JP2008305728A - 導光体および面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導光体の光を出射させる一方の主面の全域にわたって均一な光を出射可能な導光体、および面発光装置を提供する。
【解決手段】 面発光装置１は、光を出射する光源３と、光源３から出射される光が第１側部５から入射され、第１側部５から入射される光を拡散させて、出射面８から出射する導光体２とを含み、導光体２は、光源３が対向して設けられる入射領域１０には、光源３から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体２の内部に導く第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２と有し、第２のプリズム部１２は、第１のプリズム部１１より、発散角度が大きく、第１のプリズム部１１を介して導光体２の内部に導かれた光と、第２のプリズム部１２を介して導光体２の内部に導かれた光とを重ね合わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、対象物を照明するための面発光装置であって、たとえば液晶表示装置が備える液晶パネルを照明するための面発光装置および面発光装置が備える導光体に関する。

従来の技術の面発光装置は、液晶バックライトに用いられ、点状光源であるＬＥＤ素子からの光を面状に発光させる。このような面発光装置は、平板状の導光板の一側面である入射端面に光源からの光を入射させ、その導光板の厚み方向の一方の主面である光出射面全体から光が出射するように構成される。面発光装置においては、光出射面から均一に光を出射することが重要であり、この均一性を実現するために種々の構造が提案されている。

均一性を実現するために従来の技術の面発光装置は、導光板に特徴を有する。導光板の入射端面は、複数の切り欠きプリズムからなり、外側で隣接する２つの切り欠きプリズムの間隔と、内側で隣接する２つの切り欠きプリズムの間隔とが異なるように構成される（特許文献１参照）。

特開２００５−７１９７１号公報

前述の従来の技術の導光板では、光入射面付近における光の均一性が悪いという問題がある。また面発光装置が広く用いられるようになったので、よりいっそう均一な面発光が可能な導光体および面発光装置が求められている。

したがって本発明の目的は、導光体の光を出射させる一方の主面の全域にわたって均一な光を出射可能な導光体および面発光装置を提供することである。

本発明は、一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体であって、
一側部には、光源が対向して設けられる入射領域を有し、
入射領域には、
光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第１のプリズム部と、
光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第２のプリズム部であって、前記第１のプリズム部より、前記発散角度が大きい第２のプリズム部とを有し、
前記第１のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光と、前記第２のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光とを重ね合わせることを特徴とする導光体である。

また本発明は、前記第１のプリズム部および第２のプリズム部は、一側部から他側部に向かって凹となり、厚み方向外方から見て、略三角形状に形成され、
前記第１のプリズム部の頂部の角度は、１５０度以上１８０度以下であり、
前記第２のプリズム部の頂部の角度は、９０度以上１５０度以下であることを特徴とする。

さらに本発明は、一側部の前記入射領域を除く残余の領域には、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも光源側に凸となる嵌合部を有することを特徴とする。

さらに本発明は、光を出射する光源と、光源から出射される光が一側部から入射され、一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体とを含む面発光装置であって、
前記光源は、導光体の一側部に向かって光を出射し、
前記導光体は、
一側部に光源が対向して設けられる入射領域を有し、
入射領域には、
光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第１のプリズム部と、
光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第２のプリズム部であって、前記第１のプリズム部より、前記発散角度が大きい第２のプリズム部とを有し、
前記第１のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光と、前記第２のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光とを重ね合わせることを特徴とする面発光装置である。

さらに本発明は、前記光源は、光が出射する出射方向とは反対の反対方向に凹となる凹部を有し、
前記導光体は、一側部の前記入射領域を除く残余の領域には、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも前記反対方向に凸となり、前記凹部に嵌合可能な嵌合部を有し、
前記凹部と嵌合部とが嵌合した状態では、光源と導光体の一側部とが予め定める距離の隙間を有することを特徴とする。

さらに本発明は、導光体の一方の主面に対向して設けられるプリズムシートをさらに含み、
前記プリズムシートは、導光体の一方の主面に対向する対向面には、導光体の一方の主面から出射される光を、導光体の厚み方向に略平行になるように導く第３のプリズム部を有することを特徴とする。

本発明によれば、導光体の一側部には、光源が対向して設けられる入射領域を有し、入射領域には第１のプリズム部と第２のプリズム部とが設けられる。第１のプリズム部および第２のプリズム部は、光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く。また第２のプリズム部は、第１のプリズム部より、発散角度が大きくなるように設定される。このような第１のプリズム部と第２のプリズム部とは、第１のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光と、第２のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光とを重ね合わせるように位置関係が設定される。これによって光源から一側部に向かって出射された光は、第１のプリズム部および第２のプリズムを介して導光体の内部に導かれ、第１のプリズム部と第２のプリズム部とを介して導光体の内部に導かれた光を重ね合わせることができる。このような第１のプリズム部と第２のプリズム部とによって、導光体の内部に導かれる光の進行方向を調整することができる。これによって導光体の一側部の近傍、すなわち入射領域の付近であって、光源から出射される光が進行しにくい領域にも、第２のプリズム部によって発散角度を大きくすることによって導くことができる。また第２のプリズム部だけの構成では、光を発散させすぎて、導光体の一側部の輝度が大きくなりすぎて、導光体の他側部に向かって輝度が減少するおそれがあるが、本発明では第１のプリズム部を有するので、導光体の他側部に向かって輝度の分布を均一化することができる。これによって、入射領域に第１のプリズム部と第２のプリズム部と有するような簡単な構成の導光体を用いることによって、導光体の一方の主面の全域にわたって均一な光を出射させることができる。

また本発明によれば、第１のプリズム部および第２のプリズム部は、一側部から他側部に向かって凹となり、厚み方向外方から見て、略三角形状に形成される。さらに第１のプリズム部の頂部の角度は、１５０度以上１８０度以下であり、第２のプリズム部の頂部の角度は、９０度以上１５０度以下である。このように第１のプリズム部と第２のプリズム部の頂部の角度とを設定することによって、前述したように、導光体の一方の主面の全域にわたって均一な光を出射させることができる導光体を実現することができる。

さらに本発明によれば、一側部の前記入射領域を除く残余の領域には、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも光源側に凸となる嵌合部を有する。これによって導光板の一側部に向かって光源を配置する場合、嵌合部に嵌合可能な凹部を光源が備えることによって、光源と導光体とを位置決めすることができる。また嵌合部は、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも光源側に凸となるので、第１のプリズム部および第２のプリズム部に接触させることなく、光源を配置することができる。これによって光源を位置決めした場合に、第１のプリズム部および第２のプリズム部に接触して、第１のプリズム部および第２のプリズム部が損傷を防止することができる。したがって第１のプリズム部および第２のプリズム部の損傷による入射光の調整不足、および光源の損傷による入射光量の減少を防止することができ、より効果的に均一な光を導光体の一方の主面から出射させることができる。

さらに本発明によれば、面発光装置は、光源と導光体とを含む。光源は、導光体の一側部に向かって光を出射する。導光体の一側部には、光源が対向して設けられる入射領域を有し、入射領域には第１のプリズム部と第２のプリズム部とが設けられる。第１のプリズム部および第２のプリズム部は、光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く。また第２のプリズム部は、第１のプリズム部より、発散角度が大きくなるように設定される。このような第１のプリズム部と第２のプリズム部とは、第１のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光と、第２のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光とを重ね合わせるように位置関係が設定される。これによって光源から一側部に向かって出射された光は、第１のプリズム部および第２のプリズムを介して導光体の内部に導かれ、第１のプリズム部と第２のプリズム部とを介して導光体の内部に導かれた光を重ね合わせることができる。このような第１のプリズム部と第２のプリズム部とによって、導光体の内部に導かれる光の進行方向を調整することができる。これによって導光体の一側部の近傍、すなわち入射領域の付近であって、光源から出射される光が進行しにくい領域にも、第２のプリズム部によって発散角度を大きくすることによって導くことができる。また第２のプリズム部だけの構成では、光を発散させすぎて、導光体の一側部の輝度が大きくなりすぎて、導光体の他側部に向かって輝度が減少するおそれがあるが、本発明では第１のプリズム部を有するので、導光体の他側部に向かって輝度の分布を均一化することができる。これによって、入射領域に第１のプリズム部と第２のプリズム部と有するような簡単な構成の導光体を用いることによって、導光体の一方の主面の全域にわたって均一な光を出射させることができる面発光装置を実現することができる。

さらに本発明によれば、光源は、光が出射する出射方向とは反対の反対方向に凹となる凹部を有する。また導光体は、一側部の入射領域を除く残余の領域には、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも光源側に凸となり、光源の凹部に嵌合可能な嵌合部を有する。これによって導光板の一側部に向かって光源を配置する場合、嵌合部と凹部とを嵌合させることによって、光源と導光体とを位置決めすることができる。また凹部と嵌合部とが嵌合した状態では、光源と導光体の一側部とが予め定める距離の隙間を有する。また嵌合部は、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも光源側に凸となるので、第１のプリズム部および第２のプリズム部に接触させることなく、光源を配置することができる。これによって光源を位置決めした場合に、第１のプリズム部および第２のプリズム部に接触して、第１のプリズム部および第２のプリズム部が損傷を防止することができる。したがって第１のプリズム部および第２のプリズム部の損傷による入射光の調整不足、および光源の損傷による入射光量の減少を防止することができ、より効果的に均一な光を導光体の一方の主面から出射させることができる。

さらに本発明によれば、面発光装置は、導光体の一方の主面に対向して設けられるプリズムシートをさらに含む。プリズムシートは、導光体の一方の主面に対向する対向面には、導光体の一方の主面から出射される光を、導光体の厚み方向に略平行になるように導く第３のプリズム部を有する。このような第３のプリズム部によって、導光体の厚み方向に略平行な方向に、光を出射させることができる。これによってより均一な光をプリズムシートから出射させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の実施の一形態の面発光装置１を簡略化して示す斜視図である。図２は、面発光装置１の一部を拡大して示す平面図である。図３は、面発光装置１の一部を拡大して示す正面図である。面発光装置１は、対象物を照明光によって照明するための装置であって、たとえば透過型の液晶表示装置（図示せず）に備えられ、液晶表示パネル（図示せず）を照明するバックライト装置として用いられる。液晶表示装置において面発光装置１は、液晶表示パネルに対向して設けられ、液晶表示装置の操作者が表示画面を見る側とは反対側から、対象物である液晶表示パネルを照明する。面発光装置１は、液晶表示パネルの照明に限定されず、他の対象物の照明またはイルミネーションなどに使用されてもよい。面発光装置１は、導光体２と、光源３と、プリズムシート４とを備える。本実施の形態の面発光装置１は、導光体２の一側部５に対向して光源３が設けられるエッジライト式の面発光装置１である。

まず光源３に関して説明する。光源３は、発光素子６および発光素子６を支持する支持部７とを備える。本実施形態では、光源３は複数、より詳細には４つが設けられる。光源３が備える発光素子６は、図示しない電源によって与えられる電力に基づいて、導光体２の一側部５に向けて放射状に光を出射する。発光素子６は、たとえば発光ダイオード（略称ＬＥＤ）によって実現される。支持部７は、発光素子６が光を出射する領域を除く残余の部分の外方を覆って設けられる。支持部７は、発光素子６を導光体２の一側部５の予め定める位置に位置決めして固定させるために用いられる。発光素子６の出射面８は、導光体２の一側部５に対向するように配置される。

発光素子６は、半導体素子（図示せず）と、これを被覆する透光性樹脂（図示せず）とを有しており、透光性樹脂は半導体素子から発生する光を吸収して、その吸収した光とは異なる波長の光を発生する蛍光体を含有させることができる。半導体素子から発生する光が紫外線の場合は、この紫外線によって励起されて紫外線または可視光を発生する蛍光体を用いることができる。また可視光の発光が可能な半導体素子を用いてもよく、半導体素子からの可視光を吸収してそれよりも長波長の可視光が発光可能な蛍光物質とを組み合わせてもよい。半導体素子を蛍光体と組み合わせて用いると、様々な色調の混合色を発光させることが可能となる。また、半導体素子としては、たとえば窒化物系化合物半導体であって、次に示す一般式（Ｉ）のものが好適に用いられる。
Ｉｎ_ｉＧａ_ｊＡｌ_ｋＮ …（Ｉ）

ここで（Ｉ）式中、ｉ、ｊおよびｋはそれぞれＩｎ、ＧａおよびＡｌの原子比を表し、それぞれ０以上の値であり、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１を満足する値である。

また、窒化物系化合物半導体としては、ＩｎＧａＮおよび各種不純物がドープされたＧａＮをはじめ、種々のものがある。この半導体素子は、ＭＯＣＶＤ法などによって基板上にＩｎＧａＮおよびＧａＮなどの半導体を発光層として成長させることによって形成される。半導体素子の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合ならびにｐｎ接合などを有すホモ構造、ヘテロ構造およびダブルヘテロ構造のものが挙げられる。この窒化物半導体層は、材料および混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜で形成した単一量子井戸構造および多量子井戸構造とすることもできる。

また蛍光物質は、発光素子６からの光の波長を変換させるものであり、発光素子６を被覆する透光性樹脂に蛍光物質を含有させることで、外部へ出射される光を変換可能である。発光素子６からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、ペリレン形誘導体、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ、ならびにＹＡＧ：Ｃｅなどの有機蛍光体、およびＥｕならびにＣｒの少なくともいずれか一方で付活された窒素含有ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２などの無機蛍光体など種々好適に用いられる。特にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を利用した場合は、その含有量によって青色発光を有する発光素子６からの光と、その光を一部吸収して補色となる黄色系が発光可能となり、白色系が比較的簡単に信頼性良く形成できるため好ましい。同様に、無機蛍光体を用いた場合は、その含有量によって青色光と、その光を一部吸収して補色となる赤色系が発光可能であるため、白色系が比較的簡単に信頼性よく形成でき好ましい。

次に導光体２に関して説明する。導光体２は、透光性を有し、本実施形態では平板状であって、その厚み方向に垂直な仮想平面における断面形状が略矩形状、より詳細には略長方形状である。導光体２は、その厚み方向両側の表面が主面８である。導光体２は、一側部である第１側部５から入射される光を拡散させて、２つの主面のうち、少なくとも一方の主面８、本実施形態では一方の主面８から出射する。以下、この光が出射される一方の主面８を出射面８といい、出射面８と反対側の他方の主面９を背面９という。

導光体２の厚み方向に平行な方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に垂直であって導光体２の短手方向に平行な方向をＸ方向と定義し、Ｚ方向およびＸ方向に垂直であって導光体２の長手方向に平行な方向をＹ方向と定義する。各図において、これらＸ、Ｙ、Ｚ方向を矢符Ｘ、Ｙ、Ｚで表す。

導光体２は、図２に示すように、第１側部５に、光源３である発光素子６が対向して設けられる入射領域１０を有し、少なくとも入射領域１０に、第１のプリズム部１１および第２のプリズム部１２（以下、不特定のプリズム部を示す場合、単に「プリズム部１１，１２」と示すことがある）を有する。本実施の形態では、第１側部５の全域にわたって、プリズム部１１，１２が設けられる。このように全域にわたってプリズム部１１，１２を設けるので、部分的にプリズム部１１，１２を設ける場合に比べて導光体２の成形が容易となる。

本実施形態では、面発光装置１は４つの発光素子６を備えるので、４つの入射領域１０が形成される。第１側部５の入射領域１０は、導光体２のうち、光源３である発光素子６の出射面６ａがＹ方向他方Ｙ２に投影される領域（以下「発光素子６の投影領域」という）に含まれ、この発光素子６の投影領域の中で第１側部５に含まれる領域である。第１側部５の入射領域１０を除く残余の領域１３は、導光体２のうち、発光素子６の投影領域外の領域に含まれ、この発光素子６の投影領域外の領域の中で第１側部５に含まれる領域である。

図２に示すように、第１側部５の少なくとも入射領域１０には、プリズム部１１，１２が設けられる。プリズム部１１，１２は、発光素子６から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体２の内部に導く。第２のプリズム部１２は、第１のプリズム部１１より、発散角度が大きくなるように設定される。このような第１のプリズム部１１を介して導光体２の内部に導かれた光と、第２のプリズム部１２を介して導光体２の内部に導かれた光とを重ね合わせることができるように、各プリズム部１１，１２は隣接して配置される。

プリズム部１１，１２は、第１側部５から、導光体２のＹ方向一方Ｙ１の他側部である第２側部１４に向かって凹となり、Ｚ方向外方から見て、略三角形状に形成される。プリズム部１１，１２は、Ｚ方向に一様な形状であり、Ｚ方向に垂直な仮想一平面であるＸＹ平面に配置された三角形、より詳細には二等辺三角形状であり、その底辺がＹ方向に垂直な仮想一平面であるＸＺ平面１５に略平行な形状である。第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２とは、互いに隣接して、Ｘ方向に並んで交互に設けられる。したがって１つの第１のプリズム部１１は、２つの第２のプリズム部１２に挟まれて設けられ、同様に、１つの第２のプリズム部１２は、２つの第１のプリズム部１１に挟まれて設けられる。

第１のプリズム部１１の頂部の角度（以下、「プリズム角度」ということがある）α１は、１５０度以上１８０度以下、好ましくは１５２度以上１７０度以下、さらに好ましくは１５２度以上１６６度以下に設定される。また第２のプリズム部１２は、プリズム角度α２が９０度以上１５０度以下、好ましくは１４０度以上１５２度以下、さらに好ましくは１４０度以上１４８度以下に設定される。このように各プリズム部１１，１２のプリズム角度α１，α２を設定することによって、第１のプリズム部１１の発散角度は、第２のプリズム部１２の発散角度より大きくすることができる。

各プリズム部１１，１２の底辺の長さｗ１は、互いに等しくなるように設定される。これによって、前述したように第１のプリズム部１１のプリズム角度α１は、第２のプリズム部１２のプリズム角度α２より大きいので、第１のプリズム部１１は、底辺から頂部までのＹ方向に関する距離（以下、「プリズム深さ」ということがある）ｈ１は、第２のプリズム部１２のプリズム深さｈ２より、小さくなるように設定される。このように底辺の長さｗ１が等しく設定されるので、各プリズム部１１，１２に入射する光の光量を互いに等しくすることができる。第１のプリズム部１１は、プリズム深さｈ１がたとえば０ｍｍより大きく０．１ｍｍ以下に設定される。また第２のプリズム部１２は、プリズム深さｈ２が、たとえば０ｍｍより大きく０．１ｍｍ以下に設定される。また隣接する第１のプリズム部１１間のＸ方向に関する距離（以下、「プリズムピッチ」ということがある）ｗ２は、たとえば０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下に設定される。

また導光体２の出射面８は、図３に示すように、導光体２内部から出射面８に入射した光が、Ｙ方向に関して均一に出射可能に構成される。導光体２の出射面８は、Ｘ方向に略平行に延び、平均傾斜角度α３が０．５度以上６度以下の斜面からなる多数のレンズ列１６から構成される。また導光体２の背面９は、図１に示すように、導光体２内部から背面９に入射した光が、導光体２内部をＹ方向にそって導くように構成される。導光体２の背面９は、Ｙ方向に略平行に延び、平均傾斜角度α４が１２０度以上１６０度以下の斜面からなる多数のプリズム列１７から構成される。

導光体２は、少なくとも光透過性を有し、好ましくは成形性に優れた材料、たとえばアクリル樹脂ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー、ポリスチレン樹脂、およびファンクショナルノルボルネン系樹脂などの透光性樹脂などの透光性材料によって形成される。これらの導光体２用の材料はそれぞれ屈折率が異なるが、導光体２の第１側部５に形成されるプリズム部１１，１２の、たとえばプリズム角度および数などを選定 することによって、光の進む方向を制御することができるので、屈折率により制約を受けることはない。導光体２の屈折率は、一例をあげると、導光体２がアクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂から成る場合、１．４９〜１．５９程度である。

次に、図２を参照して、導光体２と光源３との位置合わせに関して説明する。光源３が備える支持部７は、光が出射する出射方向Ｙ２とは反対の反対方向Ｙ１に凹となる凹部１８を有する。したがって凹部１８は、Ｙ方向一方Ｙ１に凹となる。凹部１８は、複数、本実施の形態では２つ設けられ、各凹部１８はＸ方向に予め定める距離離間して設けられる。また導光体２は、一側部の入射領域１０を除く残余の領域１３には、プリズム部１１，１２よりも反対方向であるＹ方向一方Ｙ１に凸となり、支持部７の凹部１８に嵌合可能な嵌合部１９を有する。嵌合部１９は、複数、本実施の形態では２つ設けられ、各嵌合部１９はＸ方向に予め定める距離離間して設けられる。このように支持部７には凹部１８、および導光体２には嵌合部１９が設けられ、凹部１８と嵌合部１９とが嵌合した状態では、光源３と導光体２の第１側部５とが予め定める距離の隙間ｈ３を有するように、Ｙ方向の寸法が設定される。また凹部１８と嵌合部１９とが嵌合した状態では、光源３と導光体２とＸ方向の変位が規制されるように形状が設定される。したがって導光体２の嵌合部１９の少なくとも先端と、凹部１８の底部とは、同様の形状を有する。導光体２と光源３とは、嵌合部１９の先端と凹部１８とでのみ接するように構成される。導光体２のプリズム部と光源３とのＹ方向の隙間ｈ３は、たとえば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定される。

次に、プリズムシート４に関して説明する。プリズムシート４は、図１に示すように、導光体２の出射面８に対向して設けられる。プリズムシート４は、導光体２の出射面８に対向する対向面２０には、図３に示すように、導光体２の出射面８から出射される光を、導光体２のＺ方向に略平行になるように導く第３のプリズム部２１を有する。第３のプリズム部２１は、本実施の形態では、Ｙ方向に等間隔ピッチで、Ｘ方向に延びる三角柱を並べて実現される。Ｘ方向に略平行に延びる複数の第３のプリズム部２１は、隣接するプリズム間の寸法であるプリズム単位ピッチｗ４が、たとえば２０μｍ以上５ｍｍ以下に設定され、プリズム頂角α５が、たとえば５０度以上１２０度以下に設定される。

プリズムシート４は、可視光透過率が高く、屈折率の比較的高い材料を用いて製造することが好ましく、たとえば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂などが用いられ、好ましくは、レンズシートの耐擦傷性、取扱い性、生産性等の観点から活性エネルギー線硬化型樹脂が用いられる。

以下に複数の実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明するけれども、本発明は以下の記載内容に限定されるものではない。

まず第１の実施例に関して説明する。図１〜図３に示す導光体２の実施例を製造し、製造した導光体２を用いた輝度測定を行った。導光体２は、Ｙ方向の寸法が約５５ｍｍ、Ｘ方向の寸法が約３９ｍｍ、およびＺ方向の寸法が約０．６ｍｍになるように作製した。またプリズム部１１，１２は、第１のプリズム部１１のプリズム角度α１および第２のプリズム部１２のプリズム角度α２が、１６６度および１４０度、第１のプリズム部１１のプリズム深さｈ１および第２のプリズム部１２のプリズム深さｈ２が、約０．００６ｍｍおよび約０．００８ｍｍ、プリズムピッチｗ２が０．１ｍｍにて、交互に並べられるように作製した。また導光体２の出射面８には、Ｘ方向に延び、平均傾斜角度α３が５度の斜面からなる多数のプリズム列１６を並べるように作製した。また導光体２の背面９には、Ｙ方向に延び、平均傾斜角度α４が１４０度の斜面からなる多数のプリズム列１７を並べるように作製した。

導光体２の比較例として、導光体２の第１側部５にプリズム角度が、１４０度、１４８度、１５０度、１５２度、１６６度、１７０度、および１８０度のプリズム部のそれぞれを、１種類だけを用いて並べた導光体２を７点作製した。したがって、たとえば導光体２の第１側部５には、１７０度のプリズム角度のプリズム部がＸ方向に隣接して複数設けられる。比較例の導光体の残余の構成は、前述の実施例の導光体２の構成と同様である。

光源３は、１．５ｃｄの発光ダイオードを、４つ直列接続にて、電圧が１２．３Ｖ、および電流２０ｍＡ流れるように、並べて配置した。光源３は、隣接する光源３間のＸ方向の距離ｗ５を９ｍｍに設定した。プリズムシート４は、導光体２の出射面８側に配置され、Ｘ方向に、プリズム単位ピッチｗ４が１８μｍ、プリズム頂角α５が６８度の多数の第３のプリズム部２１を含んで構成された三菱レイヨン製プリズムシート(Ｍ１６８ＹＳ)を用いた。反射シート（図示せず）は、導光体２の背面９側に、住友３Ｍ製反射シート（ＥＳＲ)を用いた。

図４は、面発光装置１を示す平面図であって、第１の実施例の輝度測定を説明するための平面図である。前述した導光体２、光源３、プリズムシート４、反射シートを樹脂フレームとＮＩＴＴＯＤＥＮＫＯ製の遮光・反射両面接着テープ２３によってパッケージし、図４に示す面発光装置１を作製した。前述した第１の実施例および比較例の導光体２について、それぞれ面発光装置１を作製し、正面輝度を複数点にわたって測定した。正面輝度は、図４に示すように、光源３からＹ方向にｈ４＝４ｍｍ、ｈ５＝５ｍｍ、およびｈ６＝６ｍｍ離れた場所をＸ方向に０．５ｍｍ間隔の位置において、測定した。輝度測定方法については、分光輝度測定機（トプコン製ＳＲ−３Ａ）を用いて、測定角０．１度、測定距離５００ｍｍの測定条件にて、前述の各位置の輝度を測定した。

製造した導光体２を用いた輝度測定に関するグラフの一例を、図５〜図７に示す。図５は、ｈ４＝４ｍｍの場合の、輝度分布の一例を示すグラフである。図６は、ｈ５＝５ｍｍの場合の、輝度分布の一例を示すグラフである。図７は、ｈ６＝６ｍｍの場合の、輝度分布の一例を示すグラフである。図５に示すように、最も光源３に近い部分の輝度分布では、他の１つだけのプリズム部を有する比較例の導光体に比べて、実施例の導光体２では明らかに輝度分布が均一になっている。また図６および図７に示すように、実施例の導光体２では光源３から離れた部分であっても、輝度分布が均一になっている。具体的には、図５に示すグラフでは、輝度の分布のばらつきは、本実施例の導光体２（１４０度＋１６６度）では、±２０％以内((ＭＡＸ値−平均)÷平均、および(ＭＩＮ値−平均)÷平均)により算出))におさまっているが、比較例の導光体では、±３０％以上である。したがって光源３付近では明らかに、比較例によりも実施例の方が、輝度分布が一様である。換言すると、実施例の導光体２は、４つの比較例よりも光源３付近での輝度ムラを抑えることができている。

また図５に示すように、１５２度が０ｍｍの位置で上に凸の波形であり、１６６度が０ｍｍで下に凸の波形となっており、１５２度と１６６度との間に臨界角度がある。このような臨界角度に基づいて、第１のプリズム部１１のプリズム角度を臨界角度より大きい角度に設定し、第２のプリズム部１２のプリズム角度を臨界角度よりも小さい角度に設定してもよい。

次に、第２の実施例に関して説明する。本実施例では、第１のプリズム部１１のプリズム角度α１および第２のプリズム部１２のプリズム角度α２が、１６６度および１４４度とし、残余の構成は前述の第１の実施例と同様の構成となるように作製した。導光体２の比較例として、導光体２の第１側部５にプリズム角度が、１４０度および１８０度のプリズム部のそれぞれを、１種類だけを用いて並べた導光体を２点作製した。

図８は、面発光装置１を示す平面図であって、第２の実施例の輝度測定を説明するための平面図である。本実施例では、出射面８の全域の輝度測定を行った。正面輝度は、図８に示すように、導光体２の他側部の角部２２から、Ｙ方向にｈ７＝５ｍｍ、およびＸ方向にｗ６＝５ｍｍの測定位置ｐ１を基準として、Ｙ方向にｈ８＝１１．２５ｍｍ間隔、およびＸ方向にｗ７＝７．２５ｍｍ間隔の位置において測定した。図８では、各測定位置を、黒丸で示す。したがって測定位置ｐ１〜ｐ２５は、２５箇所である。測定方法および測定条件は、前述の実施例と同様である。

図９は、第２の実施例および比較例の導光体２を用いた輝度分布の一例を示すグラフである。図９に示すように、正面輝度２５点測定において、輝度の分布のばらつきは、本実施例の導光体２（１４０度＋１６６度）は、±１４％以内（（ＭＡＸ値−平均）÷平均、および（ＭＩＮ値−平均）÷平均）により算出））であり、比較例（１８０度）は、±１４％以内であり、比較例（１４０度）は±２１％以内であり、比較例（１４０度）では、光源付近での輝度上昇が顕著であることがわかる。このように１４０度のプリズム部を有する比較例では、１８０度のプリズム部を有する比較例、いわゆる無加工の比較例に比べて、光源３からの光の発散角度が大きいので、背面９に多数のプリズム列１７がある場合、プリズム列１７によって光が立ち上げられて、光源３付近の輝度（第２１測定点ｐ２１〜第２５測定点ｐ２５）が大きくなる。これによって光源３から離間して第２側部１４付近の輝度（第１測定点ｐ１〜第５測定点ｐ５）が減少する。したがって１４０度のプリズム部を有する比較例では、第１側部５側と第２側部１４側とで輝度むらが大きくなるとう欠点がある。これ対して本実施例では、１４０度のプリズム部を有する比較例に比べて、光源３から光の発散角度を広げる効果が小さく、第１側部５側と第２側部１４側とで輝度むらも小さくなる。換言すると、導光体２の第１側部５だけでなく、導光体２の出射面８の全域にわたって、輝度を一様とすることができる。また本実施例では、輝度が全域にわたって低下することなく、輝度を一様にすることができる。したがって面発光装置１に好適に用いることができる。

以上説明したように、本発明の実施の一形態の面発光装置１では、光源３と導光体２とを含んで構成される。光源３は、導光体２の第１側部５に向かって光を出射する。導光体２の第１側部５には、光源３が対向して設けられる入射領域１０を有し、入射領域１０には第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２とが設けられる。プリズム部１１，１２は、光源３から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体２の内部に導く。また第２のプリズム部１２は、第１のプリズム部１１より、発散角度が大きくなるように設定される。このような第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２とは、第１のプリズム部１１を介して導光体２の内部に導かれた光と、第２のプリズム部１２を介して導光体２の内部に導かれた光とを重ね合わせるように位置関係が設定される。これによって光源３から第１側部５に向かって出射された光は、プリズム部１１，１２を介して導光体２の内部に導かれ、第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２とを介して導光体２の内部に導かれた光を重ね合わせることができる。

このようなプリズム部１１，１２によって、導光体２の内部に導かれる光の進行方向を調整することができる。これによって導光体２の第１側部５の近傍、すなわち入射領域１０の付近であって、光源３から出射される光が進行しにくい領域、たとえば複数の光源３間の領域にも、第２のプリズム部１２によって発散角度を大きくすることによって導くことができる。また第２のプリズム部１２だけの構成では、図９に関連して説明したように、光を発散させすぎて、導光体２の第１側部５の輝度が大きくなりすぎて、導光体２の第２側部１４に向かって輝度が減少するおそれがあるが、本実施の形態では第１のプリズム部１１および第２のプリズム部１２を有するので、導光体２の第２側部１４に向かって輝度の分布を均一化することができる。これによって、入射領域１０に第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２と有するような簡単な構成の導光体２を用いることによって、導光体２の出射面８の全域にわたって均一な光を出射させることができる面発光装置１を実現することができる。

また本実施の形態では、第１のプリズム部１１のプリズム角度α１は、１５０度以上１８０度以下であり、第２のプリズム部１２のプリズム角度α２は、９０度以上１５０度以下である。このように第１のプリズム部１１と第２のプリズム部１２とプリズム角度α１，α２を設定することによって、前述したように、導光体２の出射面８の全域にわたって均一な光を出射させることができる導光体２を実現することができる。

さらに本実施の形態では、光源３は、凹部１８を有し、導光体２は、光源３の凹部１８に嵌合可能な嵌合部１９を有する。これによって導光板の第１側部５に向かって光源３を配置する場合、嵌合部１９と凹部１８とを嵌合させることによって、光源３と導光体２とを位置決めすることができる。また凹部１８と嵌合部１９とが嵌合した状態では、光源３と導光体２の第１側部５とが予め定める距離ｈ３の隙間を有する。また嵌合部１９は、プリズム部１１，１２よりも光源３側に凸となるので、プリズム部１１，１２に接触させることなく、光源３を配置することができる。これによって光源３を位置決めした場合に、プリズム部１１，１２に接触して、プリズム部１１，１２が損傷を防止することができる。したがってプリズム部１１，１２の損傷による入射光の調整不足、および光源３の損傷による入射光量の減少を防止することができ、より効果的に均一な光を導光体２の出射面８から出射させることができる。

さらに本実施の形態では、面発光装置１は、導光体２の出射面８に対向して設けられるプリズムシート４をさらに含む。プリズムシート４は、導光体２の出射面８に対向する対向面２０には、導光体２の出射面８から出射される光を、Ｚ方向に略平行になるように導く第３のプリズム部２１を有する。このような第３のプリズム部２１によって、Ｚ方向一方Ｚ１に、光を出射させることができる。これによってより均一な光をプリズムシート４から出射させることができる。これによってＺ方向一方Ｚ１側から見て、導光体２の光源３が設けられる部分の間の部分にも光を拡散させることができるので、光源３が設けられる部分と、光源３が設けられる部分の間の部分との間の輝度むらを一層抑制することができる。

さらに本実施の形態では、光源３は、発光素子６を含み、発光素子６が半導体素子と蛍光体と組み合わせて用いられるので、様々な色調の混合色を発光させることが可能となる。このような混合色をプリズム部１１，１２から光を入射させることで、混色性も良くすることができる。

さらに本実施の形態では、図３に示すように、導光体２の出射面８には、Ｘ方向に略平行に延び、平均傾斜角度α３が０．５度以上６度以下の斜面からなる多数のプリズム列１６を形成しているので、出射面８からの出射光がＺ方向に対して、６０度以上８０度以下程度の比較的大きな角度の高い指向性を有して出射させることができる。したがって、プリズムシート４の第３のプリズム部２１のプリズム頂角α５が５５度以上７０度以下程度のプリズム列２１を形成することによって、導光体２からの出射光を略Ｚ方向に効率的に変角させ、Ｚ方向の輝度を向上させることができる。

前述の実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば面発光装置１は、さらに光拡散シート、プリズムシート４を複数枚、および反射シート含んで構成されてもよい。また光源３は、点状光源に限らず、線状光源であってもよい。

また導光体２は、前述の実施の形態の形状に限ることはなく、平行平板状であり、厚み方向両側の表面が相互に平行な平面に形成してもよい。また出射面８が背面９側の表面に対して傾斜する形状である楔状、もしくは平行平板と楔とを組み合わせた形状であってもよい。また出射面８は、用途に応じて任意の形状、例えばランダムな凹凸にて構成されてもよい。また導光体２の背面９も同様に、用途に応じて任意の形状、例えば斜面が曲線からなる多数のレンズ列にて構成されてもよい。

また導光体２の第１側部５に設けられるプリズム部１１，１２は、この構成に限定されるものではなく、たとえばプリズム角度およびプリズム深さの異なる２つ以上のいわゆる切欠きプリズムをＸ方向に関してランダムに並べ、構成してもよい。

またプリズムシート４は、前述の実施の形態の構成に限定されるものではなく、少なくとも一方の面に多数のレンズ単位が平行に形成されたレンズ面を有し、その形状は、目的に応じて種々の形状のものが使用され、たとえば、プリズム形状、レンチキュラーレンズ形状、波型形状の構成であるレンズシートなどであってもよい。

また導光体２は、反射層とを含むように構成してもい。反射層は、第１側部５および出射面８を除く残余の端面に形成される。反射層は、入射する光に対して、ほぼ１．０に近い反射率を有するように形成される。反射層の材料としては、光反射性が高く、反射率が１．０に近い材料が用いられ、このような材料としては、たとえば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。反射層は、たとえば反射率が１．０に近い薄膜によって実現される。このような反射層を設けることによって、出射面８を除く残余の面から、光を不所望に出射することを防ぐことができる。

本発明の実施の一形態の面発光装置１を簡略化して示す斜視図である。 面発光装置１の一部を拡大して示す平面図である。 面発光装置１の一部を拡大して示す正面図である。 面発光装置１を示す平面図であって、第１の実施例の輝度測定を説明するための平面図である。 第１の実施例におけるｈ４＝４ｍｍの場合の、輝度分布の一例を示すグラフである。 第１の実施例におけるｈ５＝５ｍｍの場合の、輝度分布の一例を示すグラフである。 第１の実施例におけるｈ６＝６ｍｍの場合の、輝度分布の一例を示すグラフである。 面発光装置１を示す平面図であって、第２の実施例の輝度測定を説明するための平面図である。 第２の実施例および比較例の導光体２を用いた輝度分布の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ 面発光装置
２ 導光体
３ 光源
４ プリズムシート
５ 第１側部
６ 発光素子
７ 支持部
８ 出射面
１０ 入射領域
１１ 第１のプリズム部
１２ 第２のプリズム部
１８ 凹部
１９ 嵌合部
２１ 第３のプリズム部

Claims (6)

1. 一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体であって、
   一側部には、光源が対向して設けられる入射領域を有し、
   入射領域には、
   光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第１のプリズム部と、
   光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第２のプリズム部であって、前記第１のプリズム部より、前記発散角度が大きい第２のプリズム部とを有し、
   前記第１のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光と、前記第２のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光とを重ね合わせることを特徴とする導光体。
2. 前記第１のプリズム部および第２のプリズム部は、一側部から他側部に向かって凹となり、厚み方向外方から見て、略三角形状に形成され、
   前記第１のプリズム部の頂部の角度は、１５０度以上１８０度以下であり、
   前記第２のプリズム部の頂部の角度は、９０度以上１５０度以下であることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 一側部の前記入射領域を除く残余の領域には、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも光源側に凸となる嵌合部を有することを特徴とする請求項１または２記載の導光体。
4. 光を出射する光源と、光源から出射される光が一側部から入射され、一側部から入射される光を拡散させて、少なくとも一方の主面から出射する導光体とを含む面発光装置であって、
   前記光源は、導光体の一側部に向かって光を出射し、
   前記導光体は、
   一側部に光源が対向して設けられる入射領域を有し、
   入射領域には、
   光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第１のプリズム部と、
   光源から出射される光の発散角度を変化させて、変化させた光を導光体の内部に導く第２のプリズム部であって、前記第１のプリズム部より、前記発散角度が大きい第２のプリズム部とを有し、
   前記第１のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光と、前記第２のプリズム部を介して導光体の内部に導かれた光とを重ね合わせることを特徴とする面発光装置。
5. 前記光源は、光が出射する出射方向とは反対の反対方向に凹となる凹部を有し、
   前記導光体は、一側部の前記入射領域を除く残余の領域には、第１のプリズム部および第２のプリズム部よりも前記反対方向に凸となり、前記凹部に嵌合可能な嵌合部を有し、
   前記凹部と嵌合部とが嵌合した状態では、光源と導光体の一側部とが予め定める距離の隙間を有することを特徴とする請求項４に記載の面発光装置。
6. 導光体の一方の主面に対向して設けられるプリズムシートをさらに含み、
   前記プリズムシートは、導光体の一方の主面に対向する対向面には、導光体の一方の主面から出射される光を、導光体の厚み方向に略平行になるように導く第３のプリズム部を有することを特徴とする請求項４または５記載の面発光装置。

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