JP5985396B2 - 面光源素子及びそれを備えた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源素子及びそれを備えた照明装置に関し、特に導光板を用いた面光源素子及びそれを備えた照明装置に関する。

照明に用いられる光源素子には、光源からの光を、直接照射したい場所に向ける方式や導光板の端面に配置した光源からの光を、導光板の端面と直交する主面から取り出して照射する方式がある。

特許文献１には、ＬＥＤなどの小型で高効率、高輝度な光源と、導光板とを用いた照明装置が開示されている。このような導光板を用いた照明装置は、小さい光源からの光を効率的に広げ、広い範囲を均一に照明することができる。さらに、光源を小型化、または光源の数を少なくすることができ、省スペース、省エネルギーなどの点で回路設計上好ましいため、広く用いられるようになってきた。

ところで、導光板を用いた光源素子は、液晶表示装置に代表される透過型の画像表示装置の面光源素子（バックライト）として、従来から広く用いられている。このような画像表示装置では、光出射面が直接観察される。そのため、通常、バックライトは、光出射面の法線方向（正面方向）に光を偏向させるように、設計されている（例えば、特許文献２参照）。

他方、例えば、スポットライト、陳列棚、間接照明などの照明装置では、特定の方向のみを明るくする用途もある。このような用途に従来のバックライトを用いた場合、面光源素子自体を傾ける必要があり、照明装置自体が大型化してしまう。

このような問題に対し、特許文献３には、導光板内を光が伝搬する方向において、一方向に光を集中する方法が開示されている。この方向では、元々導光板内を光が伝搬する方向が主に一方向に限定されているため、導光板内を全反射する条件から外すことで一方向に光を集中することができる。

特許文献４には、任意の方向に光を出射させる面光源素子が開示されている。

特許文献５には、導光板から出射した光を、ある角度に偏向させるプリズムシートが開示されている。

特許文献６には、導光板から出射した光を、出射面側に設けられた部材で、導光方向と直交する面において２方向に分離する方法が開示されている。この方法では、特定の角度に光を偏向させることが可能である。

特開２００７−０５９２８５号公報 特開２００５−１４２１２８号公報 特開２００１−２２９７０３号公報 特開２００４−０７１１８９号公報 特開２００７−５０３００７号公報 特開２００７−２９４４６５号公報

特許文献３に開示された方法では、導光方向と直交する面において、観察側へも照明側と同量の光が出射するため、意匠性及び外観に劣り、エネルギーロスも大きい。
特許文献４には、任意の方向に光を出射させるための具体的な手段が示されていない。
特許文献５に開示された方法では、導光板と別の部材が必要であり、高コスト化や、信頼性の低下、利便性に劣る。また、ディスプレイ用の広い視野角を目的としており、特定の角度を照射するには適していない。
特許文献６に開示された方法でも、特許文献３と同様に、導光方向と直交する面において、観察側へも照明側と同量の光が出射するため、意匠性及び外観に劣り、エネルギーロスも大きい。

本発明は、以上を鑑みなされたものであって、意匠性及び外観に優れ、かつ、高効率な面光源素子及びそれを備えた照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る一態様は、
光源と、
前記光源から出射された光が、一方の端面に入射され、内部を伝播し、前記端面と直交する一方の主面から出射される導光板と、を備え、
前記導光板において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる右手系座標空間を考えた場合、
入射面を構成する前記一方の端面は、ＹＺ平面に略平行であり、
出射面を構成する前記一方の主面は、ＸＹ平面に略平行であって、かつ、他方の主面よりも＋Ｚ方向に位置し、
前記出射面からの出射光は、−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の成分のうちいずれか一方の成分よりも他方の成分を多く有しており、該方向の成分を持って、導光板の出射面から出射するする光束が出射光束全体の５５％以上である面光源素子である。

前記一態様において、前記出射面と対向する主面に複数の凹部を有し、前記凹部が、ＸＺ平面と略平行な第１の面と、平面もしくは曲面からなる第２の面と、を備え、前記第２の面の任意の場所における＋Ｚ方向の法線ベクトルが、−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の成分のうち前記出射光が多く有している方の成分を有していることが好ましい。
ここで、前記凹部の形状は、多角錐の一部もしくは全部、又は、楕円球もしくは円錐の一部からなることが好ましい。
さらに、前記第２の面のＸＹ平面からの傾斜角をα、＋Ｚ方向から見た前記第２の面の＋Ｚ方向の法線ベクトルのＸＹ平面への射影の＋Ｘ方向からの反時計回りの角度をβとすると、角度αが２０°以上、８０°以下であり、かつ、角度βの絶対値が、１５°以上、１６５°以下であることが好ましい。

前記一態様において、前記出射面と対向する主面に複数の溝部を有し、前記溝部の長手方向が、＋Ｚ方向から見てＹ軸から傾いていることが好ましい。
ここで、＋Ｚ方向から見た前記溝部の長手方向の＋Ｙ方向からの反時計回りの角度をγとすると、角度γの絶対値が、１５°以上、７５°以下であることが好ましい。

上記面光源素子は、該面光源素子の支持体および電源とともに、スポットライト、商品などの陳列棚等に用いるディスプレイ用照明、ダウンライトや、足元灯などの直接、間接照明用途の照明装置に用いることができる。

本発明によれば、意匠性及び外観に優れ、かつ、高効率な面光源素子を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の模式的斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子において、出射面側から観察した導光板内部の光の進行を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の凹部の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の凹部の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の凹部の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の凹部の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の凹部の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る面光源素子の凹部の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る面光源素子において、出射面側から観察した導光板内部の光の進行を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る面光源素子の溝部の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る面光源素子の溝部の配列の一例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る面光源素子における光の進行を示す斜視図である。 実施例に係る面光源素子の構成を示す図である。 実施例１に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 実施例６に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 実施例７に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 実施例９に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 比較例１に係る面光源素子における凹部の形状を示す図である。 比較例１に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 比較例２に係る面光源素子における凹部の形状を示す図である。 比較例２に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 比較例３に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。 比較例４に係る面光源素子における凸部の形状を示す図である。 比較例４に係る面光源素子の輝度の角度分布を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。図１は、本実施の形態に係る面光源素子の模式的斜視図である。この面光源素子は、光源１、導光板２を備えている。図１に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる右手系座標空間において、導光板２は、ＸＹ平面に略平行な主面、ＹＺ平面に略平行な入射面２１を備えている。２つの主面のうち、＋Ｚ方向に位置する主面は、出射面２２を構成している。

光源１から出射し、導光板２の入射面２１から入射した光は、導光板２の内部を全反射によって主にＸ軸に沿って伝搬して、出射面２２から出射する。以下、図１におけるＸ軸方向のように、導光板内の主に光が伝搬する方向を導光方向という。図１に示すように、本実施の形態に係る面光源素子は、出射面２２からの出射光を、＋Ｙ方向のみに偏向させることによって、特定の場所や物のみ明るく照らすことが可能である。そのため、照明装置を照明対象の方へ傾ける必要がなく、また、観察側には不要な光が出射されない。従って、意匠性及び外観に優れるとともに高効率な面光源素子を実現することができる。ここで、図１に示すように、光の出射方向は、Ｚ軸とのなす角θ、光の出射方向のＸＹ平面への射影とＸ軸とのなす角φにより表すことができる。

図２は、＋Ｚ方向（出射面２２側）から観察した導光板２内部の光の進行を示す図である。図２に示すように、出射面２２と対向する背面２３には、複数の凹部３が形成されている。凹部３は、ＸＺ平面と略平行な面ａと、複数の平面もしくは１つ以上の曲面から成る面ｂとを備えている。面ｂの任意の場所における面ｂの＋Ｚ方向の法線ベクトルが、＋Ｙ方向の成分を有している。図２に示された凹部３は、一例として三角錐形状を有している。

導光板２の入射面２１から入射した光は、＋Ｙ方向、または−Ｙ方向の成分を持って、導光板２の内部を全反射によって伝搬する。
＋Ｙ方向の成分を持って伝搬している光Ｌ１は、一部は凹部３のＸＺ面と略平行な面ａに入射し、面ａによって全反射される。面ａは、ＸＺ平面と略平行であるため、この反射光は導光板２の内部から出射されることなく伝搬を続ける。

一方、−Ｙ方向の成分を持って伝搬している光Ｌ２は、凹部の面ｂに入射し、面ｂで全反射される。ここで、面ｂの＋Ｚ方向の法線ベクトルが＋Ｙ方向の成分を有しているため、＋Ｙ方向へと偏向される。同様に、＋Ｙ方向の成分を持って伝搬している光の一部も、凹部の面ｂに入射し、面ｂでより＋Ｙ方向へ全反射される。図２に示すように、面ｂでの反射光が、導光板２の出射面２２に対して全反射の条件から外れると、出射面２２から出射される。

このように、＋Ｙ方向の成分を持って伝搬する光と、−Ｙ方向の成分を持って伝搬する光とを分けて制御することによって、＋Ｙ方向のみへ出射光を集中させることができる。従って、出射面２２からの光を一方向にのみ偏向させた面光源素子が実現できる。

〈光源〉
光源１としては、冷陰極管、熱陰極管等の線状光源、ＬＥＤ等の点状光源が挙げられる。光源１は、導光板２の一方の端面２１又は対向する両方の端面２１に１個又は複数個配置してもよい。導光板２の一方の端面２１に設けることにより、光源の個数を削減し、軽量、小型化が可能となる。一方、導光板２の両方の端面２１に設けることにより、導光板２への入射光量が増加し、高輝度化を図ることができる。また、点状光源の個数は適宜決定すればよい。点状光源の個数が多くなると、導光板２への入射光量が増加し、高輝度化を図ることができる。点状光源を複数個用いる場合、点状光源の間隔は均等になるように配置することが望ましい。これにより点状光源の近傍と点状光源間の均一性を高めることができる。

〈導光板〉
導光板２の材料としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、シクロオレフィンポリマー等の透明性に優れた樹脂、又はガラスを用いることができる。中でもＰＭＭＡは軽量性、透明性の点で優れ、またＰＣは、耐久性の点で優れる。

導光板２の加工方法としては、押し出し板もしくはキャスト板から切り出す方法、又は加熱プレス、射出成形等の溶融成形法等が好適に用いられるが、これに限定されるものではない。
また、導光板２に凹部３を設ける場合の製造方法としては、特に制限はないが、フォトリソグラフ法、切削法等により作製される原形を用いた、押出成形、射出成形、紫外線硬化樹脂を使用した２Ｐ（Photo Polymerization）成形法が上げられる。凹部３の大きさ、形状、量産性当を考慮して好適な成形方法を選択すればよい。

導光板２のＸ軸方向とＹ軸方向の長さは用途に応じて設定できる。例えば、野外の足元灯や、道路用照明など広い場所、大きい対象を照射する場合、Ｘ、Ｙ軸方向に長い大きな照明を用いる。一方、卓上の照明スタンドなどの小さい場所を照射する場合、Ｘ、Ｙ軸方向に短い小さな照明を用いる

導光板２のＸ軸方向とＹ軸方向の長さの比であるアスペクト比は照明を設置する場所、目的によって変更させることができる。Ｘ軸方向の長さを、Ｙ軸方向の長さに対して大きくすると、少ない、または小さな光源で広い面積を照射でき、高効率である。また、省スペース化が可能である。そのため、商品の陳列棚や、卓上の照明スタンドなどに用いることができる。一方、Ｘ軸方向の長さを、Ｙ軸方向の長さに対して小さくすると、多くの光源、大きい光源を用いることができるため、より高輝度で明るい面光源素子が得られる。

〈凹部〉
凹部３のＸ軸方向の最大長さは、１０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが望ましい。更に望ましくは、１５μｍ以上、７００μｍ以下である。１０μｍより小さいと回折現象により着色が発生し、外観の品位を低下させる。また１０００μｍより大きいと凹部３自身が視認されるため、外観の品位を低下させる。

凹部３は、ＸＺ平面と略平行な面ａと、複数の平面もしくは１つ以上の曲面から成る面ｂと、を備えている。凹部３の具体的形状は、多角錐の一部もしくは全部、又は、楕円球（球を含む）もしくは円錐の一部からなる。図３、図４は、凹部３の形状が、それぞれ三角錐、四角錐である場合を示している。凹部３の形状を三角錐や四角錐とすると、面ｂを複数の平面から構成することができる。従って、各面ｂで全反射によって偏向される角度が限定することができる。そのため、出射面２２の＋Ｙ方向側の特定の方向に光を集中させ、当該特定の方向において明るい面光源素子を得ることが可能である。

図３に示すように、凹部３の面ｂは、ＸＹ平面からの傾斜角αと、面ｂの法線のＸＹ平面への射影した方向における、＋Ｚ方向から見て＋Ｘ方向から反時計回りの角度βとにより規定することができる。ここで、角度αの取り得る範囲は０°＜α＜９０°であるが、２０°以上、８０°以下が望ましい。また、３０°以上、７０°以下がより望ましく、３５°以上、６５°以下がさらに望ましい。この範囲において、面ｂで光が全反射した場合、効率的に光が導光板内から取り出される。角度βの取り得る範囲は、＋Ｙ方向に偏向する場合、０°＜β＜１８０°であるが、１５°以上、１６５°以下が望ましい。また、２５°以上、１５５°以下がより望ましく、３０°以上、１５０°以下がさらに望ましい。この範囲において、光が効果的に＋Ｙ方向に偏向される。角度βが１５°より小さい、または１６５°より大きいと、全反射によって光を＋Ｙ方向に偏向できず、−Ｙ方向に向かう光が増加する。

なお、−Ｙ方向に偏向する場合、角度βの取り得る範囲は−１８０°＜β＜０°であるが、−１６５°以上、−１５°以下が望ましい。また、−１５５°以上、−２５°以下がより望ましく、−１５０°以上、−３０°以下がさらに望ましい。この範囲において、光が効果的に−Ｙ方向に偏向される。角度βがより−１６５°小さい、または−１５°より大きいと、全反射によって光を−Ｙ方向に偏向できず、＋Ｙ方向に向かう光が増加する。
つまり、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれに偏光する場合でも、角度βの絶対値が、１５°以上、１６５°以下が望ましく、２５°以上、１５５°以下がより望ましく、３０°以上、１５０°以下がさらに望ましい。

また、図５、図６、図７は、凹部３の形状が、それぞれ楕円球、球、円錐の一部である場合を示している。凹部３の形状を、楕円球、球、円錐の一部とすることによって、面ｂを曲面で構成することができる。この場合、面ｂで全反射によって＋Ｙ方向に偏向される角度の範囲を大きくすることが可能である。そのため、出射面２２の＋Ｙ方向側の広い場所を均一に照射することに適した面光源素子を得ることができる。

なお、凹部３は、図８に示すように、上面にＸＹ平面に略平行な平坦面を設けてもよい。平坦面を設けることで製造が容易になる。

凹部３の配列方法は、格子状、千鳥格子状や、ランダムに配列するなど、目的や製造方法に応じて任意に選定することができる。凹部３を多く設けた場所では、より多くの光が取り出される。従って、輝度が均一な面光源素子を得るためには、凹部３を光源から近い場所では疎に、光源から遠い場所では密に設けるなど、導光板２の面内で凹部３の密度を変調させることが望ましい。

隣接する２つの凹部３の間隔は、１０μｍ以上、５０００μｍ以下が望ましい。１０μｍより小さいと回折現象により着色が発生し、外観の品位を低下させる。一方、５０００μｍよりも大きいと、凹部３自身が視認されるため、外観の品位を低下させる。

以上説明したように、本実施の形態に係る面光源素子では、光源からの光が入射する入射面と直交する光出射面において、特定の方向に光を偏向させ、特定の場所や、物を照射することにより、不要な方向へ光が出射せず、高効率で、意匠性に優れた面光源素子を得ることが可能である。また、本発明の面光源素子を用いることで、商品や場所を明るく照射し、高効率で、不要な方向に光が出射しないために外観の良い照明装置を得ることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。本実施の形態に係る導光板２には、第１の実施の形態における凹部３に代えて、溝部４が形成されている。溝部４は、出射面２２と対向する背面２３に複数形成されている。ここで、溝部４の長手方向は、＋Ｚ方向から見てＹ軸から傾いている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図９は、＋Ｚ方向から観察した導光板２内部の光の進行を示す図である。導光板２の入射面２１から入射した光は、＋Ｙ方向、または−Ｙ方向の成分を持って導光板２の内部を伝搬する。＋Ｙ方向の成分を持って伝搬している光Ｌ１１は、入射面２１と対向する溝部４の面４１に入射する。このとき、面４１が＋Ｙ方向に傾いた面であるため、面４１で全反射され＋Ｙ方向へと偏向される。更にこの全反射によって、導光板２の出射面２２に対しての全反射の条件から外れるために、導光板２の出射面２２から出射される。

−Ｙ方向の成分を持って伝搬している光Ｌ１２も、入射面２１に対向する溝部４の面４１に入射し、全反射される。このとき、全反射によって更に＋Ｙ方向に大きく偏向されて導光板２の出射面２２から出射される。溝部４の入射面２１と対向していない面４２は、導光板２を伝搬している光にとって面４１の陰となっている。従って、面４２に入射して全反射されて−Ｙ方向に偏向される光はなく、出射面２２からの光を一方向にのみ偏向させた面光源素子が実現できる。

〈溝部〉
溝部４の幅の１０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが望ましい。更に望ましくは、１５μｍ以上、７００μｍ以下である。１０μｍより小さいと回折現象により着色が発生し、外観の品位を低下させる。一方、１０００μｍより大きいと溝部自身が視認されるため、外観の品位を低下させる。

溝部４の傾きは、例えば図１０に示すように、＋Ｙ方向からの反時計回りの角度γで規定できる。この溝部４の傾き角度γの取り得る範囲は、＋Ｙ方向に偏向する場合、０°＜γ＜９０°であるが、１５°以上、７５°以下であることが望ましい。また、２５°以上、６５°以下がより望ましく、３０°以上、６０°以下がさらに望ましい。この範囲において、出射光が効果的に＋Ｙ方向に偏向される。角度γが１５°より小さい、または７５°より大きいと、全反射によって光を＋Ｙ方向に偏向できず、−Ｙ方向に向かう光が増加する。

なお、−Ｙ方向に偏向する場合、角度γの取り得る範囲は−９０°＜γ＜０°であるが、−７５°以上、−１５°以下であることが望ましい。また、−６５°以上、−２５°以下がより望ましく、−６０°以上、−３０°以下がさらに望ましい。この範囲において、出射光が効果的に−Ｙ方向に偏向される。角度γが−７５°より小さい、または−１５°より大きいと、全反射によって光を−Ｙ方向に偏向できず、＋Ｙ方向に向かう光が増加する。
つまり、＋Ｙ方向及び−Ｙ方向のいずれに偏光する場合でも、角度γの絶対値が、１５°以上、７５°以下が望ましく、２５°以上、６５°以下がより望ましく、３０°以上、６０°以下がさらに望ましい。

溝部４は、レンチキュラーレンズやプリズムとすることができる。プリズムの場合、斜面のＸＹ平面からの傾斜角度は４２°以上が望ましい。ここで、一般的な導光板の材料では屈折率ｎ＝１．５〜１．６である。そのため、この材料において臨界角よりも大きな斜面とすることで、プリズムの、導光板の入射面と対向しない面に入射する光を少なくでき、より一方向にのみ光を集中させることができる。

溝部４の配列は、目的に応じて、任意に設定可能である。溝部４を多く設けた場所では、より多くの光が取り出される。従って、輝度が均一な面光源素子を得るためには、溝部４を光源から近い場所では疎に、遠い場所では密に設けるなど、導光板２の面内で溝部４の密度を変調させることが望ましい。

隣接する２つの溝部４の間隔は、１０μｍ以上、５０００μｍ以下が望ましい。１０μｍより小さいと回折現象により着色が発生し、外観の品位を低下させる。また５０００μｍよりも大きいと、溝部４自身が視認されるため、外観の品位を低下させる。なお、導光板２の両端に光源１を設ける場合、図１１に示すように、それぞれの光源に対向するように溝部４を設けても良い。

（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。本実施の形態に係る導光板２には、第１の実施の形態における凹部３に代えて、出射面２２に複数の凸部５を有した出射光制御部材５０を備えている。凸部５は、略円錐台形状であって、導光板２と光学的に密着されている。ここで、円錐台の上面及び下面を通りＹＺ平面に平行な断面形状の１辺がＺ軸に略平行である。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

図１２は、導光板２と、凸部５を有した出射光制御部材５０と、の内部の光の進行を示す図である。導光板２の内部を伝搬する光は、凸部５の導光板２と密着した部分に入射すると、凸部５内部に進入し、円錐台形状の凸部５の側面で全反射され、出射光制御部材５０から出射される。このとき、凸部５の内部を−Ｙ方向の成分を持って進行していた光Ｌ２２は、円錐台の−Ｙ方向側の側面で全反射され、＋Ｙ方向に変換されて出射する。一方、凸部５の内部を＋Ｙ方向の成分を持って進行していた光Ｌ２１は、円錐台の＋Ｙ方向側の側面で全反射するが、＋Ｙ方向側の側面がＺ軸に対して傾斜しているため、光は＋Ｙ方向のまま僅かに＋Ｚ方向に変換されるだけである。以上のように、凸部５の内部の全反射後には、光が＋Ｙ方向に集中されるため、光を一方向にのみ偏向させた面光源素子が実現できる。

〈出射光制御部材〉
凸部５のＸ軸方向の最大幅は、１０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが望ましい。更に望ましくは、１５μｍ以上、７００μｍ以下である。１０μｍより小さいと、回折現象により着色が発生し、外観の品位を低下させる。一方、１０００μｍより大きいと、凸部５自身が視認されるため、外観の品位を低下させる。

凸部５の配列方法は、格子状、千鳥格子状や、ランダムに配列するなど、目的や製造方法に応じて任意に選定することができる。凸部５を多く設けた場所では、より多くの光が取り出される。従って、輝度が均一な面光源素子を得るためには、凸部５を光源から近い場所では疎に、遠い場所では密に設けるなど、導光板２の面内で凸部５の密度を変調させることが望ましい。

隣接する２つの凸部５の間隔は、１０μｍ以上、５０００μｍ以下が望ましい。１０μｍより小さいと回折現象により着色が発生し、外観の品位を低下させる。一方、５０００μｍよりも大きいと、凸部５自身が視認されるため、外観の品位を低下させる。

また、導光板２と凸部５を有する出射光制御部材５０とを光学的に密着させるには、導光板２と出射光制御部材５０との間に固定層を設けてもよい。固定層としては、接着剤、粘着材、粘接着材、光硬化性樹脂などが挙げられるが、取り扱い性や生産性の面から光硬化性の粘接着材が好適に用いられる。粘着材には、例えばゴム系やアクリル系、ビニルアルキルエーテル系やシリコーン系、ポリスチレン系やポリウレタン系、ポリエーテル系やポリアミド系、スチレン系等の適宜なポリマーをベースポリマーとするものが挙げられる。中でも、アクリル酸ないしメタクリル酸のアルキルエステルを主体とするポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着材が透明性や耐候性、耐熱性の点で優れるため、好適に用いられる。また、接着剤はそれに例えば、シリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化ノンモン等の導電性のある無機系粒子や、架橋または未架橋ポリマー等の有機系粒子等の適宜な透明粒子を１種または２種以上含有させて光拡散型のものとすることもできる。

更に、導光板２の表面改質や、出射光制御部材５０の凸部５を形成する材料に自己粘着性を持たせることで、導光板２と出射光制御部材５０とを固定層を介さずに光学的に密着させてもよい。この場合、凸部５の先端に平坦部を設けることが好適である。この平坦部が密着することによって、光学的密着部の幅を高い精度で得ることが可能である。

また、出射光制御部材５０の表面形状は、スタンパまたは雌金型などを用いて、熱プレス法、紫外線硬化による２Ｐ法、熱硬化によるキャスト法、射出成形等によって透明な基材上に形成することができる。透明な基材としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー等の樹脂又はガラスが用いられる。本実施の形態においては、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂を用いた透明な基材上に光硬化性樹脂で形状を転写することが好適に用いられる。

基材に転写する際に用いる光硬化性樹脂は、作製した出射光制御部材５０の光学性能を決定するものであり、所望の性能に応じて適宜選択することが好ましい。光硬化性樹脂の成分としては、ラジカル重合が可能なモノマー或いはオリゴマーを単独、又は２種以上組み合わせて用いるが、通常２種以上を用いるのが好ましく、出射光制御部材５０に要求される機械的強度、耐衝撃性、耐熱性、表面硬度等を付与することができる。成分の具体例としては、脂肪族、脂環族、芳香族系のモノマー、又はポリアルコールとアクリル酸、又はメタクリル酸との縮合反応得られるエステル型（メタ）アクリレートや、分子内に２個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート化合物とヒドロキシル基又はチオール基を含有する（メタ）アクリレートとのウレタン化反応で得られるウレタンポリ（メタ）アクリレートや分子内に少なくとも２個のエポキシ基を有する化合物と、アクリル酸又はメタクリル酸とのグリシジル基開環反応で得られるエポキシポリ（メタ）アクリレートや、飽和又は不飽和多価カルボン酸、多価アルコール及び（メタ）アクリル酸との縮合反応で得られるポリエステル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリロイル官能性モノマー若しくはオリゴマーや、スチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ジビニルベンゼン等のビニル化合物や、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルビフェニレート等の（メタ）アリル化合物が挙げられる。これら単量体は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を混合してもよい。

出射光制御部材５０の作製に用いるスタンパは、例えばガラス基板上にネガ型或いはポジ型の感光性樹脂をコーティングし、この感光性樹脂を、フォトマスクを介して露光するか、又はレーザー描画装置により露光し、現像後、電鋳を行うことにより作製することができる。また、切削によって作製することもできる。

出射光制御部材５０の光出射面には、表面凹凸を直接転写しても良いし、光透過性微粒子を混合させた拡散材液を塗工することによって拡散層を設けてもよい。拡散層により視野角特性が滑らかになり、良好な品位を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。図１３の略図に示す面光源素子について、輝度の角度分布を、照明設計解析ソフトウェアＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ（登録商標）を用いて解析した。以下に、解析に用いた条件を記す。

図１３に示すように、光源１は、高さ４ｍｍ、幅２０ｍｍの直方体の側面を発光部として、発光の角度特性をランバーシャン分布とした。
導光板２のサイズは、Ｙ方向の幅２０ｍｍ、Ｘ方向の長さ３００ｍｍ、厚さ４ｍｍとした。導光板２の材質は、ＰＭＭＡ（屈折率１．４９）とした。導光板２の端面２１に１個の光源１を設置し、導光板２の側面と、導光板２の底面２３の外側には、拡散反射をする反射板を配置した。導光板２の出射面２２と対向する面に、凹部もしくは溝部を設けるか、又は、導光板２の出射面２２に光学的に密着した凸部を有する出射光制御板を設けた。

上記モデルを用いて、導光板の出射面から光をシミュレーションで解析し、導光板中央付近での各角度輝度Ｌ（θ，φ）を取得した。ここで、出射光の＋Ｚ方向からの傾きをθ、該方向のＸ−Ｙ平面に射影した方向における、＋Ｚ方向から見て＋Ｘ方向から反時計回りに得られる角度をφとした。このとき輝度が＋Ｙ方向の成分を有する時、φは０°より大きく、１８０°より小さい。

出射光のうち、＋Ｙ方向の成分を有して出射する光束Ｉ（＋Ｙ）と、−Ｙ方向の成分を有して出射する光束Ｉ（−Ｙ）とを、それぞれ以下の式（１）、（２）より算出した。

更に、Ｉ（＋Ｙ）と、Ｉ（−Ｙ）の和に対するＩ（＋Ｙ）の割合を算出した。表１に実施例並びに比較例のＩ（＋Ｙ）の割合を記す。

（実施例１）
実施例１として、図３で示すような凹部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。凹部は、ＸＹ平面上の底面が１辺１００μｍの正方形である正四角錐を底面の対角線（Ｘ軸）を含み底面に垂直な面（ＸＺ平面）により２分割した三角錐である。面ｂのＸＹ平面からの傾斜角度α、面ｂの法線のＸＹ平面への射影した方向における、＋Ｚ方向から見て＋Ｘ方向から反時計回りに得られる角度βとして、α＝５５°、β＝４５°である。

図１に示した各θ（＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）での、φに対する輝度を図１４に示す。図１４に示すように、＋Ｙ方向に光が集中している。また、表１に示すように、全体に出射する光に対する割合は６６％である。−Ｙ方向に出射する割合が少ないため、−Ｙ方向から観察した場合に面光源素子から出射する光がない。従って、照射する対象のみ明るく照らされる、意匠性の良い面光源素子が得られる。また、その出射する角度範囲が非常に狭いため、特定の物のみ照射するのに適した面光源素子となる。

（実施例２〜５）
実施例２〜５として、実施例１と同様に、図３で示すような凹部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。実施例２はα＝５５°、β＝３０°、実施例３はα＝５５°、β＝６０°、実施例４はα＝４５°、β＝４５°、実施例５はα＝３５°、β＝４５°である。それ以外は実施例１と同じ条件である。表１に示すように、実施例２〜５においても、＋Ｙ方向に効率よく偏向され、＋Ｙ方向に出射する割合の多い、一方向にのみ照射することに適した面光源素子を得ることが可能である。また、照射対象の位置、照明からの角度などに応じて角度α、βを適宜選定して、出射する方向を適応させることができる。

（実施例６）
実施例６として、図６で示すような凹部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。凹部は、直径２００μｍの半球の一部からなる形状である。面ｂのＸＹ平面からの傾きα、面ｂの法線のＸＹ平面への射影した方向における、＋Ｚ方向から見て＋Ｘ方向から反時計回りに得られる角度βとして、α＜９０°、４５°＜β＜１３５°の範囲にある。

各θ（＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）での、φに対する輝度を図１５に示す。図１５に示すように、＋Ｙ方向に光が偏向されている。また、表１に示すように、５８％の光が＋Ｙ方向に出射されている。従って、照射する対象のみ明るく照らされる、意匠性の良い面光源素子が得られる。また、その角度特性が滑らかであるため、角度によって急激に明るさが変化しない外観の良い、広い場所や大きな対象物を照射することに適した面光源素子となる。

（実施例７、８）
実施例７、８として、図１０で示すような幅１００μｍ、頂角９０°のプリズム状の溝部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。溝部の長手方向の＋Ｙ方向からの反時計回りに取った角度γとして、実施例７はγ＝４５°、実施例８はγ＝３０°である。実施例７における、各θ（＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）での、φに対する輝度を図１６に示す。図１６に示すように、＋Ｙ方向に光が偏向されている。また、表１に示すように、実施例７では５５％、実施例８では５８％の光が＋Ｙ方向に出射した。実施例７、８のようにプリズムからなる溝部を有する場合、特定の狭い角度範囲にのみ光が集中し、特定のもののみ照射することに適した面光源素子が得られる。

（実施例９）
実施例９として、図１２で示すような出射光制御部材を用いた面光源素子についてシミュレーションを行った。出射光制御部材は導光板と光学的に密着した凸部を有し、凸部は、幅１００μｍの円錐台からなる。この円錐台の下面（導光板との密着面）の中心を通り、ＹＺ平面に平行な断面において、−Ｙ方向側の１辺がＺ軸に平行である。この辺と対向する−Ｙ方向側の１辺のＸＹ平面からの傾斜角度は、５５°である。

各θ（＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）での、φに対する輝度を図１７に示す。図１７に示すように、＋Ｙ方向に光が偏向されている。また、表１に示すように、実施例９では６９％の光が＋Ｙ方向に出射した。つまり、−Ｙ方向に出射する光が効率よく低減され、−Ｙ方向から観察した場合に、面光源素子から直接観察者が照射されることがない。つまり、＋Ｙ方向に設置された対象物を特に外観よく照射可能な面光源素子を得ることができる。

（比較例１）
比較例１として、図１８で示すような凹部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。凹部は１辺１００μｍ、斜面の傾斜角度５５°の正四角錐からなる。各θでの、φに対する輝度を図１９に示す。図１９に示すように、＋Ｙ方向に偏向されると同時に、−Ｙ方向にも偏向される。そのため、表１に示すように、＋Ｙ方向へ出射する割合は５０％である。従って、特定の対象物を照射することに適さない。

（比較例２）
比較例２として、図２０で示すような直径１００μｍの半球からなる凹部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。各θでの、φに対する輝度を図２１に示す。図２１に示すように、あらゆる方向に光が出射する。そのため、表１に示すように、＋Ｙ方向へ偏向される成分は５０％である。特定方向から観察した場合、面光源素子から観察者に到達する光が存在し、外観品位が低下する。

（比較例３）
比較例３として、図１０で示すような幅１００μｍ、頂角９０°のプリズム状の溝部を有した面光源素子についてシミュレーションを行った。＋Ｙ方向からの反時計回りに取った角度γとすると、γ＝０°である。各θ（＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）での、φに対する輝度を図２２に示す。図２２に示すように、＋Ｙ方向に偏向されると同時に、−Ｙ方向に偏向される。そのため、表１に示すように、＋Ｙ方向へ出射する割合は５０％である。従って、特定の対象物を照射することに適さない。

（比較例４）
比較例４として、図２３で示すような出射光制御部材を用いた面光源素子についてシミュレーションを行った。出射光制御部材の凸部は、幅１００μｍ、傾斜角度６０°の円錐台の形状である。各θ（＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）での、φに対する輝度を図２４に示す。図２４に示すように、凸部の側面にて＋Ｙ方向に偏向される成分と同時に、−Ｙ方向に偏向される成分が同量存在する。そのため、表１に示すように、＋Ｙ方向へ出射する割合は５０％である。従って、特定の方向に存在する対象を照射することに適していない。

以上説明した面光源素子は、導光板の光入射面と直交する光出射面において一方向に光を偏向させることが可能である。そのため、当該面光源素子を備えた照明装置は、不要な方向に光が出射せず、高効率で、外観がよい。具体的には、スポットライト、商品などの陳列棚等に用いるディスプレイ用照明、ダウンライトや、足元灯などの直接、間接照明に好適である。

この出願は、２０１０年１０月６日に出願された日本出願特願２０１０−２２６７０９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１：光源
２：導光板
２１：導光板の入射面
２２：導光板の出射面
２３：導光板の底面
３：凹部
ａ：凹部の面
ｂ：凹部の面
４：溝部
４１：溝部のうち、導光板の入射面と対向する面
４２：溝部のうち、導光板の入射面と対向しない面
５：凸部
５０：出射光制御部材
α：面ｂのＸＹ平面からの傾斜角
β：＋Ｚ方向から見た面ｂの法線ベクトルのＸＹ平面への射影の＋Ｘ方向から反時計回りの角度
γ：溝部の長手方向の＋Ｙ方向からの反時計回りの角度
θ：出射光の＋Ｚ方向からの傾き
φ：＋Ｚ方向から見た光の出射方向のＸＹ平面への射影の＋Ｘ方向から反時計回りの角度
Ｌ（θ、φ）：θ、φで定められる方向に出射する光の輝度
Ｉ（＋Ｙ）：＋Ｙ方向の成分を持って、導光板の出射面から出射するする光束
Ｉ（−Ｙ）：−Ｙ方向の成分を持って、導光板の出射面から出射するする光束

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源から出射された光が、一方の端面に入射され、内部を伝播し、前記端面と直交する一方の主面から出射される導光板と、を備え、
   前記導光板において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる右手系座標空間を考えた場合、
   入射面を構成する前記一方の端面は、ＹＺ平面に略平行であり、
   出射面を構成する前記一方の主面は、ＸＹ平面に略平行であって、かつ、他方の主面よりも＋Ｚ方向に位置し、
   前記導光板の前記出射面と対向する主面に設けられるか、又は、前記出射面に光学的に密着して設けられた偏向部を有し、
   前記偏向部は、前記出射面と対向する主面に設けられた複数の凹部であり、
   前記凹部が、
   ＸＺ平面と略平行な第１の面と、
   平面もしくは曲面からなる第２の面と、を備え、
   前記第２の面の任意の場所における＋Ｚ方向の法線ベクトルが、−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の成分のうち前記出射光が多く有している方の成分を有しており、
   前記偏向部は、前記出射面からの出射光が、−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の成分のうちいずれか一方の成分よりも他方の成分を多く有しており、該方向の成分を持って、導光板の出射面から出射する光束が出射光束全体の５５％以上となるように光を偏向させる、面光源素子。
2. 前記凹部の形状が、多角錐の一部もしくは全部、又は、楕円球もしくは円錐の一部からなることを特徴とする請求項１に記載の面光源素子。
3. 前記第２の面のＸＹ平面からの傾斜角をα、＋Ｚ方向から見た前記第２の面の＋Ｚ方向の法線ベクトルのＸＹ平面への射影の＋Ｘ方向からの反時計回りの角度をβとすると、
   角度αが２０°以上、８０°以下であり、かつ、角度βの絶対値が、１５°以上、１６５°以下であることを特徴とする請求項２に記載の面光源素子。
4. 光源と、
   前記光源から出射された光が、一方の端面に入射され、内部を伝播し、前記端面と直交する一方の主面から出射される導光板と、を備え、
   前記導光板において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる右手系座標空間を考えた場合、
   入射面を構成する前記一方の端面は、ＹＺ平面に略平行であり、
   出射面を構成する前記一方の主面は、ＸＹ平面に略平行であって、かつ、他方の主面よりも＋Ｚ方向に位置し、
   前記導光板の前記出射面と対向する主面に設けられるか、又は、前記出射面に光学的に密着して設けられた偏向部を有し、
   前記偏向部は、前記出射面と対向する主面に設けられた複数の溝部であり、
   前記溝部の長手方向が、＋Ｚ方向から見てＹ軸から傾いており、
   前記偏向部は、前記出射面からの出射光が、−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の成分のうちいずれか一方の成分よりも他方の成分を多く有しており、該方向の成分を持って、導光板の出射面から出射する光束が出射光束全体の５５％以上となるように光を偏向させる、面光源素子。
5. ＋Ｚ方向から見た前記溝部の長手方向の＋Ｙ方向からの反時計回りの角度をγとすると、
   角度γの絶対値が、１５°以上、７５°以下であることを特徴とする請求項４に記載の面光源素子。
6. 光源と、
   前記光源から出射された光が、一方の端面に入射され、内部を伝播し、前記端面と直交する一方の主面から出射される導光板と、を備え、
   前記導光板において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる右手系座標空間を考えた場合、
   入射面を構成する前記一方の端面は、ＹＺ平面に略平行であり、
   出射面を構成する前記一方の主面は、ＸＹ平面に略平行であって、かつ、他方の主面よりも＋Ｚ方向に位置し、
   前記導光板の前記出射面と対向する主面に設けられるか、又は、前記出射面に光学的に密着して設けられた偏向部を有し、
   ＸＹ平面に略平行な主面を有し、前記導光板の前記出射面側に配置された出射光制御部材を更に備え、
   前記出射光制御部材は、
   前記導光板側の主面に設けられ、前記導光板と光学的に密着した円錐台形状の複数の凸部である前記偏向部を有し、
   前記凸部は、
   前記円錐台形状の上面及び下面の中心を通りＹＺ平面に平行な断面において台形を構成し、当該台形の１辺がＺ軸に略平行であり、
   前記偏向部は、前記出射面からの出射光が、−Ｙ方向及び＋Ｙ方向の成分のうちいずれか一方の成分よりも他方の成分を多く有しており、該方向の成分を持って、導光板の出射面から出射する光束が出射光束全体の５５％以上となるように光を偏向させる、面光源素子。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の面光源素子、該面光源素子の支持体および電源を備えた照明装置。

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