折格子により、光源から射出された光を、入光端面の短手方向を含みかつ前記入光端面に垂直な仮想平面内で、光軸方向に偏向させる第１の回折光学素子と第２の回折光学素子を、容易かつ安価に形成することが可能となる。

（５）（４）項に記載の面状照明装置において、前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とは、前記凸部の断面形状が、前記入光端面の長手方向を含みかつ前記入光端面に垂直な仮想平面に対して、鏡映対称の関係にあることを特徴とする面状照明装置（請求項５）。

本項に記載の面状照明装置によれば、入光端面の長手方向に延びるリッジ状の凸部を有する回折格子により、光源から射出された光を、入光端面の短手方向を含みかつ前記入光端面に垂直な仮想平面内で、光軸方向に偏向させる第１の回折光学素子と第２の回折光学素子を、さらに容易かつ安価に形成することが可能となる。

（６）（１）から（５）のいずれか１項に記載の面状照明装置において、前記入光端面には、前記入光端面の長手方向に互いに離間して配列された複数のプリズムが設けられており、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ことを特徴とする面状照明装置（請求項６）。

本項に記載の面状照明装置によれば、光源から射出されて導光板に入射する光に対して、回折光学素子による光路制御（縦方向（厚み方向）の光路制御）と複数のプリズムによる光路制御（縦方向と直交する横方向の光路制御）との複合的な光路制御を効果的に実行することが可能となる。

（７）（１）から（６）のいずれか１項に記載の面状照明装置において、前記傾斜面は、前記出光面側に設けられていることを特徴とする面状照明装置（請求項７）。

本発明によれば、照明光の輝度の低下及び輝度分布の劣化等を生じさせることなく、出光部を薄型化することが可能な面状照明装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す側面図である。 図１に示す面状照明装置において、回折光学素子が有する凸部を示す図であり、（ａ）は、第１の回折光学素子が有する凸部の側面図、（ｂ）は、第２の回折光学素子が有する凸部の側面図である。 （ａ）は、従来の面状照明装置について、光源からの射出光の典型的な光路を模式的に示す側面図、（ｂ）は、図１に示す面状照明装置について、光源からの射出光の典型的な光路を模式的に示す側面図である。 面状照明装置の入光端面の一部の領域に回折光学素子を設けた場合の漏れ効率を解析した結果を示す図であり、（ａ）は、解析に使用した面状照明装置の条件を示す模式図、（ｂ）は、入光端面の上部側の領域のみに回折光学素子を形成した場合について、回折格子領域と漏れ効率との関係を示すグラフ、（ｃ）は、入光端面の下部側の領域のみに回折光学素子を形成した場合について、回折格子領域と漏れ効率との関係を示すグラフである。 本実施形態における面状照明装置の漏れ光の低減効果を、比較例とともに示した表である。

以下、本発明の実施形態に係る面状照明装置を図面を参照して説明する。なお、添付の各図面において、各構成要素の形状、寸法等は、本発明の理解を容易にするため適宜誇張して示されている。また、添付の各図面において、二つの構成要素が空間を介して隣接するように図示されている場合、その空間は、本発明の理解を容易にするために挿入されるか、または誇張して示されたものであり、本発明の構成は、隣接する構成要素間の空間の有無、または、存在する場合には、その寸法によるものではない。

本発明の第１の実施形態である面状照明装置１０は、図１に示すように、光源としてのＬＥＤ１１と、ＬＥＤ１１が発光した光を面状に射出させるための導光板２０とを備えている。導光板２０は、透明材料（例えば、ポリカーボネート樹脂）を用いて上面視矩形状に形成されており、その外表面に、ＬＥＤ１１から射出された光が入射する端面である入光端面２１を有している。導光板２０において、入光端面２１の長手方向（図１において、紙面に直交する方向）の二端辺２１ｃ、２１ｄのうちの一方２１ｃに連接する面には、入光端面２１から入射した光を射出する出光面２２と、後述する傾斜面２５とが含まれている。以下、導光板２０の出光面２２を含む方の面を表面２３、表面２３に対向する面を裏面２４ともいう。

また、本発明において、ＬＥＤ１１の射出光の配光部分の中心軸を光軸ｑといい、この光軸ｑは、典型的には、ＬＥＤ１１（または、ＬＥＤ１１の発光領域）の幾何学的中心軸に一致する。

ここで、本発明において、入光端面２１から、入光端面２１と対向する端面（図示は省略する）に向かう方向（図１の紙面左方向）を「前方」（その反対方向を「後方」）という。このように定義された「前方」は、入光端面２１から導光板２０に入光した光が、全体として、導光板２０内を導光される方向でもあり、この意味で、上記定義による前後方向を、「導光方向」ともいう。
また、裏面２４が表面２３を向く方向（図１の紙面上方向）を「上方」（その反対方向を「下方」）と定義し、この定義による上下方向を、「厚み方向」ともいう。さらに、前後方向及び上下方向と直交する方向（図１の紙面に直交する方向）を（必要な場合、前方に向かって「右方」及び「左方」を定義して）左右方向ともいう。左右方向は、言い換えれば、入光端面２１の長手方向である。また、特に明示して断らない限り、「長さ」、「厚さ（厚み）」、及び「幅」は、それぞれ前後方向、上下方向、及び左右方向の寸法をいう。

面状照明装置１０において、導光板２０は、入光端面２１側から前方に向かって、傾斜面２５が設けられた傾斜部３１、次いで、出光面２２が設けられた出光部３２が配置された構成を備えており、出光部３２の厚さは、入光端面２１の厚さよりも薄く形成されている。そして、導光板２０の裏面２４は、傾斜部３１と出光部３２とを通じて一つの平坦面となるように形成され、一方、傾斜部３１の傾斜面２５は、出光部３２側から後方に向かって上方に傾斜するように形成されており、これによって、傾斜部３１は、入光端面２１に向かうほど厚みが漸増するように設けられている。出光面２２は、入光端面２１に略直交する平坦面として、傾斜面２５の前方の端辺２６と連接して形成され、裏面２４は、出光面２２と略平行に対向する。

面状照明装置１０において、導光板２０の入光端面２１には、第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５が設けられている。第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５とは、入光端面２１の短手方向に互いに間隔を置いて設けられており、第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５との間の領域６は、平坦面から構成される（以下、この間の領域６を平坦領域６という）。面状照明装置１０では、光軸ｑと入光端面２１との仮想交点（図示は省略する）は平坦領域６に含まれており、平坦領域６を挟んで、入光端面２１の上部側（端辺２１ｃ側）に第１の回折光学素子４が、入光端面２１の下部側（端辺２１ｄ側）に第２の回折光学素子５が、それぞれ設けられている。

第１及び第２の回折光学素子４、５は、後述するように、ＬＥＤ１１から射出された光を、入光端面２１の短手方向を含みかつ入光端面２１に垂直な仮想平面（図示は省略する）内で（仮想平面に投影して見た場合に）、光軸ｑ方向に向かうように偏向させるものである。尚、面状照明装置１０において、入光端面２１の短手方向を含みかつ入光端面２１に垂直な仮想平面は、入光端面２１及び出光面２２に垂直な仮想平面と同一であり、以下、この仮想平面を縦断面ともいう。

図２を参照して、第１及び第２の回折光学素子４、５の構成について詳述すれば、次の通りである。第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５のそれぞれは、入光端面２１の長手方向に延びるリッジ状の凸部４２、５２を有し、このような凸部４２、５２を、入光端面２１の短手方向に複数配列してなる回折格子として構成される。面状照明装置１０において、これらの凸部４２、５２は、入光端面２１と一体に、側面視三角形状に形成されている。また、凸部４２、５２は、入光端面２１の平坦領域６に連続する仮想平面（同様に、符号２１を付す）に対して後方に突出するように設けられており、凸部４２、５２において、三角形の仮想平面２１側の一辺を底辺としたときの頂点４３、５３を連ねた稜線が、入光端面の２１の長手方向に延びるものである。

また、面状照明装置１０において、凸部４２、５２は、入光端面２１の長手方向に沿って一定の形状を有しており、したがって、図２に示す凸部４２、５２の側面視形状は、入光端面２１の長手方向に沿った任意の位置における縦断面の形状と同一である。本願発明では、特に明示して断らない限り、この縦断面の形状を単に断面形状という。

ここで、第１及び第２の回折光学素子４、５は、入光端面２１の長手方向に沿って、その全幅にわたって延在するように設けられるものであってもよい。あるいは、例えば、複数のＬＥＤ１１が、入光端面２１の長手方向に沿って散在するように配置されている場合には、複数のＬＥＤ１１の配置位置に応じて、入光端面２１のうち、少なくとも各ＬＥＤ１１からの射出光が到達するそれぞれの範囲わたって延在するように、入光端面２１の長手方向に沿って散在させて設けられるものであってもよい。

第１の回折光学素子４が有する凸部４２において、断面形状を構成する三角形の仮想平面２１側の一辺を底辺としたとき、この底辺の、入光端面２１の短手方向の長さｐ１は、凸部４２を複数配列してなる回折格子の格子間隔（ピッチ）に相当する。また、三角形の３つの内角は、頂角α１と２つの底角β１、γ１からなり、２つの底角β１、γ１のうち、上側（端辺２１ｃ側）を傾き角β１という。
同様に、第２の回折光学素子５が有する凸部５２において、断面形状を構成する三角形の仮想平面２１側の一辺を底辺としたとき、この底辺の、入光端面２１の短手方向の長さｐ２は、凸部５２を複数配列してなる回折格子の格子間隔（ピッチ）に相当する。また、三角形の３つの内角は、頂角α２と２つの底角β２、γ２からなり、２つの底角β２、γ２のうち、上側（端辺２１ｃ側）を傾き角β２という。

そして、面状照明装置１０において、第１及び第２の回折光学素子４、５の凸部４２、５２は、凸部４２のピッチｐ１と凸部５２のピッチｐ２、及び凸部４２の頂角α１と凸部５２の頂角α２がそれぞれ等しく（ｐ１＝ｐ２、α１＝α２）、かつ、凸部４２の傾き角β１と凸部５２の下方側（短辺２１ｄ側）の底角γ２が等しく（β１＝γ２）、したがって、凸部４２の下方側の底角γ１と凸部５２の傾き角β２が等しい（γ１＝β２）ように形成されている。

このように、第１の回折光学素子４の凸部４２と、第２の回折光学素子５の凸部５２とは、互いに合同な断面形状を備えながら、それらの断面形状が、並進対称の関係を有しない（すなわち、平行移動によって互いに重なり合うことがない）ように形成されている。但し、凸部４２の断面形状と凸部５２の断面形状とは、入光端面２１の長手方向を含みかつ入光端面２１に垂直な仮想平面（図示は省略する）に対して、鏡映対称の関係にあるものである。
尚、面状照明装置１０において、入光端面２１の長手方向を含みかつ入光端面２１に垂直な仮想平面は、入光端面２１に垂直かつ出光面２２に平行な仮想平面である。

面状照明装置１０において、凸部４２、５２は、例えば、各ピッチＰ１、Ｐ２を１．０〜１．５μｍ程度の等しい値とし、各頂角α１、α２を４０°として、さらに、凸部４２の傾き角β１を６０°（したがって、下方側の底角γ１は８０°）、凸部５２の傾き角β２を８０°（したがって、下方側の底角γ２は６０°）とするものであってもよい。

ここで、面状照明装置１０では、第１及び第２の回折光学素子４、５は、入光端面２１と一体に形成されるものとした。但し、面状照明装置１０において、第１及び第２の回折光学素子４、５は、入光端面２１とは別体に構成された第１及び第２の回折光学素子４、５を、入光端面２１に固着させてなるものであってもよく、あるいは、別体に構成された第１及び第２の回折光学素子４、５を、光源１１と入光端面２１との間に配設するものであってもよい。また、第１及び第２の回折光学素子４、５を、光源１１と入光端面２１との間に配設する場合には、第１及び第２の回折光学素子４、５は、入光端面２１に対して離間させて設けるものであってもよい。

次に、図３を参照して、面状照明装置１０の作用効果について説明する。図３は、ＬＥＤ１１から射出される光の典型的な光路を模式的に示す図であり、（ａ）は従来の面状照明装置１００の場合、（ｂ）は、本実施形態における面状照明装置１０の場合を示す図である。尚、従来の面状照明装置１００について、本実施形態における面状照明装置１０の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付して参照する。

図３（ａ）に示すように、従来、傾斜部３１を有する面状照明装置１００において、ＬＥＤ１１からの射出光の縦断面内における配光分布に関して、光源１１からその光軸ｑ（図１参照）方向に対して比較的狭角に射出される光（その代表的な例をＬ１で示す。以下、このような光を第１の射出光ともいう）の多くは、入光端面２１を介して導光板２０に入射した後、傾斜面２５に入射することなく、あるいは、傾斜面２５に入射した場合でもそこで内部全反射されて、傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光となることなく、導光板２０内を前方へと導光される。

一方、ＬＥＤ１１からの射出光の縦断面内における配光分布に関して、光源１１からその光軸ｑ（図１参照）方向に対して比較的広角に射出される光（その代表的な例をＬ２、Ｌ３で示す。以下、このような光を第２の射出光ともいう）は、第１の射出光と比べて傾斜面２５に入射する際の入射角が小さくなるため、傾斜面２５、及び、出光面２２のうち通常は遮光されて有効出光領域としては利用されない傾斜面２５近傍の部分（以下、単に出光面２２の傾斜面２５近傍という）から射出されて、漏れ光となる可能性が高い。このような漏れ光が発生することによって、出光面２２の有効出射領域から出光される照明光の輝度が低下するとともに、出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光により、照明光の輝度分布の均一性が劣化するものである。

特に、第２の射出光のうち、光軸ｑ方向に対して上方に出射される光Ｌ２については、導光板２０に入射後、入光端面２１付近で一度傾斜面２５に入射した後、傾斜面２５で反射され、次いで、導光板２０の裏面２４で反射された後、再び傾斜面２５に入射する（あるいは、図示は省略するが、出光面２２の傾斜面２５近傍に入射する）成分Ｌ２１が発生し、この入射光の傾斜面２５（または、出光面２２）に対する入射角は、最初に傾斜面２５に入射する際の入射角（あるいは、傾斜面２５での反射を経ずに出光面２２の傾斜面２５近傍に入射する光の入射角）よりもさらに小さくなるため、傾斜面２２及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光は、このような光路の存在によってさらに増大する。

これに対して、本実施形態における面状照明装置１０では、上述したような第１及び第２の回折光学素子４、５を備えているため、図３（ｂ）に示すように、光源から射出される第２の射出光のうち、光軸ｑ方向に対して上方側に射出される光Ｌ２は、主として第１の回折光学素子４を介して導光板２０に入射し、光軸ｑ方向に対して下方側に射出される光Ｌ３は、主として第２の回折光学素子５を介して導光板２０に入射することになる。
そして、このように第１及び第２の回折光学素子４、５を介して導光板２０に入射した光は、入射後の進行方向が、光軸ｑ方向に向かうように偏向される（すなわち、光Ｌ２の進行方向は、第１の回折光学素子４によって斜め下方に偏向され、光Ｌ３の進行方向は、第２の回折光学素子５によって斜め上方に偏向される）ものである。

これによって、第１及び第２の回折光学素子４、５を介して導光板２０に入射した第２の出射光Ｌ２、Ｌ３が、導光板２０に入射した後、傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍に入射した場合でも、その入射角は、従来の面状照明装置１００における入射角よりも大きくなり、その結果、傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光を低減することが可能となる。

一方、面状照明装置１０において、ＬＥＤ１１から射出される第１の射出光Ｌ１は、主として平坦領域６を介して導光板２０に入射するため、従来の面状照明装置１００と同様の光路に沿って、導光板２０内部を導光されるものである。すなわち、面状照明装置１０において、元来漏れ光となる可能性の低い第１の射出光Ｌ１の進行方向に対して、第１及び第２の回折光学素子４、５が影響を及ぼすことはない。

このように、面状照明装置１０によれば、ＬＥＤ１１からの射出光のうち、漏れ光の要因となる可能性の低い第１の射出光Ｌ１の進行方向を不要に偏向することなく、漏れ光の要因となる可能性の高い第２の射出光Ｌ２、Ｌ３の進行方向のみを、第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５により光軸ｑ方向に向かうように偏向することによって、傾斜部３１及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光を低減し、ひいては、傾斜部３１を有する面状照明装置１０において、その照明光の輝度及び輝度分布の均一性を向上させることが可能となる。

また、面状照明装置１０では、傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光を要因とする照明光の輝度の低下及び輝度分布の均一性の劣化を生じさせることなく、傾斜部３１の傾斜面２５の傾斜を急峻にすることが可能であるため、出光部３２のさらなる薄型化に寄与するものである。

このような面状照明装置１０の作用効果について、図４及び図５を参照してさらに詳細に説明すれば、次の通りである。図４は、本実施形態における面状照明装置１０の効果を解析するために、面状照明装置の入光端面の一部の領域に回折光学素子を設けた場合の漏れ効率を解析した結果を示す図であり、（ａ）は、解析に使用した面状照明装置の条件を示す模式図である。また、（ｂ）は、入光端面２１の上部側の領域のみに回折光学素子４１を形成した場合について、その回折光学素子４１が形成される領域の入光端面２１の短手方向の長さ（回折格子領域）Ｄ１と、漏れ効率との関係を示すグラフであり、また、（ｃ）は、入光端面２１の下部側の領域のみに回折光学素子５１を形成した場合について、その回折光学素子が形成される領域の入光端面２１の短手方向の長さ（回折格子領域）Ｄ２と、漏れ効率との関係を示すグラフである。

ここで、図４（ｂ）において、回折光学素子４１の回折格子領域Ｄ１は、入光端面２１の上側の端辺２１ｃを基準として下方へ向かう距離、図４（ｃ）において、回折光学素子４２の回折格子領域Ｄ２は、入光端面２１の下側の端辺２１ｃを基準として上方に向かう距離である。また、図４（ｂ）、（ｃ）いずれの場合についても、漏れ効率は、それぞれの回折格子領域Ｄ１、Ｄ２の設定における漏れ光量を、入光端面２１を回折光学素子を備えない平坦面とした場合（回折格子領域Ｄ１、Ｄ２が、それぞれ０ｍｍの場合）の漏れ光量を１００％とする相対値で示したものである。尚、この解析における漏れ光には、傾斜面２５からの漏れ光と出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光の両方が含まれる。

本解析では、面状照明装置の出光部３２の厚さＴ１を０．２５ｍｍ、入光端面２１の厚さＴ２を０．４ｍｍ、傾斜面２５の傾斜角θを約１２°に設定した。また、この解析において、回折光学素子４１は、図２（ａ）に示す凸部４２を有する回折格子であり、回折光学素子４２は、図２（ｂ）に示す凸部５２を有する回折格子である。その際、凸部４２、５２は、各ピッチＰ１、Ｐ２を１．０μｍ、各頂角α１、α２を４０°として、凸部４２の傾き角β１を６０°、凸部５２の傾き角β２を８０°としたものである。

図４（ｂ）から、面状照明装置１０の漏れ効率は、回折光学素子４１の回折格子領域Ｄ１を０．０７ｍｍとしたときの値を最小値として、回折格子領域Ｄ１が０．０７ｍｍよりも小さい場合には、回折格子領域Ｄ１を増大させる程減少し、一方、回折格子領域Ｄ１を０．０７ｍｍよりも大きくすると、回折格子領域Ｄ１を増大させる程増大することが分かる。したがって、入光端面２１の上部側の回折光学素子４１は、回折格子領域Ｄ１が０．０７ｍｍのときに、最も効率良く漏れ光を低減させるものである。

また、図４（ｃ）から、面状照明装置１０の漏れ効率は、回折光学素子５１の回折格子領域Ｄ２を０．０６ｍｍとしたときの値を最小値として、回折格子領域Ｄ２が０．０６ｍｍよりも小さい場合には、回折格子領域Ｄ２を増大させる程減少し、一方、回折格子領域Ｄ２を０．０６ｍｍよりも大きくすると、回折格子領域Ｄ２を増大させる程増大することが分かる。したがって、入光端面２１の下部側の回折光学素子５１は、回折格子領域Ｄ２が０．０６ｍｍのときに、最も効率良く漏れ光を低減させるものである。

この解析によって、入光端面２１の上部側の回折光学素子４１と下部側の回折光学素子５２のいずれの場合についても、その回折格子領域Ｄ１、Ｄ２には、漏れ光を最も効果的に低減させる所定の範囲があることが確認された。そして、この解析におけるそれぞれの所定の範囲（０．０７ｍｍ、及び、０．０６ｍｍ）の和（０．１３ｍｍ）は、解析に用いた面状照明装置の入光端面２１の厚さＴ２（０．４ｍｍ）よりも小さい。

この結果は、面状照明装置の傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光を抑制する上で、本実施形態における面状照明装置１０のように、入光端面２１に回折光学素子４、５を設け、さらに、その回折光学素子４、５を、入光端面２１の短手方向に互いに間隔（平坦領域６）を置いて設けられた第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５とした構成が、非常に効果的であることを示すものである。

このような面状照明装置１０の効果を確認した解析結果を図５に示す。図５は、面状照明装置１０の漏れ効率を、比較例とともに示した表である。表中、サンプルＮｏ．１〜４は、比較例であり、サンプルＮｏ．５が、本実施形態における面状照明装置１０である。尚、以下では、比較例についても、本実施形態における面状照明装置１０の構成要素と対応する構成要素には、同一の符号を付して参照する。

図５において、サンプルＮｏ．１は、導光板２０の入光端面２１を回折光学素子を備えない平坦面とした従来の構成であり、サンプルＮｏ．２〜４の漏れ効率は、各サンプルの漏れ光量を、サンプルＮｏ．１の面状照明装置の漏れ光量を１００％とする相対値で示した値である。また、サンプルＮｏ．２は、導光板２０の入光端面２１の短手方向に関して上側の端辺２１ｃから下側の端辺２１ｄにわたる全領域に、回折光学素子を設けた構成である。この回折光学素子は、図２（ａ）に示す凸部４２を有する回折格子であり、その頂角α１、傾き角β１、及びピッチｐ１は、それぞれ４０°、６０°、１．０μｍである。

また、サンプルＮｏ．３は、導光板２０の入光端面２１の上部側の領域のみに回折光学素子を設けた構成である。この回折光学素子は、図２（ａ）に示す凸部４２を有する回折格子であり、その頂角α１、傾き角β１、及びピッチｐ１は、それぞれ４０°、６０°、１．５μｍである。サンプルＮｏ．３の構成は、図４（ｂ）を参照して上述した面状照明装置において、回折光学素子４１の回折格子領域Ｄ１を最適な値に設定した場合に相当する。

また、サンプルＮｏ．４は、導光板２０の入光端面２１の下部側の領域のみに回折光学素子を設けた構成である。この回折光学素子は、図２（ｂ）に示す凸部５２を有する回折格子であり、その頂角α１、傾き角β１、及びピッチｐ１は、それぞれ４０°、８０°、１．０μｍである。サンプルＮｏ．４の構成は、図４（ｃ）を参照して上述した面状照明装置において、回折光学素子５１の回折格子領域Ｄ２を最適な値に設定した場合に相当する。

また、本実施形態における面状照明装置１０に相当するサンプルＮｏ．５において、第１の回折光学素子４は、図２（ａ）に示す凸部４２を有する回折格子であり、その頂角α１、傾き角β１、及びピッチｐ１は、それぞれ４０°、６０°、１．５μｍである。また、第２の回折光学素子５は、図２（ｂ）に示す凸部５２を有する回折格子であり、その頂角α２、傾き角β２、及びピッチｐ１は、それぞれ４０°、８０°、１．５μｍである。

図５から、導光板２０の入光端面２１の上側の端辺２１ｃから下側の端辺２１ｄにわたる全領域に回折光学素子を設けたサンプルＮｏ．２の構成では、従来の構成であるサンプルＮｏ．１の構成と比較して、漏れ効率が増大してしまうのに対して、回折光学素子を、入光端面２１の短手方向に関して所定の範囲のみに設けたサンプルＮｏ．３〜５の構成では、サンプルＮｏ．１の構成と比較して、漏れ効率が減少する（漏れ光量が低減する）ことが分かる。

さらに、本実施形態における面状照明装置１０に相当するサンプルＮｏ．５の漏れ効率は、入光端面２１の上部側の領域のみに回折光学素子を設けたサンプルＮｏ．２と、入光端面２１の下部側の領域のみに回折光学素子を設けたサンプルＮｏ．３の、いずれの構成の漏れ効率よりも低く、しかも、その低減の効果は、サンプルＮｏ．２とサンプルＮｏ．３の低減の効果の総和とほぼ同等であることが分かる。

この結果は、入光端面２１の上部側の所定の範囲に設けた回折光学素子と、入光端面２１の下部側の所定の範囲に設けた回折光学素子とを共存させた場合でも、各回折光学素子は、その漏れ光低減作用に互いに影響を及ぼすことなく、それぞれを単独で設けた場合と同等に作用することを示すものである。これによって、面状照明装置の傾斜面２５及び出光面２２の傾斜面２５近傍からの漏れ光を抑制する上で、本実施形態における面状照明装置１０のように、入光端面２１に回折光学素子４、５を設け、さらに、その回折光学素子４、５を、入光端面２１の短手方向に互いに間隔（平坦領域６）を置いて設けられた第１の回折光学素子４と第２の回折光学素子５とした構成が、非常に効果的であることが確認された。

ここで、本発明に係る面状照明装置において、導光板２０の入光端面２１に、入光端面２１の長手方向に互いに離間して配列された複数のプリズム（出光面２２に平行な横方向に対する光の広がりを制御する、いわゆる入光プリズム）が設けられている場合には、第１及び第２の回折光学素子４、５を、入光端面２１の隣り合うプリズムの間の面に設けるものであってもよい。例えば、このような複数のプリズムは、入光端面２１の短手方向に延びる凸部または凹部として構成されるプリズムを、入光端面２１の長手方向に互いに離間して配列したものであり、その際、隣り合うプリズムの間の面は平坦面として構成されるものである。
これによって、複数のプリズムによる光路制御により得られる所定の効果と、第１及び第２の回折光学素子４、５により得られる上述したような漏れ光低減効果とが互いに影響を及ぼすことなく、複合的な光路制御を効果的に実行することが可能となる。

また、本発明にかかる面状照明装置において、傾斜部３１が備える傾斜面２５は、導光板２０の裏面２４側に設けられるものであってもよく、あるいは、導光板２０の表面２３側（出光面２２側）と裏面２４側の両方に設けられるものであってもよい。

さらに、第１及び第２の回折光学素子４、５の構成は、図１及び図２を参照して上述した構成に限定されるものではない。
例えば、第１及び第２の回折光学素子４、５を、入光端面２１の長手方向に延びるリッジ状の凸部を有する回折光学素子として形成する場合、その断面形状は三角形に限定されるものではない。また、第１の回折光学素子４が有する凸部と第２の回折光学素子５が有する凸部は、その断面形状自体が異なるものであってもよく、入光端面２１の長手方向を含みかつ入光端面２１に垂直な仮想平面（図示は省略する）に対して、鏡映対称の関係にないものであってもよい。
また、第１及び第２の回折光学素子４、５は、そのいずれか一方または両方を、上述したような凸部を有する回折格子ではなく、ホログラフィック光学素子等の他の回折光学素子を用いて構成するものであってもよい。

また、第１の回折光学素子４の形成領域は、その上端側と、入光端面２１の上側の端辺２１ｃとの間に入光端面２１の短手方向に一定の間隔を設けるものであってもよく、同様に、第２の回折光学素子５の形成領域は、その下端側と、入光端面２１の下側の端辺２１ｄとの間に一定の間隔を設けるものであってもよい。このような間隔は、例えば、第１及び第２の回折光学素子４、５を、導光板２０と一体に成形する場合に、その成形工程を良好に実施するために有効なものである。

また、第１の回折光学素子４及び第２の回折光学素子５のいずれか一方または両方は、光学特性の異なる複数の回折光学素子で構成されるものであってもよい。この場合、回折光学素子構成の最適化を図ることによって、より一層の漏れ光低減効果を得ることができる。

４：第１の回折光学素子、５：第２の回折光学素子、６：平坦領域、１０，１００：面状照明装置、１１：ＬＥＤ、２０：導光板、２１：入光端面、２１ｃ：入光端面の上側の端辺、２１ｄ：入光端面の下側の端辺、２２：出光面、２３：表面、２４：裏面、２５：傾斜面、３１：傾斜部、３２：出光部、ｑ：光軸

Claims (7)

1. 光源と、前記光源から射出された光が入射する入光端面、及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、前記入光端面または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た傾斜部を有し、前記傾斜部には、前記入光端面に向かうほど前記傾斜部の厚みが漸増するように傾斜面が設けられており、前記回折光学素子は、前記入光端面の短手方向に互いに間隔を置いて設けられた第１の回折光学素子と第２の回折光学素子とを含んでいることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記回折光学素子は、前記光源から射出された光を、前記入光端面の短手方向を含みかつ前記入光端面に垂直な仮想平面内で、光軸方向に偏向させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
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を有する回折格子であることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
4. 前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とは、前記凸部の断面形状が、並進対称の関係にないことを特徴とする請求項３に記載の面状照明装置。
5. 前記第１の回折光学素子と前記第２の回折光学素子とは、前記凸部の断面形状が、前記入光端面の長手方向を含みかつ前記入光端面に垂直な仮想平面に対して、鏡映対称の関係にあることを特徴とする請求項４に記載の面状照明装置。
6. 前記入光端面には、前記入光端面の長手方向に互いに離間して配列された複数のプリズムが設けられており、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ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の面状照明装置。
7. 前記傾斜面は、前記出光面側に設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の面状照明装置。

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