JP6021082B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本開示は、液晶表示装置等に用いられる面光源装置に関する。

特許文献１は、液晶表示装置を開示している。液晶表示装置は、点光源から出射された光を面的に拡散させる面光源装置を備える。

特開２００４−５３６６５号公報

従来の面光源装置では、輝度分布を十分に均一化できないという問題がある。そのため、従来の液晶表示装置では、面光源装置に加え、さらに、面光源装置から出射された光を拡散させる拡散シート等の光学シートを設けている。

本開示は、光学シートを設けることなく輝度分布を均一化できる面光源装置を提供する。

本開示にかかる面光源装置は、点光源から出射された光を端面から取り込み主表面から出射させる面光源装置である。面光源装置内部において主表面に対向する対向面上に、点光源に対向する反射面を有する複数の構造体が形成されている。構造体は、構造体の長手方向及び高さ方向において反射面の一部が切り欠かれた切り欠き部を有する。

本開示にかかる面光源装置は、光学シートを設けることなく面光源装置単体で輝度分布を均一化できる。

実施の形態１にかかる面光源装置の斜視図 （ａ）実施の形態１にかかる面光源装置の平面図、（ｂ）実施の形態１にかかる面光源装置の断面図（３−Ａ１） 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の斜視図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体を主表面側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体を点光源側から見た図 （ａ）実施の形態１にかかる面光源装置において切り欠き部の形状が円弧形状である場合に構造体を主表面側から見た図、（ｂ）同構造体を点光源側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の断面を示す図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の反射面の角度と輝度及び輝度分布との関係を示す図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の高さと点光源からの任意の点までの距離との関係を示す図 実施の形態１における構造体の高さと角度Ｏ１―Ａ１―Ｒ１（θ１）との関係を示した図 実施の形態１にかかる面光源装置の輝度分布を示す図 実施の形態１にかかる面光源装置において切り欠き部が無い場合の構造体を主表面側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置において切り欠き部が有る場合の構造体を主表面側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置において切り欠き部により分断された構造体を主表面側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置において切り欠き部が無い構造体を点光源側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置において構造体を点光源側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置において切り欠き部により断裂した構造体を点光源側から見た図 実施の形態１にかかる面光源装置の略中心部分の輝度角度特性の測定を説明するための図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の切り欠き部の状態による面光源装置の略中心部分の輝度角度特性を示した図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が略台形形状である場合の図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が三角形形状である場合の図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が略円弧形状である場合の図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が略多角形形状である場合の図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が略台形形状である場合の輝度角度特性を示した図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が三角形形状である場合の輝度角度特性を示した図 実施の形態１にかかる面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が略円弧形状及び略多角形形状である場合の輝度角度特性を示した図 実施の形態２にかかる面光源装置の平面図 実施の形態２にかかる面光源装置の輝度分布を示す図 （ａ）実施の形態３にかかる面光源装置の平面図、（ｂ）実施の形態３にかかる面光源装置の断面図（３−Ａ２９） 実施の形態３にかかる面光源装置の構造体を点光源側から見た図 実施の形態３にかかる面光源装置の構造体を点光源側から見た図 実施の形態３にかかる面光源装置の構造体の法線方向の距離と構造体のピッチとの関係を示した図 実施の形態３にかかる面光源装置上の任意の点の幅方向の距離と、構造体の切り欠き残存部の長さとの関係を示した図 実施の形態３にかかる面光源装置上の任意の点の幅方向の距離と、構造体の切り欠き部の長さとの関係を示した図 実施の形態４にかかる面光源装置を示す図 実施の形態５にかかる面光源装置の平面図 実施の形態５における面光源装置上の領域Ｗ３７の拡大図 実施の形態５における点光源３を発光させた場合の面光源装置の図 実施の形態５における点光源５１を発光させた場合の面光源装置の図 実施の形態５における点光源３を発光させた場合の面光源装置上の領域Ｗ３８の拡大図 実施の形態５における点光源５１を発光させた場合の面光源装置上の領域Ｗ３８の拡大図 実施の形態６における表示装置の構成を示す図 （ａ）従来の面光源装置の平面図、（ｂ）従来の面光源装置の断面図（３−Ａ１０１） 従来の面光源装置の輝度分布を示す図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１にかかる面光源装置の斜視図である。図２（ａ）は実施の形態１にかかる面光源装置の平面図、図２（ｂ）は、実施の形態１にかかる面光源装置の断面図（３−Ａ１）である。面光源装置１は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂を板状に成形したものである。面光源装置１は、主表面２と、主表面２と対向する対向面２１（主表面２の裏側の面）とを有する。面光源装置１は、主表面２と対向面２１との間の樹脂を対向面２１側から溝状に削ることにより形成された複数の構造体４を内部に備える。面光源装置１は、点光源３から出射されて面光源装置１内を伝搬する光の導光状態を複数の構造体４で変化させて主表面２から外部に出力する。主表面２の大きさは、縦７０ｍｍ及び横７０ｍｍである。面光源装置１の厚みは、主表面２と垂直をなす方向に２ｍｍである。点光源３は面光源装置１の端面に密着して設置される。各構造体４は点光源３を中心として略円弧状に形成されている。また、構造体４は、点光源３を中心として同心状に所定のピッチで配列されている。構造体４を点光源３を中心として略円弧状に形成することで、面光源装置１内を伝搬している光が各構造体４で効率良く反射する。これにより、主表面２からの出射効率を上げることができる。

図３は、実施の形態１にかかる面光源装置１の内部に形成された構造体４の斜視図である。本実施形態では、構造体４は、面光源装置１における主表面２と対向面２１との間の樹脂を対向面２１側から溝状に削ることにより形成された光学的な構造体である。図３の例では、構造体４は、その長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が台形状となるように形成されている。構造体４は、構造体４の一部を切り欠いた部分のように見える切り欠き部６と、構造体４の一部を切り欠かずに残した部分のように見える切り欠き残存部８とを有する。実際は、切り欠き残存部８は、対向面２１側の樹脂を、対向面２１から深さＨ１だけ削って形成されている。切り欠き部６は、対向面２１側の樹脂を、対向面２１から深さＨ２だけ削って形成されている。そのため、構造体４の切り欠き部６と切り欠き残存部８との間には、切り欠き残存部８の深さＨ１と切り欠き部６の深さＨ２との差ｈ１の段差（切り欠き）が生じる。これにより、切り欠き部６は、構造体の長手方向及び高さ方向において反射面５の一部が切り欠かれる。切り欠き部６の深さＨ２は０．５μｍである。

図４は、実施の形態１にかかる面光源装置１の構造体４を主表面２側から見た図である。構造体４は、ピッチｐ１（例えば０．３ｍｍピッチ）で配列されている。面光源装置１内を伝搬している光は、反射面５のみならず切り欠き部６の側面７によっても反射されて、主表面２から出射される。そのため、光の出射効率を上げることができる。

図５は、図４に示す構造体４を点光源３側から見た図である。構造体４には、その長手方向に沿って切り欠き部６と、切り欠き残存部８が交互に設けられている。

図６（ａ）は、実施の形態１にかかる面光源装置１において切り欠き部６の形状が円弧形状である場合に構造体４を主表面２側から見た図である。図６（ｂ）は、同構造体４を点光源３側から見た図である。図３に示す略台形形状の構造体４の場合と同様に、面光源装置１内を伝搬している光Ｌは、反射面５のみならず構造体４の略円弧状の切り欠き部６の側面７によっても反射されて、主表面２から出射される。そのため、光の出射効率を上げることができる。

図７は、構造体４の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面を示す図である。図７の構造体４では、反射面５の角度θｍ１は５０°とし、構造体４の上端の長さｔ１は２μｍとしている（図４参照）。

図８は、実施の形態１にかかる面光源装置１の構造体４の反射面の角度θｍ１と輝度及び輝度ムラとの関係を示す図である。縦軸の輝度は最大輝度値を１として正規化し、輝度ムラは（最大輝度―最低輝度）／（最大輝度＋最低輝度）で表している。横軸は反射面の角度θｍ１を示す。図８に示されるように、θｍ１＝４０〜６０°の間は輝度が高く、かつ輝度ムラが小さい。これらの点を考慮して、実施の形態１の面光源装置１においてはθｍ１＝５０°としている。

図９は、実施の形態１にかかる面光源装置１の構造体４の高さと点光源３からの任意の点までの距離との関係を示す図である。横軸は、点光源３の発光表面から面光源装置１の主表面２上の任意の点Ｒ１までの距離ｒ１（図２参照）を示し、縦軸は構造体４の高さＨ１を示す。本実施形態では、構造体４の高さＨ１は、距離ｒ１が大きくなるにつれ、大きくなるようにしている。具体的に、図９の例では、構造体４の高さＨ１を、距離ｒ１が大きくなるにつれ、３〜７０μｍまで変化させるようにしている。これに伴い、構造体４の下底ｙ１は、反射面５の角度θｍ１が５０°なので、７〜１１９μｍまで変化する。

図１０は、実施の形態１における構造体４の高さと角度Ａ１―Ｏ１―Ｒ１（θ１）との関係を示した図である（図２参照）。横軸は、図２中の角度θ１（角度Ａ１−Ｏ１―Ｒ１）を示し、縦軸は構造体４の高さＨ１を示す。角度θ１の絶対値が大きくなるにつれて構造体４の高さＨ１は大きくなる。また、距離ｒ１が大きくなるにつれ、構造体４の高さＨ１は最大１００μｍまで大きくなる。構造体４の高さＨ１を図８及び図９で示した分布にすることで、面光源装置１内を伝搬する光を主表面２全体からほぼ均一にかつ効率的に出射させることができる。

図４３（ａ）は、切り欠き部がない構造体を有する面光源装置１０の平面図、図４３（ｂ）は、その面光源装置１０の断面図（３−Ａ１０１）である。面光源装置１０は構造体９を有する。面光源装置１０においては、本実施形態の面光源装置１と同様に、主表面２の大きさは縦７０ｍｍ及び横７０ｍｍである。また、面光源装置１０の主表面２と垂直をなす方向の厚みは２ｍｍである。点光源３は面光源装置１０の端面に密着させて設置されている。構造体９は、点光源３を中心として略円弧状に形成されている。また、構造体９は、点光源３を中心として同心状にピッチｐ１０１（例えば０．３ｍｍピッチ）で配列されている。しかし、構造体９には、本実施形態の切り欠き部に相当するものは設けられていない。

図１１及び図４４は、本実施形態の面光源装置１、及び切り欠き部がない構造体を有する面光源装置１０の輝度分布を示す図である。具体的に、図１１、図４４は、面光源装置の主表面を９個のエリアに分割した場合における、各エリアの面光源装置単体での輝度分布(全エリア中の最大輝度を１として正規化)を示した図である。面光源装置１０では、図４３（ａ）に示すように、点光源３から輝線Ｆ１０１が生じ、その輝線Ｆ１０１が面光源装置１０の中央部を貫く。そのため、輝線Ｆ１０１が走るエリアの輝度が高くなる。これに対し、本実施形態の面光源装置１では、図１１に示されるように、ほぼ全面において輝度の均一性がある。このように、本実施形態の構造体４を有する面光源装置１は、面光源装置１０に比べて輝線及び輝度分布ムラの発生を抑制することができる。したがって、本実施形態の面光源装置１は、面光源装置１０よりも、輝度の均一性が向上する。

次に、構造体の切り欠き部の高さｈを変えた場合における、面光源装置の光学特性に与える効果を説明する。図１２〜図１４は、構造体を主表面２側から見た図である。図１２は、ｈ＝０の構造体、つまり切り欠き部６を有さない構造体１１を示す。図１３は、０＜ｈ＜Ｈの構造体、つまり切り欠き部６を有する構造体４を示す。図１４はｈ＝Ｈの構造体、つまり切り欠き部５０により長手方向において分断された構造体１２を示す。図１５は、図１２に示すような切り欠き部が無い構造体１１を点光源方向から見た図である。図１６は、図１３に示すような切り欠き部６を有する構造体４を点光源３側から見た図である。図１７は、図１４に示すような分断された構造体１２を点光源方向から見た図である。

図１８は、実施の形態１の面光源装置１の略中心部分の輝度角度特性の測定を説明するための図である。面光源装置１の主表面２の略中心部を観測点Ｑとする。点光源３から面光源装置１の端面に入射し観測点Ｑの構造体４で反射されて出射する光の輝度をＱＵ方向で観測する。このとき、法線ＮとＱＵとのなす角度を観測角度θｓとする。線分ＯＡのＡ方向の観測角度θｓの値を正として、Ｏ方向の観測角度θｓの値を負とする。

図１９は、実施の形態１にかかる面光源装置１の構造体４の切り欠き部６の状態による面光源装置の略中心部分の輝度角度特性を示した図である。横軸は観測角度θｓを示し、縦軸は、０＜ｈ＜Ｈ、ｈ＝Ｈ、ｈ＝０の場合の各輝度を、ｈが０＜ｈ＜Ｈの場合の輝度を１として正規化したものを示す。図１２、図１３、図１４で、点光源３から光が入射した時、反射面１３、５、１４により光は主表面２側に反射される。反射面１３、５、１４の主表面側エッジ１５、１６、１７及び頂点部１９、２０に入射した光は散乱を起こす。そのため、図１９に示すように、反射面の主表面側エッジ及び頂点部が最も多く存在している構造体（図１３に示す構造体）において、輝度角度特性の分布が緩やかで、かつ輝度の均一性にも優れる結果が得られる。

図１４の構造体１２では、反射面１４の主表面側エッジ及び頂点部が、図１３の構造体４に比べて少ない。そのため、出射光の指向性が正面方向において強くなる。したがって、構造体１２の存在する箇所と存在しない箇所での明暗の差が大きくなり、明るさにムラが生じる。

図１２の構造体１１は、反射面１３の主表面側エッジ及び頂点部が、図１３及び図１４の構造体に比べて少ない。そのため、出射光の指向性が正面方向においてさらに強くなり、さらに明るさにムラが生じる。このように、切り欠き部６の高さｈを増減させることで、散乱部位（反射面の主面側エッジ及び頂点部）を増減できる。これにより、主表面から出射する光の指向性を制御することができる。また、図１５〜図１７のように、反射面の総面積も増減できる。これにより、主表面から出射する光の輝度の大きさも制御できる。

次に、構造体４の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面の形状を変化させた場合の反射光の挙動及び輝度角度特性について説明する。図２０〜図２３は、面光源装置内を伝搬している光Ｌの挙動を描いた模式図である。図２０は、長手方向に直交する方向に沿って切断した断面の形状が略台形である構造体４Ｂを示す。図２１は、長手方向に直交する方向に沿って切断した断面の形状が三角形である構造体４Ｃを示す。図２２は、長手方向に直交する方向に沿って切断した断面の形状が略円弧である構造体４Ｄを示す。図２３は、長手方向に直交する方向に沿って切断した断面の形状が略多角形である構造体４Ｅを示す。図２０及び図２１に示す断面形状が略台形及び三角形の場合は、反射面５の角度θｍ１（図７参照）を増減することで反射光の出射角度及び輝度を制御することができる。図２２及び図２３に示すように断面形状が略円弧及び略多角形の場合は、反射光は様々な方向に散乱する。

図２４〜図２６は、断面形状を変化させた場合における輝度角度特性を示す。図２４〜図２６の輝度角度特性において、横軸は観測角度θｓを示し、縦軸はθｓ＝０のときの輝度を１として正規化した輝度を示す。図２４は、図２０に示すような面光源装置の構造体の長手方向に直交する方向に沿って切断した断面の形状が略台形である場合の輝度角度特性を示す。図２５は、図２１に示すような断面の形状が三角形である場合の輝度角度特性を示す。図２６は、図２２または図２３に示すような断面の形状が略円弧形状及び略多角形である場合の輝度角度特性を示す。図２４及び図２５で示した断面形状が略台形及び三角形の場合、出射光は急峻な指向性をもつ。反射面の角度θｍを所定の角度に設定した場合、断面形状が三角形の方が略台形の場合よりも、主表面側から見た構造体の面積が小さくなる。そのため、断面形状が三角形の方が略台形の場合よりも面光源装置内に構造体を多く配置することができる。したがって、図２５にＴＥで示すように輝度の絶対値を上げることができる。断面の形状を略円弧及び略多角形にした場合、反射光の散乱量が多い。そのため、図２６に示されるように、出射光は、断面の形状が三角形や台形の場合よりも緩やかな指向性をもつ。

なお、実施の形態１においては、構造体が略円弧状に形成され、同心状に配置された面光源装置の一例を示したが、構造体の配置や、構造体及び面光源装置の物理的な形状や寸法は、実施の形態１に記載したものと代えて、設計上自由に設定することが可能である。たとえば、構造体間のピッチ及び構造体の切り欠き部の幅や高さ等は面光源装置の取り付け位置に応じて部分的に変えても良い。また、光源の個数等についても上記の例に限ったものではなく、使用用途に応じて変化させても良い。また、図２２では構造体４Ｄの長手方向に直交する方向に沿って切断した断面が円弧の一部になっているが、半円等その他の円弧の一部でも良い。さらには、図２０から図２３の断面の形状についても、記載の形状に限らず、台形、三角形、円弧状、多角形を組み合わせた形状のものでもよい。

なお、実施の形態１の面光源装置では、構造体が形成される面は１つだけであるが、２つ以上の面に設けてもよい。例えば、構造体は、主表面だけでなく、面光源装置における主表面に対向する面にも形成されてもよい。

なお、実施の形態１の面光源装置では、略円弧状の構造体４を、点光源３を基準点（中心）として同心状に配置したが、構造体４は、点光源３から離れた位置を基準点（中心）として同心状に配置してもよい。この場合においても実施の形態１の面光源装置と同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
実施の形態２にかかる面光源装置について図面を参照して説明する。なお、実施形態１と同一または類似の要素については、適宜、実施形態１と同一の符号を付す。図２７は、実施の形態２にかかる面光源装置２２の平面図である。実施形態２にかかる面光源装置２２は、点光源３から出射された光を入光切り欠き部２１を介して面光源装置２２内に入光させる。すなわち、入光切り欠き部２１は、面光源装置２２の入射面において凹部状に形成される。入光切り欠き部２１は、面光源装置２２の入射面において、点光源３を中心とする円弧状に形成されている。実施の形態２の面光源装置２２では、実施の形態１の面光源装置１と同様に、面光源装置２２の主表面２の大きさは縦７０ｍｍ及び横７０ｍｍであり、面光源装置２２の主表面２と垂直をなす方向の厚みは２ｍｍである。一つの点光源３を中心として同心状に構造体４がピッチｐ２（例えば０．３ｍｍピッチ）で配列されている。入光切り欠き部２１に点光源３から面光源装置２２内に入射する光の回折状態が変化する。そのため、構造体４の高さ等の形状を実施の形態１の構造体４とは異ならせている。

図２８は、面光源装置２２の輝度分布を示す図である。点光源３から出射された光は、入光切り欠き部２１の端面を介して面光源装置２２内に入射する際様々な方向に回折する。つまり、面光源装置２２内に入射した光は、様々な方向に広がる。そのため、面光源装置２２の内部全体への光の伝搬効率が上がり、主表面から光を均等に出射することができる。したがって、面光源装置２２の主表面のほぼ全面においてさらに輝度の均一性が上がる。よって、構造体４を有する面光源装置２２を発光させた場合、入光切り欠き部２１を有さないような面光源装置で発光させた場合に比べて、輝線の発生及び輝度分布ムラを抑制することができる。したがって、本実施形態の面光源装置２２は、輝度の分布を均一化することができる。

なお、本実施形態では、入光切り欠き部２１は、点光源３を中心とする略円弧状に形成されているが、多角形状に形成されてもよい。この場合でも、面光源装置２２内に入射する光を様々な方向に回折させることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３にかかる面光源装置について図面を参照して説明する。図２９（ａ）は、実施の形態３にかかる面光源装置の平面図、図２９（ｂ）は、実施の形態３にかかる面光源装置の断面図（３−Ａ２９）である。実施形態３にかかる面光源装置２４では、構造体４は略直線状に形成され、所定のピッチで平行に配列されている。面光源装置２４の主表面２の大きさは縦７０ｍｍ及び横７０ｍｍであり、面光源装置２４の主表面２と垂直をなす方向の厚みは２ｍｍである。一つの点光源３が、面光源装置２４の端面に密着させて設置されている。なお、面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離をＸ２９とし、構造体４の法線方向の距離をＹ２９とする。このように、構造体４の形状を略直線状にすることで、機械切削等による構造体４の形成を容易にすることができる。

実施の形態３の面光源装置２４の構造体４は、２種類の構造体を有する。２種類の構造体は所定のルールで配置されている。図３０及び図３１は、２種類の構造体２５及び２６を点光源３側から見た図である。図３０に示す構造体２５は、切り欠き部６の長さｘ３０が一定で、切り欠き部６の位置が可変（図３０に示すようにｄ３０ａ≠ｄ３０ｂ）である。また、切り欠き残存部８の長さをｚ３０とする。図３１の構造体２６は、切り欠き部６の長さｘ３１が可変で、切り欠き部の位置が一定（図３１に示すようにｄ３１ａ＝ｄ３１ｂ）である。また、切り欠き残存部８の長さをｚ３１とする。

図３２〜図３４は、実施の形態３の面光源装置２４における構造体４（２５、２６）の形状及び配列の変化を表す図である。

具体的に、図３２は、実施の形態３にかかる面光源装置２４の構造体４の法線方向の距離Ｙ２９と構造体４のピッチｐ２９との関係を示した図である。横軸は面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の構造体４の法線方向の距離Ｙ２９を示し、縦軸は構造体４のピッチｐ２９を示す。点光源３からの距離が大きくなるにつれて、ピッチｐ２９は大きくなる。

図３３は、実施の形態３の面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９と、構造体４（２５）の切り欠き残存部８の長さｚ３０との関係を示した図である。横軸は面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９を示し、縦軸は構造体４の切り欠き残存部８の長さｚ３０を示す。点光源３に近い位置(ｒ２９が小さい位置)の構造体４（２５）に関しては、面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９の絶対値が大きくなるにつれ、すなわち点Ｒ２９が点光源３（中心位置）から離れるにつれて、切り欠き残存部８の長さｚ３０を大きくしている。これにより、面光源装置２４内を伝搬する光を主表面２に出射する効率を上げている。一方、点光源３から遠い位置(ｒ２９が大きい位置)の構造体４（２５）に関しては、切り欠き残存部８の長さｚ３０をほとんど一定にして、面光源装置２４内を伝搬する光を主表面２へ均等に出射できるようにしている。

図３４は、実施の形態３にかかる面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９と、構造体２６の切り欠き部６の長さｘ３１との関係を示した図である。横軸は面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９を示し、縦軸は構造体２６の切り欠き部６の長さｘ３１を示す。点光源３に近い位置(ｒ２９が小さい位置)の構造体４（２６）に関しては、面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９の絶対値が大きくなるにつれ、すなわち点Ｒ２９が点光源３（中心位置）から離れるにつれて、切り欠き部６の長さｘ３１をほぼ一定にするようにしている。これにより、面光源装置２４内を伝搬している光を主表面２から均等に出射できるようにしている。一方、点光源３から遠い位置(ｒ２９が大きい位置)の構造体４（２６）に関しては、面光源装置２４上の任意の点Ｒ２９の幅方向の距離Ｘ２９の絶対値が大きくなるにつれ、すなわち点Ｒ２９が点光源３（中心位置）から離れるにつれて、切り欠き部６の長さｘ３１を小さくするようにしている。これにより、面光源装置２４内を伝搬する光を主表面２から出射する効率を上げている。

なお、実施の形態３においては、構造体４が略直線状に形成され、平行に配置された面光源装置２４の一例を示したが、構造体４の配列や、構造体４及び面光源装置２４の物理的な形状や寸法は、設計上自由に設定することが可能である。例えば、構造体４は略円弧状に形成されてもよい。また、切り欠き部６及び切り欠き残存部８の形状や寸法は実施の形態１に記載のものでも良い。点光源３の個数等は上記の例に限ったものではなく、使用用途に応じて変化させても良い。また、構造体４については、図２０から図２３に記載の断面を有するもの、あるいはそれらを組み合わせた形状のものでもよい。

（実施の形態４）
実施の形態４にかかる面光源装置について図面を参照して説明する。図３５は、実施の形態４にかかる面光源装置２８を示す図である。面光源装置２８では、円弧状の構造体４を同心状に配列した場合に、その中心点（基準点）を点光源３からの距離に応じてずらしている。点光源３の近傍の構造体２９は、基準点ｋ３６を中心点として円弧状に形成され、同心状に配列されている。これに対し、点光源３から離れた構造体３０は、点光源３を中心点Ｏ３６として円弧状に形成され、同心状に配列されている。面光源装置２８の寸法は、実施の形態１の面光源装置１と同様である。図３５に示すように点光源３からの距離に応じて円弧の中心点を基準点ｋ３６からずらすことで、構造体２９が配列されている領域では出射光量を減らすことができ、構造体３０が配列されている領域では出射光量を増やすことができる。つまり、所定の領域毎に出射光量を調整することができる。

なお、実施の形態４については、必要に応じて実施の形態１〜３に開示した内容と組み合わせてもよい。また、構造体の形状は円弧状に限らず、矩形やうずまき状としても良い。

（実施の形態５）
実施の形態５にかかる面光源装置について図面を参照して説明する。実施の形態５にかかる面光源装置は、文字または図形等を表示可能としている。

図３６は、実施の形態５における面光源装置３１の平面図である。実施の形態５における面光源装置３１は、２つの点光源３及び５１を有する。２つの点光源３及び５１は、対向しない端面に配置されている。また、面光源装置３１は、互いに直交して配置された構造体５２及び構造体５３を有する。構造体５３は、点光源３が配置された端面に直交する方向（線Ａ３７方向）に設けられている。構造体５２は、点光源５１が配置された端面に直交する方向（線Ｂ３７方向）に設けられている。面光源装置３１の寸法（大きさ及び厚み）は、実施の形態１の面光源装置１と同様である。

図３７は、面光源装置３１上のある領域Ｗ３７の拡大図である。点光源３からの光で強く光らせたい部位をＷＡ３８とし、点光源５１からの光で強く光らせたい部位をＷＢ３８とする。面光源装置３１には、構造体５２と構造体５３の両方が形成されている。構造体５２のＷＡ３８以外の部位と構造体５３のＷＢ３８以外の部位とが重なる部分には、切り欠き部５４だけが形成されている。

図３８は、実施の形態５の面光源装置３１の点光源３を発光させた状態を示す図である。図３９は、実施の形態５の面光源装置３１の点光源５１を発光させた状態を示す図である。面光源装置３１は、文字を形成する領域にある構造体だけから光を反射させて光を出射し、文字を表示することができる。実施の形態５では、文字を形成する領域は、点光源３からの光に関してはＷＡ３８で示す領域（図３８の文字「Ａ」）、点光源５１からの光に関してはＷＢ３８で示す領域（図３９の文字「Ｂ」）である。点光源３、５１の点灯を切り替えることによって、異なる文字を表示することが可能になる。

図４０は、図３８のＷ３８領域の拡大図である。ＷＡ３８領域では、他の領域と比べて、構造体５２に切り欠き残存部５５が多く形成されている。点光源３を点灯しているとき、切り欠き残存部５５（図４０の白色部分）の反射面が光る。これにより、ＷＡ３８領域全体が光り、図３８に示すように文字「Ａ」が表示される。図４１は、図３９のＷ３８領域の拡大図である。ＷＢ３８領域では、他の領域と比べて、構造体５３に切り欠き残存部５６が多く形成されている。点光源５１を点灯しているとき、切り欠き残存部５６（図４１の白色部分）の反射面が光る。これにより、ＷＢ３８領域全体が光り、図３９に示すように文字「Ｂ」が表示される。以上のように、点光源３を点灯することで文字「Ａ」を表示でき、点光源５１を点灯することで文字「Ｂ」を表示できる。

なお、実施の形態５では、文字を表示したが、例えば文字以外の記号や図柄などを表示してもよい。

また、実施の形態５では、２つの点光源３、５１及び２方向の構造体５２、５３を配置したが、３以上の点光源及びそれぞれに対応した構造体を配置すれば、点光源の切換で３以上の文字や記号などの切り替え表示が可能となる。

なお、実施の形態５では、２つの点光源に対応した面光源装置を示した。しかし、本実施形態の技術思想は、点光源の数が１つだけや、３つ以上の場合にも適用可能である。

また、実施の形態５では、主表面が正方形で厚み方向の寸法が小さい直方体の形状をした面光源装置を示した。しかし、面光源装置の形状は直方体に限らず、端面が４つ以上ある多面体であってもよく、その各々の端面に点光源が設置されてもよい。この場合、各々の端面の点光源に対応させて構造体の形状を決定して構造体を配置することにより、点光源が設置される端面の個数に応じた個数の文字や図形等を表示することができる。

また、実施の形態５の面光源装置は、主表面からの出射光により文字や図形等を表示する。しかし、面光源装置は、表示される形状が文字や図形等に限らず主表面のほぼ全体から光を出射する面照明であってもよい。たとえば、図３６のような形態の面光源装置において、ある波長の光を発する１つ目の光源を面光源装置の所定の端面に設置し、異なる波長の光を発する２つ目の光源を異なる端面に設置してもよい。この例では、１つ目の光源に対して直交する構造体は１つ目の光源から発する光を効率よく反射して出射することができ、また、２つ目の光源に対して直交する構造体は２つ目の光源から発する光を効率よく反射して出射することができる。なお、この例の構造体として実施の形態１から４に記載のものを適用することが可能である。

（実施の形態６）
実施の形態６として、上記実施の形態１〜５の面光源装置を用いた表示装置について説明する。

図４２は、液晶表示装置の構成の一例を示すブロック図である。液晶表示装置は、液晶パネル３０と、液晶パネル３０用のバックライトを構成する光源３及び実施形態１の面光源装置１を有する。なお、面光源装置としては、実施形態１の面光源装置１でなく、実施形態２〜４のいずれかの面光源装置を設けてもよい。これにより、液晶パネル３０に表示される画像上に輝線や輝度ムラが生じるのが抑制され、輝度を均一化できる。そのため、輝線や輝度ムラを抑制するために従来用いられていた拡散シート等の光学シートを、本実施形態の液晶表示装置では設けていない。

２．効果等
本開示にかかる面光源装置１は、点光源３から出射された光を端面から取り込んで出射させる。主表面２に対向する対向面２１上に、点光源３に対向する反射面５を有する複数の構造体４が形成されている。構造体４は、構造体４の長手方向及び高さ方向において反射面５の一部が欠落した切り欠き部６を有する。
これにより、主表面２内の輝線及び輝度分布ムラを抑制することができる。そのため、拡散シート等の光学シートが不要になる。

また、実施形態で説明したように、構造体４は対向面２１上において略直線状に形成されていてもよい。
これにより、機械切削等による構造体４の形成が容易になる。

また、実施形態１〜３で説明したように、構造体４は対向面２１上において点光源３を中心とする略円弧状に形成されていてもよい。
これにより、主表面２の光の出射効率を上げることができる。

また、前記各実施形態で説明したように、点光源３から切り欠き部６を見たときの切り欠き部６の形状が略台形であってもよい。
これにより、面光源装置内を伝搬する光が、略台形形状の切り欠き部６の側面によって反射し、主表面２から光を出射させることができる。そのため、光の出射効率を上げることができる。

また、実施形態１で一例として説明したように、点光源３から切り欠き部６を見たときの切り欠き部６の形状が略円弧形状であってもよい。
これにより、面光源装置１内を伝搬する光が、略円弧形状の切り欠き部６の側面７によって反射する。そのため、主表面２から光を分散して出射させることができ、光の出射効率を上げることができる。

また、実施形態３で説明したように、構造体４の長手方向における切り欠き部６の長さを、構造体４の対向面２１上での位置によって異ならせても良い。
これにより、対向面２１上での位置により、構造体４の反射面５の面積が変わり、位置毎の出射光量を調整することができる。

また、実施形態３で説明したように、構造体４の長手方向における切り欠き残存部８の長さを、構造体４の対向面２１上での位置によって異ならせてもよい。
これにより、対向面２１上での位置により、構造体４の反射面５の面積が変わり、位置毎の出射光量を調整することができる。

また、実施形態１で一例として説明したように、構造体４の長手方向に直交する方向に沿った、構造体４の断面の形状が略多角形であってもよい。
これにより、反射面５によって反射される光を散乱させることができる。

また、実施形態１で一例として説明したように、構造体４の長手方向に直交する方向に沿った、構造体４の断面の形状が略台形であってもよい。
これにより、反射面５を任意の角度に設定でき、反射光の輝度を制御することができる。

また、実施形態１で一例として説明したように、構造体４の長手方向に直交する方向に沿った、構造体４の断面の形状が三角形であってもよい。
これにより、反射面５を任意の角度に設定でき、反射光の輝度を制御することができる。さらに、反射面５の角度θｍ１を揃えて、断面が台形の場合と比較した場合、主表面２側から見ると構造体４の面積が小さくなる。そのため、台形の場合よりも、面光源装置１内に構造体４を多く配置することができ、輝度を上げることができる。

また、実施形態１で一例として説明したように、構造体４の長手方向に直交する方向に沿った、構造体４の断面の形状が略円弧状であってもよい。
これにより、反射面５によって反射される光を散乱させることができる。

また、実施形態１で一例として説明したように、切り欠き部６の高さをｈとし、構造体の高さをＨとしたとき、０＜ｈ＜Ｈとしてもよい。
これにより、切り欠き部６の高さｈを増減させることで、主表面２からの出射光の指向性を制御でき、かつ輝度の絶対値も調整できる。

また、面光源装置は、点光源が複数設けられている場合に、構造体が各点光源に対応して設けられていてもよい。これにより、それぞれの光源に対応する構造体によって、光源ごとの光量を調整できる。

以上説明したように、各実施形態の面光源装置は、光学シートを用いずに面光源装置単体で、輝線及び輝度分布のムラを抑制することができる。また、光学シートが不要であるので、光学シートを透過する時に生じる光量の減衰が無くなる。そのため、同じＬＥＤを用いつつ点光源３から出射される光の輝度を上昇させることができる。また、同じ輝度を達成する場合、光源の数量を減らす、あるいは光源で消費する電力エネルギーを抑制することができる。さらに、構造体４の切り欠き部６の量を増減させることで、主表面２から出射される光の指向性を制御することができる。

（その他の実施の形態）
本明細書では面光源装置に関し５つの実施の形態を示したが、本実施の形態１から５を組み合わせて新たな面光源装置を構成することもできる。

本実施形態では、面光源装置の構造体は、溝状に形成されている。しかし、構造体として溝を形成しなくてもよい。構造体は、面光源装置の内部において光学的特性の異なる材料で形成してもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示の面光源装置は、スマートフォンやカーナビゲーション等の情報端末機の、ＬＥＤを用いたディスプレイ用のバックライト、ならびにデザイン照明等の薄型照明装置、広告等の画像表示装置として有用である。

Claims (3)

1. 点光源から出射された光を端面から取り込み主表面から出射させる面光源装置であって、
   面光源装置内部において前記主表面に対向する対向面上に、前記点光源に対向する反射面を有する複数の構造体が形成され、
   前記構造体は、前記構造体の長手方向及び高さ方向において前記反射面の一部が欠落した切り欠き部を有し、
   前記構造体は、前記長手方向に延びる略柱状形状を有し、前記長手方向に垂直な断面の形状が前記切り欠き部及びそれ以外の部分のいずれにおいても略台形であることを特徴とする面光源装置。
2. 前記構造体の長手方向における前記切り欠き部の長さが、前記構造体の前記対向面上での位置によって異なることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記構造体の長手方向における前記切り欠き部以外の部分である切り欠き残存部の長さが、前記構造体の前記対向面上での位置によって異なることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。

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