JP2020021719A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直下型面光源装置から出射する光の輝度分布に不均一性が生じることを抑制する。【解決手段】面光源装置２０は、光源２２と、光源２２と対向して配置され光源２２から出射した光の輝度分布を調整する調整構造５０と、を備え、調整構造５０は、第１光反射部材４０と、第１光反射部材４０の光源２２と反対側に配置された第２光反射部材６０と、第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間に配置された光進行方向変更部材７０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光面内の輝度分布を調整する調整板を備えた面光源装置に関する。

面状に発光する面光源装置が、例えば液晶表示装置に組み込まれた液晶表示パネルを背面側から照明するバックライトとして、広く普及している。液晶表示装置用の面光源装置は、大別すると、光学部材の側方に光源を配置するエッジライト型と、光学部材の直下に光源を配置する直下型と、に分類される。とりわけ、直下型の面光源装置は、光学部材の直下に光源を配置することから、エッジライト型の面光源装置と比較して多数の光源を配置することができ、十分な明るさを得やすいという利点がある。

特許文献１には、光源としてのＬＥＤと、この光源と対向して配置され前記光源から出射した光の照度を調整する調整構造と、を備えた面照明光源装置が開示されている。特許文献１の面照明光源装置は、第１の放射側反射手段と第２の放射側反射手段とを有し、第２の放射側反射手段により、第１の放射側反射手段の開口の分布に依存する光強度の起伏を平準化することができる利点がある。

特許第４２８０２８３号公報

特許文献１の面照明光源装置では、第１の放射側反射手段と第２の放射側反射手段との間の空間（以下、反射空間と呼ぶ）で多重反射することにより、第１の放射側反射手段の１つの開口から出た光が最終的に到達する範囲（以下、開口分布範囲と呼ぶ）が広がり、輝度の均一化が促進されるものと考えられる。

ここで、光源から出射して第１の放射側反射手段の１つの開口を通過した光のうち、当該第１の放射側反射手段への法線方向に対して最も大きな角度を有して進行する光について考える。この光における第１の放射側反射手段及び第２の放射側反射手段の面方向にずれる量Ｄは、法線方向に対する進行角度をθ、反射空間の厚みをＬとすると、以下の式で決定される。
Ｄ＝Ｌ×ｔａｎθ

開口分布範囲を広げるためには、ずれ量Ｄを大きくすることが好ましい。しかしながら、そのためには角度θを大きくするか、厚みＬを大きくする必要がある。ところが、角度θを大きくするには限界がある。放射側反射手段として理想的な完全拡散反射を有する反射部材を用いても、放射強度の角度分布はｃｏｓθで決まってしまうからである。また厚みＬを大きくすると、面照明光源装置の厚みが大きくなってしまう。そのため、面照明光源装置の厚みを大きくせずに、第１の放射側反射手段の開口の分布に依存する光強度の起伏を完全に平準化することは困難であった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、直下型面光源装置から出射する光の輝度分布に不均一性が生じることを抑制することを目的とする。

本発明の面光源装置は、
光源と、
前記光源と対向して配置され前記光源から出射した光の輝度分布を調整する調整構造と、を備え、
前記調整構造は、第１光反射部材と、前記第１光反射部材の前記光源と反対側に配置された第２光反射部材と、前記第１光反射部材と前記第２光反射部材との間に配置された光進行方向変更部材と、を有する。

本発明の面光源装置において、
前記第１光反射部材及び前記第２光反射部材の単位厚みあたりの光反射率は、前記光進行方向変更部材の単位厚みあたりの光反射率よりも大きくてもよい。

本発明の面光源装置において、
前記第１光反射部材の光透過率は、当該第１光反射部材の板面内において均一でなくてもよい。

本発明の面光源装置において、
前記第１光反射部材は、当該第１光反射部材の板面内において、前記光源の直上部分から離間するにつれて前記光透過率が大きくなる領域を含んでもよい。

本発明の面光源装置において、
前記光進行方向変更部材は拡散粒子を含んでもよい。

本発明の面光源装置において、
前記光進行方向変更部材は光進行方向変更面を含んでもよい。

本発明の面光源装置において、
前記光進行方向変更面は、前記光進行方向変更部材の板面に対して非平行な方向に延びる部分反射界面を含んでもよい。

本発明の面光源装置において、
前記第２光反射部材は、屈折率が互いに異なる部材間の界面を含んでもよい。

本発明の面光源装置において、
前記第２光反射部材は、光透過性材料と、当該光透過性材料中に配置された光透過性粒子とを有し、
前記光透過性材料の屈折率と前記光透過性粒子の屈折率とは互いに異なっていてもよい。

本発明の面光源装置において、
前記第２光反射部材は、光透過性基材と、当該透過性基材上に設けられた誘電体膜又は金属膜を含んでもよい。

本発明によれば、直下型面光源装置から出射する光の輝度分布に不均一性が生じることを抑制することができる。

図１は、本発明による一実施の形態を説明するための図であって、面光源装置を備えた表示装置の一例を概略的に示す斜視図である。 図２は、面光源装置の一例を概略的に示す斜視図である。 図３は、面光源装置に組み込まれた調整板を示す平面図である。 図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に対応した面光源装置の断面を示す図である。 図５は、調整板の一つの区画領域を示す平面図であって、光透過孔の配置パターンの一例を示す図である。 図６Ａは、面光源装置の調整構造の光進行方向変更部材の一例を示す図である。 図６Ｂは、光進行方向変更部材の他の例を示す図である。 図６Ｃは、光進行方向変更部材のさらに他の例を示す図である。 図６Ｄは、光進行方向変更部材のさらに他の例を示す図である。 図７Ａは、調整構造による光の進行方向の変更の様子を説明するための模式図である。 図７Ｂは、調整構造による光の進行方向の変更の様子を説明するための模式図である。 図７Ｃは、調整構造による光の進行方向の変更の様子を説明するための模式図である。 図８Ａは、本実施形態の面光源装置による計算上の輝度分布について説明するための図である。 図８Ｂは、比較形態の面光源装置による計算上の輝度分布について説明するための図である。 図９は、本実施形態の面光源装置による実際の輝度分布についての評価に用いた調整板における光透過孔の配置パターンを示す図である。 図１０Ａは、図９に示した調整板を含む本実施形態の面光源装置による輝度分布を示す図である。 図１０Ｂは、図９に示した調整板を含む比較形態の面光源装置による輝度分布を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺及び縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

本明細書において、「板」、「シート」、「フィルム」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「板」は「シート」や「フィルム」と呼ばれ得るような部材をも含む概念であり、したがって、例えば、「調整板」は、「調整シート」や「調整フィルム」と呼ばれる部材と、呼称の違いのみにおいて区別され得ない。

また、「板面（シート面、フィルム面）」とは、対象となる板状（シート状、フィルム状）の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となる板状部材（シート状部材、フィルム状部材）の平面方向と一致する面のことを指す。なお、本明細書において、面及び板状（シート状、フィルム状）の部材の法線方向とは、対象となる面及び板状（シート状、フィルム状）の部材の板面への法線方向のことを指す。

本明細書において、「平面視」とは、対称となる板状（シート状、フィルム状）の部材を当該部材の法線方向から見た状態を指す。例えば、ある板状の部材が「平面視において矩形形状に形成されている」とは、当該部材をその板面に対する法線方向から見たときに、当該部材が矩形形状に形成されていることを指す。

さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１〜図７は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は、表示パネルと面光源装置を備えた表示装置の一例を概略的に示す図であり、図２は、面光源装置の一例を概略的に示す斜視図である。

本実施の形態の表示装置１０は、例えば動画、静止画、文字情報や、これらの組み合わせで構成された映像を表示パネル１５に表示する装置である。本発明の表示装置１０は、室内、車内又は屋外において、広告、プレゼンテーション、テレビジョン映像、各種情報の表示等、様々な用途に使用され得る。図１に示された表示装置１０は、出光面２０ａを有する面光源装置２０と、出光面２０ａと対向して配置された表示パネル１５と、を有している。図示された例では、表示パネル１５は液晶表示パネルとして構成されており、したがって表示装置１０は液晶表示装置として構成されている。本実施の形態では、面光源装置２０はいわゆる直下型のバックライトを構成しており、表示パネル１５の背面側すなわち観察者５と反対側から表示パネル１５を照明する。

図示された例では、表示パネル１５は、映像が表示される表示面１５ａが面光源装置２０の反対側を向くように配置されている。これにより、表示パネル１５の表示面１５ａが表示装置１０の表示面１０ａを形成する。表示パネル１５は、平面視において矩形形状に形成されている。

本実施の形態の表示パネル１５は、透過型の液晶表示パネルであり、面光源装置２０から表示パネル１５に入射した光の一部を透過させ、表示面１５ａに映像を表示させる。表示パネル１５は、液晶材料を有する液晶層を含んでおり、表示パネル１５の光透過率は、液晶層に印加される電界の強度に応じて変化する。このような表示パネル１５の一例として、一対の偏光板と、一対の偏光板間に配置された液晶セル（液晶層）と、を有する液晶表示パネルを用いることができる。この液晶表示パネルにおいて、偏光板は、入射した光を直交する二つの偏光成分に分解し、一方の方向の偏光成分を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向の偏光成分を吸収する機能を有した偏光子を有する。液晶セルは、一対の支持板と、一対の支持板間に配置された液晶と、を有する。液晶セルは、一つの画素を形成する領域毎に電界が印加され得るようになっており、電界が印加された液晶セルの液晶の配向は変化するようになる。面光源装置２０から出射し、液晶セルの面光源装置２０側に配置された偏光板を透過した特定方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分は、一例として、電界印加されていない液晶セルを通過する際にはその偏光方向を９０°回転させ、電界印加されている液晶セルを通過する際にはその偏光方向を維持する。これにより、液晶セルへの電界印加の有無によって、液晶セルの面光源装置２０側に配置された偏光板を透過した特定方向の偏光成分が、液晶セルの面光源装置２０と反対側に配置された他の偏光板をさらに透過するか、あるいは、当該他の偏光板で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

面光源装置２０は、面状の光を出射する出光面２０ａを有しており、出光面２０ａの法線方向に出光面２０ａと対向する領域内に光源２２が設けられた、いわゆる直下型のバックライトとして構成されている。図２に示されているように、本実施の形態の面光源装置２０は、光源２２を支持するベース積層体３０、側壁２３及び調整構造５０を有している。調整構造５０は、第１光反射部材４０と、第１光反射部材４０の光源２２と反対側に配置された第２光反射部材６０と、第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間に配置された光進行方向変更部材７０と、を有する。

光源２２は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）等で構成され、第１光反射部材４０と対向して配置されている。本実施の形態では、図３によく示されているように、光源２２は、面光源装置２０の板面に平行な第１方向ｄ_１に沿って並べて配列されるとともに、面光源装置２０の板面に平行且つ第１方向ｄ_１と交差する第２方向ｄ_２に沿って配列される。とりわけ本実施の形態では、第１方向ｄ_１と第２方向ｄ_２とは直交している。すわなち、本実施の形態では、複数の光源２２が第１方向ｄ_１及び第２方向ｄ_２に沿って二次元的に配列される。なお、これに限られず、面光源装置２０は、第１方向ｄ_１又は第２方向ｄ_２に沿って一列に配列された複数の光源２２を有していてもよいし、一つの光源２２のみを有していてもよい。なお、各光源２２の出力、すなわち、各光源２２の点灯及び消灯、及び／又は、各光源２２の点灯時の明るさは、他の光源２２の出力から独立して調節されてもよい。

側壁２３は、第１光反射部材４０を支持する部材である。側壁２３は、第１光反射部材４０と後述の光反射層３６との間に延びており、ベース積層体３０と第１光反射部材４０との間を所定の距離に保つ機能を有している。図２に示されているように、側壁２３は、隣り合う二つの光源２２の間を仕切る壁部２４を有しており、これにより、各光源２２に対応して、壁部２４で囲まれた開口２５が形成されている。図示された例では、側壁２３は、平面視において、第１方向ｄ_１に配列され第２方向ｄ_２に延びる複数の壁部２４と、第２方向ｄ_２に配列され第１方向ｄ_１に延びる複数の壁部２４と、が格子状をなすように配置されている。開口２５は、光源２２の配置パターンに対応して設けられる。すなわち、側壁２３は、第１方向ｄ_１に配列されるとともに、第２方向ｄ_２に配列された、複数の開口２５を有している。本実施の形態では、各開口２５は、平面視において矩形とりわけ正方形をなして形成されているが、これに限られず、各開口２５は、平面視において三角形、六角形、円形等の他の形状をなしていてもよい。

調整構造５０の第１光反射部材４０は、その法線方向から観察したときの、光源２２から出射した光による輝度分布（正面方向輝度分布）を調整する機能を有する。また、第１光反射部材４０は、第２光反射部材６０側から入射した光を当該第２光反射部材６０側へ向けて反射させる機能も有する。図３は、面光源装置２０に組み込まれた第１光反射部材４０を示す平面図である。図３では、第１光反射部材４０の背面側に配置される光源２２及び側壁２３の開口２５の位置が破線で示されている。第１光反射部材４０は、光源２２から出射した光を透過させるための複数の光透過孔４５が形成された基材４１を備えている。なお、図３では、光透過孔４５の図示は省略されている。第１光反射部材４０の基材４１は、各光源２２に対応した１以上の区画領域Ａａを有している。すなわち、基材４１には、一つの光源２２に対して一つの区画領域Ａａが設けられている。したがって、基材４１は、第１方向ｄ_１に沿って配列されるとともに、第２方向ｄ_２に沿って配列された、複数の区画領域Ａａを有している。図３では、基材４１における一点鎖線で区画された領域がそれぞれの区画領域Ａａを示している。図示された例では、各区画領域Ａａは平面視で矩形形状に形成されているが、区画領域Ａａの形状はこれに限られない。

図３に示された例では、第１光反射部材４０の隣り合う区画領域Ａａを区画する区画線Ｌａは、側壁２３の壁部２４に沿って定義される。言い換えると、区画線Ｌａは、第１光反射部材４０の法線方向に沿って側壁２３の壁部２４と対向する領域内に位置するように定義される。結果として、区画線Ｌａは、全体として、第１方向ｄ_１に配列され第２方向ｄ_２に延びる複数の区画線Ｌａと、第２方向ｄ_２に配列され第１方向ｄ_１に延びる複数の区画線Ｌａと、が格子状をなすように定義される。とりわけ区画線Ｌａは、第１光反射部材４０の平面視において、側壁２３の壁部２４の厚み方向（図４の左右方向）の中心に沿って定義される。図示された例では、各区画領域Ａａは、第１方向ｄ_１に沿った幅Ｗ_１と、第２方向ｄ_２に沿った幅Ｗ_２とを有する。この幅Ｗ_１及び幅Ｗ_２は、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下とすることができる。

図４に、図３のＩＶ−ＩＶ線に対応した面光源装置２０の断面を示す。とりわけ図４は、第１光反射部材４０の基材４１における一つの区画領域Ａａに対応する面光源装置２０の断面を示している。

ベース積層体３０は、光源２２を支持するとともに、光源２２に対して電源を供給する機能を有する。図３に示された例では、ベース積層体３０は、基材３１、接合層３２、基板３３、配線層３４、レジスト層３５及び光反射層３６を有している。

基材３１は、基板３３、配線層３４、レジスト層３５及び光反射層３６を保持する基材として機能する部材である。基材３１の材料としては、基板３３、配線層３４、レジスト層３５及び光反射層３６を適切に保持することができるものであれば特に限られないが、例えば金属や樹脂等を用いることができる。とりわけアルミニウム等の熱伝導性の良い金属材料で形成された基材３１を用いると、光源２２で生じた熱をこの基材３１を介して面光源装置２０の背面側へ向けて放熱することができるので、より好ましい。この基材３１の厚さは、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。なお、基材３１は、面光源装置２０の筐体の一部をなしていてもよい。

基板３３は、配線層３４を保持する基材として機能する部材であり、配線層３４とともにプリント配線板を形成する。基板３３は、一例として可撓性を有する樹脂フィルムで形成されてもよい。この場合、基板３３は、配線層３４とともにフレキシブルプリント配線板を形成する。基板３３として、従来のリジッド基板よりも薄い基板を用いることにより、面光源装置２０を薄型化することができる。この基板３３の厚さは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。基板３３の材料としては、絶縁性、耐熱性、耐久性、加熱時の寸法安定性、機械的強度等を考慮して適宜選択され得るが、例えば、ポリイミド（ＰＩ）や、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いることができる。

基板３３は、接合層３２を介して基材３１に固定される。接合層３２は、基板３３を適切に基材３１に固定できるものであれば特に限られない。一例として、接合層３２として両面テープを用いることができる。その他にも、接合層３２として適宜の接着剤や粘着剤が用いられてもよい。

配線層３４は、基板３３上に設けられ、光源２２に対して電源を供給する機能を有する。そのため、配線層３４は、導電性の高い金属材料で形成されることが好ましい。配線層３４を形成する金属材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀等又はこれらの合金等の金属材料を挙げることができる。一例として、配線層３４は、サブトラクト法を用いて形成することができる。すなわち、基板３３上に配置された銅箔等の金属層を、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングによりパターニングすることにより、所望のパターンを有する配線層３４を形成することができる。なお、これに限られず、配線層３４は、アディティブ法やセミアディティブ法等の他の方法を用いて形成されてもよい。なお、配線層３４における、光源２２や他の配線又はコネクタとの接続部には、電極部が設けられる。

配線層３４、及び、配線層３４から露出した基板３３上には、レジスト層３５が設けられる。とりわけレジスト層３５は、配線層３４の電極部となる箇所を除いて、配線層３４、及び、配線層３４から露出した基板３３を覆うようにして設けられる。このレジスト層３５は、配線層３４を保護するとともに、配線層３４と他の部材との間の短絡を防止する機能を有する。レジスト層３５の材料としては、例えば、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、エポキシ系及びフェノール系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコーン系樹脂等の樹脂材料を用いることができる。レジスト層３５は、一例として、配線層３４及び基板３３全体を覆うように樹脂層を設け、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチングにより配線層３４の電極部となる箇所に、当該電極部を露出させる開口を設けることにより形成することができる。

光反射層３６は、光源２２から出射した光の利用効率を向上させるために設けられる層であり、光源２２から出射して第１光反射部材４０で反射されてその光路を光反射層３６側に向けて曲げられた光を、再び第１光反射部材４０へ向けて反射させる機能を有する。そのため、光反射層３６は、可視光波長域の光に対する高い反射性を有する層であることが好ましい。また、光反射層３６は、第１光反射部材４０の光源２２と同じ側に第１光反射部材４０と平行をなして配置される。図４に示された例では、光反射層３６は、光源２２が配置されるべき箇所を除いて、レジスト層３５上に積層されている。図示された例では、光反射層３６は、平面視において光源２２を囲むようにして配置されている。また、図示された例では、光反射層３６は、レジスト層３５の光源２２を囲む内周縁部を露出させるようにして設けられている。なお、これに限られず、光反射層３６は、例えばレジスト層３５の光源２２を囲む内周縁部が露出しないように、レジスト層３５の内周縁部と光反射層３６の内周縁部が一致するようにして設けられていてもよい。光反射層３６としては、例えば白色の樹脂材料で形成された層を用いることができる。

光源２２は、導電接続層３７を介して配線層３４の電極部に接続されている。導電接続層３７としては、例えば、はんだ、導電性接着剤等からなる層を用いることができる。

次に、調整構造５０について詳述する。調整構造５０は、第１光反射部材４０と、第１光反射部材４０の光源２２と反対側に配置された第２光反射部材６０と、第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間に配置された光進行方向変更部材７０と、を有する。

図５は、第１光反射部材４０の一つの区画領域Ａａを示す平面図であって、光透過孔４５の配置パターンの一例を示す図である。第１光反射部材４０は、光源２２から出射した光を透過させる複数の光透過孔４５が形成された基材４１を備えている。第１光反射部材４０の光透過率は、当該第１光反射部材４０の板面内において均一ではない。複数の光透過孔４５は、各区画領域Ａａ内において、光源２２の直上に対面する区画領域Ａａの中心Ｃから離れるほどその開口面積が大きくなるパターンにて配置されている。したがって、第１光反射部材４０の光透過率は、当該第１光反射部材４０の板面内において、光源２２の直上部分（中心Ｃ）から離間するにつれて大きくなる。第１光反射部材４０は、光源２２から出射した光の利用効率を向上させる機能も有しており、当該第１光反射部材４０に入射した光を反射させてその光路を光反射層３６側に向けて曲げることができるように構成されている。このため、第１光反射部材４０の基材４１は、可視光波長域の光に対する高い反射性を有する層である。第１光反射部材４０の光反射率は、９０％以上であることが望ましく、９８〜９９％であることがさらに望ましい。基材４１は、例えば白色の樹脂材料で形成される。一例として、基材４１は、発泡ポリエチレンテレフタレート（発泡ＰＥＴ）等の発泡樹脂で形成されてもよい。各光透過孔４５は、一例として、平板状に形成された基材４１にドリル加工により穿孔することで形成することができる。

本実施の形態では、光透過孔４５は、基材４１に穿孔された物理的な孔、すなわち対向する基材４１の二つの主面のうちの一方の主面から他方の主面へ延びる貫通孔として形成されているが、光透過孔４５の具体的構成は、これに限られない。光透過孔４５は、第１光反射部材４０の板面への法線方向の一方側から他方側へ光が透過可能な部分として形成されていればよく、例えば、第１光反射部材４０が、光透過性を有する板状の透明基材と、この透明基材上とりわけ透明基材の光源２２側の主面上に設けられた光反射層と、を有し、光透過孔４５が、この光反射層内に設けられた開口部として構成されてもよい。この場合、透明基材には物理的な孔を設けなくてもよい。

図４に示されているように、光源２２から第１光反射部材４０へ向けて出射した光は、第１光反射部材４０で反射されて光反射層３６側へ向けて進む。光反射層３６に入射した光は、当該光反射層３６で反射されて第１光反射部材４０へ向けて進む。これを繰り返した光が第１光反射部材４０の光透過孔４５のいずれかに入射すると、当該光は光透過孔４５を透過して第１光反射部材４０から表示パネル１５側（図４では拡散板２６側）へ向けて出射する。このとき、光源２２から出射して第１光反射部材４０と光反射層３６との間で反射を繰り返しながら第１光反射部材４０の板面と略平行な方向（一例として図４の第１方向ｄ_１）に進む光は、光源２２から離れるにしたがって強度が低下していく。しかし、本実施の形態の第１光反射部材４０では、上述のように、複数の光透過孔４５が、光源２２の直上に対面する区画領域Ａａの中心Ｃから離れるほどその開口面積が大きくなるパターンにて配置されているので、各光透過孔４５を透過して出射する光の輝度の均一化が図られる。

図５に示された区画領域Ａａは、規則的に配列された複数の要素領域Ａｂにさらに区分けされる。図示された例では、要素領域Ａｂは、第１方向ｄ_１に沿って配列されるとともに、第２方向ｄ_２に沿って配列されている。すわなち、本実施の形態では、複数の要素領域Ａｂが第１方向ｄ_１及び第２方向ｄ_２に沿って二次元的に配列されている。図５では、二点鎖線で区画された領域がそれぞれの要素領域Ａｂを示している。図示された例では、各要素領域Ａｂは平面視で矩形形状とされているが、要素領域Ａｂの形状はこれに限られない。例えば、各要素領域Ａｂは、平面視において三角形、六角形等の他の形状をなしていてもよい。なお、本明細書において、複数の要素領域Ａｂが「規則的に配列」されるとは、同一の形状及び大きさを有する複数の要素領域Ａｂが同一のピッチで並べられていることを意味している。図５に示された例では、複数の要素領域Ａｂが全て同一の形状及び大きさを有しているが、これに限られず、複数の要素領域Ａｂは、２種類以上の形、大きさ又は向きを有していてもよい。

図５では、第１光反射部材４０の背面側に配置される光源２２の位置が破線で示されている。図示された例では、第１光反射部材４０は、各区画領域Ａａの中心Ｃに対応する中心要素領域Ａｂ_０が、光源２２の直上に位置するように配置されている。言い換えると、第１光反射部材４０は、各区画領域Ａａの中心要素領域Ａｂ_０が、当該第１光反射部材４０の法線方向に沿って光源２２と対向するように配置されている。ここで、中心要素領域Ａｂ_０が各区画領域Ａａの中心Ｃに対応するとは、各区画領域Ａａの中心Ｃが当該中心要素領域Ａｂ_０の領域内に含まれていることを意味する。とりわけ図５に示された例では、区画領域Ａａの中心Ｃと中心要素領域Ａｂ_０の中心とは、一致している。また、図示された例では、光源２２を基材４１の法線方向に沿って基材４１に投影した領域（破線で示された領域）と、要素領域Ａｂ_０とは、少なくとも部分的に重なっている。とりわけ、図示された例では、光源２２を基材４１の法線方向に沿って基材４１に投影した領域は、要素領域Ａｂ_０に含まれて、要素領域Ａｂ_０と重なっている。これに限られず、光源２２を基材４１の法線方向に沿って基材４１に投影した領域が、要素領域Ａｂ_０を含んで、要素領域Ａｂ_０と重なっていてもよい。また、光源２２を基材４１の法線方向に沿って基材４１に投影した領域の一部と、要素領域Ａｂ_０の一部と、が重なっていてもよい。

少なくとも中心要素領域Ａｂ_０以外の各要素領域Ａｂには、それぞれ一つの光透過孔４５が形成されている。言い換えると、中心要素領域Ａｂ_０以外の各要素領域Ａｂは、それぞれ一つの光透過孔４５が含まれるようにして定義される。したがって、図５に示された例では、第１方向ｄ_１に隣り合う二つの光透過孔４５の間、及び、第２方向ｄ_２に隣り合う二つの光透過孔４５の間に、それぞれ隣り合う要素領域Ａｂを区画する区画線Ｌｂが位置するようになる。結果として、図示された例では、区画線Ｌｂは、全体として、第１方向ｄ_１に配列され第２方向ｄ_２に延びる複数の区画線Ｌｂと、第２方向ｄ_２に配列され第１方向ｄ_１に延びる複数の区画線Ｌｂと、が格子状をなすように定義される。各要素領域Ａｂは、第１方向ｄ_１に沿った幅Ｗ_３と、第２方向ｄ_２に沿った幅Ｗ_４とを有する。この幅Ｗ_３及び幅Ｗ_４は、例えば０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

なお、図５に示された例では、中心要素領域Ａｂ_０には光透過孔４５が形成されていないが、これに限られず、中心要素領域Ａｂ_０にも光透過孔４５が形成されていてもよい。

第２光反射部材６０は、第１光反射部材４０から光進行方向変更部材７０を介して入射した光の一部を第１光反射部材４０へ向けて反射し、他の一部を観察者側へ向けて透過する部材である。このため、第２光反射部材６０は、可視光波長域の光に対する適度な反射性を有する層であることが好ましい。一例として、第２光反射部材６０の光反射率は、５％以上９０％以下とすることができる。第２光反射部材６０の光反射率が５％以上であると、面光源装置２０から出射する光の輝度分布の不均一性を効果的に抑制することができる。また、第２光反射部材６０の光反射率が９０％以下であると、第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間における光の繰り返し反射の回数の増加を抑制することができる。第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間における光の繰り返し反射の回数が過大になると、用いる材料に起因する光吸収が増え、光利用効率が低下し得る。第２光反射部材６０は、例えば白色の樹脂材料で形成される。一例として、第２光反射部材６０は、発泡ポリエチレンテレフタレート（発泡ＰＥＴ）等の発泡樹脂で形成されてもよい。また、第２光反射部材６０は、第１光反射部材４０と同一の材料で形成されてもよいし、第１光反射部材４０と異なる材料で形成されてもよい。

第２光反射部材６０は、屈折率が互いに異なる部材間の界面を含むように構成することができる。一例として、第２光反射部材６０は、光透過性材料と、当該光透過性材料中に配置された光透過性粒子とを有してもよい。この場合、光透過性材料の屈折率と光透過性粒子の屈折率とは互いに異ならせることにより、光透過性材料と光透過性粒子との間に、屈折率が互いに異なる部材間の界面を形成することができる。また、第２光反射部材６０は、光透過性基材と、当該光透過性基材上に設けられた誘電体膜又は金属膜を含んでもよい。誘電体膜としては、一例としてＳｉＯ_２膜やＭｇＦ_２膜を用いることができる。また、金属膜としては、透過性基材上に蒸着やスパッタリングにより設けられたアルミニウムや銀等の金属薄膜を用いることができる。さらに、誘電体膜や金属膜としては、互いに異なる材質からなる複数の層を積層した多層膜を用いることもできる。

光進行方向変更部材７０は、当該光進行方向変更部材７０へ入射した光の少なくとも一部の進行方向を変更する部材である。図６Ａ〜図６Ｄに、光進行方向変更部材７０の例を示す。図６Ａに示された例では、光進行方向変更部材７０は、基材７１と、基材７１中に分散された拡散粒子７２と、を有している。基材７１は、高い光透過性を有した樹脂材料、例えば透明樹脂材料、で構成することができる。拡散粒子７２は、反射、屈折又は回折等によって、光の進路方向を変化させる機能を発揮し得る成分のことである。拡散粒子７２として、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、金属化合物を周囲に保持した樹脂ビーズ、白色微粒子、さらには、単なる気泡が例示される。拡散粒子７２は、光進行方向変更部材７０中に１％以上５０％以下の重量％で含有することができる。また、拡散粒子７２の平均粒径（平均直径）は、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。図６Ａに示された例では、光進行方向変更部材７０へ入射した光は、拡散粒子７２により反射、屈折又は回折され、その進行方向が変更される。したがって、光進行方向変更部材７０へ入射した光を、当該光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って、適切に拡散させることができる。

図６Ｂ〜図６Ｄに示された例では、光進行方向変更部材７０は光進行方向変更面７３を含む。光進行方向変更面７３は、当該光進行方向変更面７３に入射した光の進路方向を、反射や屈折等によって変化させる機能を発揮する。

図６Ｂに示された例では、光進行方向変更部材７０は、光進行方向変更面７３として、凹凸面（マット面）７４を含んでいる。とりわけ図示された例では、凹凸面７４は、ランダムな凹凸面として形成されている。このような凹凸面７４を含む光進行方向変更部材７０によれば、当該凹凸面７４に入射した光を拡散し、当該光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って、適切に拡散させることができる。

図６Ｃに示された例では、光進行方向変更部材７０は、複数のマイクロレンズ７５を有している。この場合、マイクロレンズ７５の表面が光進行方向変更面７３をなす。このような複数のマイクロレンズ７５を含む光進行方向変更部材７０によれば、マイクロレンズ７５の表面に入射した光を拡散し、当該光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って、適切に拡散させることができる。

図６Ｄに示された例では、光進行方向変更部材７０は、当該光進行方向変更部材７０の板面に対して非平行な方向に延びる部分反射界面７７を含む。部分反射界面７７は、一例として、光進行方向変更部材７０の板面に対して４０度以上５０度以下の角度を有して延びている。好ましくは、部分反射界面７７は、光進行方向変更部材７０の板面に対して略４５度の角度を有して延びている。部分反射界面７７は、当該部分反射界面７７に入射した光の一部を透過させ、他の一部を反射させる面である。このような部分反射界面７７は、互いに異なる屈折率を有する第１の基材と第２の基材との界面で構成されてもよい。また、第１の基材上に当該第１の基材の板面に対して非平行な方向に延びる複数の斜面を形成しておき、各斜面上に蒸着やスパッタリング等により金属薄膜や誘電体膜を形成し、当該金属薄膜上又は誘電体膜上に第２の基材を形成してもよい。この場合、第１の基材と第２の基材とは、互いに同一の屈折率を有していてもよい。

第１光反射部材４０及び第２光反射部材６０の単位厚みあたりの光反射率は、光進行方向変更部材７０の単位厚みあたりの光反射率より大きくてもよい。この場合、第１光反射部材４０及び第２光反射部材６０により、当該光反射部材４０，６０に入射した光を、光進行方向変更部材７０へ向けて効果的に反射させることができる。ここで、単位厚みあたりの光反射率とは、用いる材料を所定の厚みとした場合の、表面反射を除いた光反射率を意味する。一例として、第１光反射部材４０における単位厚み（０．１ｍｍ）あたりの光反射率は、１０％以上９８％以下とすることができる。また、第２光反射部材６０における単位厚み（０．１ｍｍ）あたりの光反射率は、１０％以上９０％以下とすることができる。これに対して、光進行方向変更部材７０における単位厚み（０．１ｍｍ）あたりの光反射率は、０．１％以上１０％以下とすることができる。

次に、図７Ａ〜図７Ｃを参照して、調整構造５０による光の進行方向の変更の様子を説明する。光源２２から出射し、第１光反射部材４０の光透過孔４５から光進行方向変更部材７０へ入射した光は、図７Ａに示されているように、光進行方向変更部材７０内でその進行方向が変更され、光進行方向変更部材７０の板面方向（図７Ａ〜図７Ｃでは左右方向）に沿って拡散される。したがって、第２光反射部材６０に入射する光の、当該第２光反射部材６０の板面方向におけるずれ量Ｄ１が大きくなる。なお、図７Ａ〜図７Ｃにおいて、黒丸は光の進行方向変更点を示す。

第２光反射部材６０に入射した光は、当該第２光反射部材６０で反射して、光進行方向変更部材７０を通って第１光反射部材４０へ向かう。このとき、第２光反射部材６０から光進行方向変更部材７０へ入射した光は、図７Ｂに示されているように、光進行方向変更部材７０内でその進行方向が変更され、光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って拡散される。したがって、第１光反射部材４０に入射する光の、当該第１光反射部材４０の板面方向におけるずれ量Ｄ２は、さらに大きくなる。

第１光反射部材４０に入射した光は、当該第１光反射部材４０で反射して、光進行方向変更部材７０を通って第２光反射部材６０へ向かう。このとき、第１光反射部材４０から光進行方向変更部材７０へ入射した光は、図７Ｃに示されているように、光進行方向変更部材７０内でその進行方向が変更され、光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って拡散される。したがって、第２光反射部材６０に入射する光の、当該第２光反射部材６０の板面方向におけるずれ量Ｄ３は、さらに大きくなる。

なお、第２光反射部材６０は、所定の光反射率を有するとともに所定の光透過率も有しているので、第２光反射部材６０に入射した光は、その一部が第１光反射部材４０へ向けて反射され、他の一部は表示パネル１５及び観察者５側へ向けて出射する。

本実施形態の面光源装置２０によれば、調整構造５０が光進行方向変更部材７０を含んでいることにより、光源２２から出射して第１光反射部材４０の１つの光透過孔４５を介して調整構造５０に入射した光が第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間で反射を繰り返す間に、当該光が光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って拡散される。これにより、１つの光透過孔４５を介して調整構造５０に入射した光が到達する、第２光反射部材６０上の範囲を大きくすることが可能になる。したがって、第２光反射部材６０を介して観察者５側へ向けて出射する光の輝度分布に不均一性が生じることを、効果的に抑制することができる。

次に、本発明者らが行った計算による、本実施形態の面光源装置及び比較形態の面光源装置による輝度分布について、説明する。本実施形態の面光源装置では、第１光反射部材の基材は、光を完全拡散反射させるものとし、光反射率は９５％とした。また、第１光反射部材において、直径５ｍｍの円形形状の光透過孔が第１方向及び第２方向に沿って互いに５ｍｍの間隔を有して（すなわち１０ｍｍピッチで）、格子状に配列されているものとした。光進行方向変更部材は、基材中に、５００ｎｍの半径を有する拡散粒子が５×１０^７個／ｍｍ^３の割合で含まれるものとした。基材の屈折率は１．４９、拡散粒子の屈折率は１．６０とした。光進行方向変更部材の厚みは２ｍｍとした。第２光反射部材は、光を完全拡散反射させるものとし、光反射率は可変とした。その一方、比較形態では、光進行方向変更部材を省略し、その他の条件は本実施形態の面光源装置と同一とした。第１光反射部材と第２光反射部材との間隔は２ｍｍとした。本実施形態の面光源装置及び比較形態の面光源装置において第２光反射部材の光反射率を変化させたときの、第２光反射部材の出光面を正面から見たときの輝度分布を計算し、出光面上の最大輝度及び最小輝度からコントラストを算出した。コントラストは、以下の式（１）で定義される。
コントラスト＝（最大輝度−最小輝度）／（最大輝度＋最小輝度） ・・・式（１）

図８Ａに、本実施形態の面光源装置におけるコントラストを示す。また、図８Ｂに、比較形態の面光源装置におけるコントラストを示す。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、横軸は第２光反射部材の光反射率（％）であり、縦軸は、式（１）を用いて算出されたコントラストの値である。図８Ａと図８Ｂとの比較から、すべての光反射率において、第１光反射部材と第２光反射部材との間に光進行方向変更部材が配置された本実施形態の面光源装置の方が、比較形態の面光源装置と比較して、コントラストの値が低くなること、すなわち第１光反射部材の光透過孔の分布に起因して生じ得る第２光反射部材上における輝度分布の不均一性を、効果的に抑制することが可能であることが確認された。

本発明の面光源装置２０は、光源２２と、光源２２と対向して配置され光源２２から出射した光の輝度分布を調整する調整構造５０と、を備え、調整構造５０は、第１光反射部材４０と、第１光反射部材４０の光源２２と反対側に配置された第２光反射部材６０と、第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間に配置された光進行方向変更部材７０と、を有する。

このような面光源装置２０によれば、調整構造５０が光進行方向変更部材７０を含んでいることにより、光源２２から出射して第１光反射部材４０の１つの光透過孔４５を介して調整構造５０に入射した光が第１光反射部材４０と第２光反射部材６０との間で反射を繰り返す間に、当該光が光進行方向変更部材７０の板面方向に沿って拡散される。これにより、１つの光透過孔４５を介して調整構造５０に入射した光が到達する、第２光反射部材６０上の範囲を大きくすることが可能になる。したがって、第２光反射部材６０を介して観察者５側へ向けて出射する光の輝度分布に不均一性が生じることを、効果的に抑制することができる。

本発明の面光源装置２０では、第１光反射部材４０及び第２光反射部材６０の単位厚みあたりの光反射率は、光進行方向変更部材７０の単位厚みあたりの光反射率よりも大きい。

このような面光源装置２０によれば、第１光反射部材４０及び第２光反射部材６０により、当該光反射部材４０，６０に入射した光を、光進行方向変更部材７０へ向けて効果的に反射させることができる。

本発明の面光源装置２０では、第１光反射部材４０の光透過率は、当該第１光反射部材４０の板面内において均一ではない。

とりわけ、本発明の面光源装置２０では、第１光反射部材４０の光透過率は、当該第１光反射部材４０の板面内において、光源２２の直上部分から離間するにつれて大きくなる。

このような面光源装置２０によれば、各光透過孔４５を透過して出射する光の輝度の均一化を図ることができる。

なお、ここでの第１光反射部材４０の光透過率は、各要素領域Ａｂにおける光透過率を意味する。具体的には、第１光反射部材４０の光透過率は、各要素領域Ａｂにおける平均化された光透過率を指す。１つの要素領域Ａｂにおける光透過率は、第１光反射部材４０の法線方向に沿った一方の側から当該要素領域Ａｂに入射した全ての光のうち、第１光反射部材４０の法線方向に沿った他方の側へ透過する光の割合である。第１光反射部材４０の法線方向に沿った他方の側へ透過する光は、当該要素領域Ａｂ内に位置する光透過孔４５を通って透過する光と、当該要素領域Ａｂ内に位置する基材４１を通って透過する光と、を含む。

本発明の面光源装置２０では、光進行方向変更部材７０は拡散粒子７２を含む。

本発明の面光源装置２０では、光進行方向変更部材７０は光進行方向変更面７３を含む。

本発明の面光源装置２０では、光進行方向変更面７３は、光進行方向変更部材７０の板面に対して非平行な方向に延びる部分反射界面７７を含む。

このような面光源装置２０によれば、光進行方向変更部材７０における所望の光進行方向変更機能に応じて、適切な光進行方向変更部材７０を得ることができる。

本発明の面光源装置２０では、第２光反射部材６０は、屈折率が互いに異なる部材間の界面を含む。

本発明の面光源装置２０では、第２光反射部材６０は、光透過性材料と、当該光透過性材料中に配置された光透過性粒子とを有し、光透過性材料の屈折率と光透過性粒子の屈折率とは互いに異なっている。

本発明の面光源装置２０では、第２光反射部材６０は、光透過性基材と、当該透過性基材上に設けられた誘電体膜又は金属膜を含む。

このような面光源装置２０によれば、第２光反射部材６０における所望の光拡散機能に応じて、適切な第２光反射部材６０を得ることができる。

なお、上述の実施の形態では、調整構造５０が、互いに別体の部材として構成された第１光反射部材４０、第２光反射部材６０及び光進行方向変更部材７０を有するものについて説明したが、調整構造５０の構成はこれに限られない。すなわち、第１光反射部材４０、第２光反射部材６０及び光進行方向変更部材７０の少なくとも２つが一体化されていてもよい。例えば、光進行方向変更部材７０の表面上に第１光反射部材４０及び／又は第２光反射部材６０が成膜又は印刷により形成されていてもよい。

次に、本発明者らが実際に作製した面光源装置において、本発明に係る面光源装置２０と、比較形態に係る面光源装置１２０と、の効果の差異について検討した結果について説明する。本発明に係る面光源装置２０において、第１光反射部材４０は、図９に示した光透過孔４５のパターンを有するものとした。すなわち、光透過孔４５は、ハニカム状の配置パターンを有して、各区画領域Ａａの中心から離間するにつれて、その開口面積が増加するパターンを有するものとした。比較形態に係る面光源装置１２０においても、第１光反射部材は、本発明に係る面光源装置２０の第１光反射部材４０と同一のものとした。比較形態に係る面光源装置１２０では、第２光反射部材を省略した。すなわち、比較形態に係る面光源装置１２０では、第１光反射部材から光進行方向変更部材へ入射した光は、第２光反射部材で反射されることなく光進行方向変更部材から観察者に向けて出射する。

図１０Ａ及び図１０Ｂに、面光源装置の出光面を正面から見たときの輝度〔カンデラ（ｃｄ）／ｍ^２〕の分布を示す。図１０Ａは、本発明に係る面光源装置２０の輝度分布を示し、図１０Ｂは、比較形態に係る面光源装置１２０の輝度分布を示している。図１０Ｂに示された面光源装置１２０では、第１光反射部材の光透過孔の存在に起因して、輝度の高い部分が粒状に視認される。これに対して、図１０Ａに示された本発明に係る面光源装置２０では、第１光反射部材４０の光透過孔４５の存在に起因する輝度の高い部分は視認されない。また、本発明に係る面光源装置２０では、図１０Ｂに示された面光源装置１２０と比較して、全体的に輝度が均一化されていることがわかる。これらの結果により、本発明に係る面光源装置２０により、出光面２０ａから観察者５側へ向けて出射する光の輝度分布に不均一性が生じることが十分に抑制されることが確認された。

１０ 表示装置
１５ 表示パネル
２０ 面光源装置
２２ 光源
２３ 側壁
２４ 壁部
３０ ベース積層体
３１ 基材
３２ 接合層
３３ 基板
３４ 配線層
３５ レジスト層
３６ 光反射層
３７ 導電接続層
４０ 第１光反射部材
４１ 基材
４５ 光透過孔
５０ 調整構造
６０ 第２光反射部材
７０ 光進行方向変更部材
７１ 基材
７２ 拡散粒子
７３ 光進行方向変更面
７４ 凹凸面
７５ マイクロレンズ
７７ 部分反射界面
Ａａ 区画領域
Ａｂ 要素領域

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源と対向して配置され前記光源から出射した光の輝度分布を調整する調整構造と、を備え、
   前記調整構造は、第１光反射部材と、前記第１光反射部材の前記光源と反対側に配置された第２光反射部材と、前記第１光反射部材と前記第２光反射部材との間に配置された光進行方向変更部材と、を有する、面光源装置。
2. 前記第１光反射部材及び前記第２光反射部材の単位厚みあたりの光反射率は、前記光進行方向変更部材の単位厚みあたりの光反射率よりも大きい、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第１光反射部材の光透過率は、当該第１光反射部材の板面内において均一ではない、請求項１又は２に記載の面光源装置。
4. 前記第１光反射部材は、当該第１光反射部材の板面内において、前記光源の直上部分から離間するにつれて前記光透過率が大きくなる領域を含む、請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記光進行方向変更部材は拡散粒子を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置。
6. 前記光進行方向変更部材は光進行方向変更面を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の面光源装置。
7. 前記光進行方向変更面は、前記光進行方向変更部材の板面に対して非平行な方向に延びる部分反射界面を含む、請求項６に記載の面光源装置。
8. 前記第２光反射部材は、屈折率が互いに異なる部材間の界面を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の面光源装置。
9. 前記第２光反射部材は、光透過性材料と、当該光透過性材料中に配置された光透過性粒子とを有し、
   前記光透過性材料の屈折率と前記光透過性粒子の屈折率とは互いに異なっている、請求項８に記載の面光源装置。
10. 前記第２光反射部材は、光透過性基材と、当該透過性基材上に設けられた誘電体膜又は金属膜を含む、請求項８に記載の面光源装置。