(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な構成により、輝度ムラ及び色ムラが効果的に抑制され得ると共に、全体が薄型に構成され得るようにした直下型の面光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】  所定間隔で基板１１上に配置された複数個の発光素子１２と、これらの発光素子の上方に配置された導光体１３と、を含んでおり、上記導光体の上面１３ａが、少なくとも発光素子の一つの配列方向の断面にて、各発光素子の直上で最も低く、そして各発光素子の間の領域で上方に向かって弓形に突出するように湾曲しており、上記最も低い部分１３ｂが、上記断面にて、各発光素子の直上に位置すると共に、これら間の弓形の湾曲部分が、上記最も低い部分から離れるにつれて傾斜角が小さくなるように、且つ何れの部分においても対応する発光素子からの光を全反射させるように形成されるように、面光源装置１０を構成する。【選択図】        図１
2008123754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で基板上に配置された複数個の発光素子と、これらの発光素子の上方に配置された導光体と、を含んでおり、
上記導光体の上面が、少なくとも発光素子の一つの配列方向の断面にて、各発光素子の直上で最も低く、そして各発光素子の間の領域で上方に向かって弓形に突出するように湾曲しており、
上記最も低い部分が、上記断面にて、各発光素子の直上に位置すると共に、これら間の弓形の湾曲部分が、上記最も低い部分から離れるにつれて傾斜角が小さくなるように、且つ何れの部分においても対応する発光素子からの光を全反射させるように形成されている、
ことを特徴とする、面光源装置。
【請求項２】
上記導光体の上面の弓形の湾曲部分が、何れの部分においても、対応する発光素子からの光をほぼ臨界条件にて全反射させるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各発光素子の間の領域に凹凸形状を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項４】
上記発光素子が、複数種類の発光色の発光素子であることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の面光源装置。
【請求項５】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各発光素子に対応する領域に、ほぼ逆Ｖ字形の溝を備えていることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の面光源装置。
【請求項６】
上記導光体が、上記断面形状を有する押出形状を備えていることを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の面光源装置。
【請求項７】
上記導光体の上方に、光拡散または光集束等の光束制御を行なう光学部材を備えていることを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載の面光源装置。
【請求項８】
上記基板が、発光素子の実装部を除く上面に、拡散反射部材を備えていることを特徴とする、請求項１から７の何れかに記載の面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂直下型の面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネル等の透過性の表示物は、明るい画面を得るために、多くの場合、背面から面光源装置によって照明されている。特にパーソナルコンピュータやテレビモニタに使用されるカラー液晶パネルの場合には、駆動回路により開口率が制約を受け、さらにカラーフィルタにより光透過率が低下する。このため、面光源装置による所謂バック照明が必須となる。
【０００３】
ところで、背面からバック照明を行なう面光源装置は、その光源の配置により、サイドエッジ型と直下型とがある。特に、２０インチ以上の大型テレビといったような大型表示物をバック照明する面光源装置は、導光板が不要で、内部を中空に構成して、軽量化を図ることができる。このため、直下型が使用されることが多い。
【０００４】
このような直下型の面光源装置において、例えばＲＧＢ（赤，緑及び青）等の多色のＬＥＤを使用して、これら各色のＬＥＤからの光を混色して白色を得るためには、光拡散部材を使用したり、ＬＥＤ自体に備えられたレンズにより出射光束を側方に向ける等の手法が採られている。
【０００５】
例えば、特許文献１によれば、バック照明すべき液晶パネルの裏面に所定間隔で配置された多数個のＬＥＤを有する光源ユニットと、この光源ユニットと液晶パネルとの間に配置れた光拡散プレートから構成されており、この光拡散プレートが、個々のＬＥＤと対向して、その外径よりも大きく且つ縦長の光反射性インクから成る調光パターンを備えるようにした、バックライト装置が開示されている。
【０００６】
このような構成のバックライト装置によれば、光源ユニットの各ＬＥＤから出射した光のうち、比較的大きな出射角で出射した光は、光拡散プレートの調光パターン以外の領域に入射し、拡散しながら透過して、外部に出射することになる。
これに対して、比較的小さな出射角で出射した光は、光拡散プレートの対応する調光パターンで反射し、光源ユニットの表面で再び反射して、一部が光拡散プレートの調光パターン以外の領域から拡散しながら透過して、外部に出射する。
【０００７】
従って、各ＬＥＤから出射した光は、比較的小さな出射角で出射した明るい光が、光拡散プレートの調光パターンを透過せずに反射する。このため、全体がほぼ均一な輝度になり、その周りに配置されたＬＥＤからの光と良好に混色されることになる。
これにより、光拡散プレートの表面全体にて、輝度及び色が均一になり、所謂輝度ムラや色ムラが抑制され得ることになる。
【０００８】
また、例えば特許文献２によれば、表面に光反射面を有するリフレクタと、このリフレクタの光反射面上に均一に分散配置された透光性円筒体から成る複数の導光体と、この導光体内に設けられた三色発光のサイドエミッタタイプのＬＥＤと、から成るバックライト装置が開示されている。
【０００９】
このような構成のバックライト装置によれば、サイドエミッタタイプのＬＥＤがレンズの頂部に全反射面を備えていることにより、各ＬＥＤから実質的に直上に進む光が全反射面により反射して、側方から出射することになる。
これにより、各ＬＥＤから直上に進む光が低減され、側方に出射される光が増大し、且つ光路長が長くなることにより、混色が良好になる。このため、各ＬＥＤの直上領域における色ムラや輝度ムラが抑制され得ることになる。
【特許文献１】特開２００６−０５８４８１号
【特許文献２】特開２００５−３３９８２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１によるバックライト装置においては、ＬＥＤ直上とそれ以外の部分で拡散の度合いを変化させる等の調整が必要であり、また使用するＬＥＤに関して、指向特性や発光強度が製品毎に異なることから、拡散度分布を最適化するために、調光パターンの濃度や分布を設定する必要がある。従って、このような設定作業が煩雑であり、コストが高くなってしまう。また、従来の面光源装置と比較して、調光パターンを製造するための工程が必要になり、工数が多くなり、製造コストが高くなってしまう。
【００１１】
これに対して、特許文献２によるバックライト装置においては、サイドエミッタタイプのＬＥＤの指向特性をそのまま利用して、光を側方に取り出しているだけであって、拡散板等の拡散度合い分布の最適化が必要であるが、その後の混色については、特に考慮されていない。また、サイドエミッタタイプとはいっても、直上の中心軸方向に沿って、レンズ頂面で全反射しない光が洩れてしまう。従って、色ムラが発生してしまうことになる。
さらに、サイドエミッタタイプのＬＥＤは、複雑なレンズ形状を有していることから、工数が多くなり、コストが増大してしまうことになる。
【００１２】
さらに、これらのバックライト装置においては、色ムラをできるだけ低減するためには、光源であるＬＥＤから出射面までの光路長をできるだけ長くすることにより、十分な混色が行なわれ得るが、光路長を長くすると、ＬＥＤの実装位置から出射面までの距離が長くなり、面光源装置全体が厚くなるため、薄型化の要請に反することになる。
【００１３】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、輝度ムラ及び色ムラが効果的に抑制され得て、全体が薄型に構成され得るようにした直下型の面光源装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、本発明によれば、所定間隔で基板上に配置された複数個の発光素子と、これらの発光素子の上方に配置された導光体と、を含んでおり、上記導光体の上面が、少なくとも発光素子の一つの配列方向の断面にて、各発光素子の直上で最も低く、そして各発光素子の間の領域で上方に向かって弓形に突出するように湾曲しており、上記最も低い部分が、上記断面にて、各発光素子の直上に位置すると共に、これら間の弓形の湾曲部分が、上記最も低い部分から離れるにつれて傾斜角が小さくなるように、且つ何れの部分においても対応する発光素子からの光を全反射させるように形成されている、ことを特徴とする、面光源装置により、達成される。
【００１５】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記導光体の上面の弓形の湾曲部分が、何れの部分においても、対応する発光素子からの光をほぼ臨界条件にて全反射させるように形成されている。
【００１６】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記導光体の下面が、上記断面にて、各発光素子の間の領域に凹凸形状を備えている。
【００１７】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記発光素子が、複数種類の発光色の発光素子である。
【００１８】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記導光体の下面が、上記断面にて、各発光素子に対応する領域に、ほぼ逆Ｖ字形の溝を備えている。
【００１９】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記導光体が、上記断面形状を有する押出形状を備えている。
【００２０】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記導光体の上方に、光拡散または光集束等の光束制御を行なう光学部材を備えている。
【００２１】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記基板が、発光素子の実装部を除く上面に、拡散反射部材を備えている。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成によれば、各発光素子から出射した光が、上記少なくとも発光素子の一つの配列方向に関して、上記導光体内に入射する。これらの光は、上記導光体の隣接する最も低い部分との間の弓形の湾曲部分の内面で全反射し、側方に向かって進むことになる。
その後、これらの光は、上記導光体内で反射を繰り返すことにより、その上面から上方に向かって出射することになる。
【００２３】
この場合、各発光素子から直上方向に出射した光は、上記導光体の最も低い部分に入射し、そのまま上方に洩れてしまうようなことなく、その内面で両側に全反射することになる。従って、各発光素子から直上方向に出射した光が、そのまま上方に出射してしまうようなことはない。
【００２４】
これにより、各発光素子から出射した光が上記導光体の上面から出射するまでの光路長が十分に長くなる。このため、各発光素子からの光が互いに十分に混色されることになり、上記導光体の上面における輝度ムラが抑制され得ることになる。
従って、各発光素子の配列方向に関して、より均一な輝度分布が得られることになる。
【００２５】
上記導光体の上面の弓形の湾曲部分が、何れの部分においても、対応する発光素子からの光をほぼ臨界条件にて全反射させるように形成されている場合には、各発光素子から出射して上記導光体の上面の弓形の湾曲部分に入射した光が、確実に全反射され、側方に進むことになる。
【００２６】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各発光素子の間の領域に凹凸形状を備えている場合には、上記導光体の上面の弓形の湾曲部分で全反射した光が、その後上記導光体の下面に入射したとき、この凹凸形状に基づいて乱反射し、拡散することになる。従って、上記導光体の上面から上方に出射する光がより良好に拡散されることになり、輝度ムラがより一層低減され得ることになる。
【００２７】
上記発光素子が、複数種類の発光色の発光素子である場合には、各発光色の発光素子から出射した光が、上記導光体の上面の弓形の湾曲部分で全反射して、比較的長い光路を通って、上記導光体の上面から上方に出射する。このため、互いに十分に混色されることになり、色ムラがより良好に低減され得ることになる。  従って、例えば赤，緑及び青の三色の発光素子を使用する場合、色ムラのない白色の面光源が得られることになる。
【００２８】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各発光素子に対応する領域に、ほぼ逆Ｖ字形の溝を備えている場合には、上記導光体を各発光素子が配置された基板上に載置したとき、各発光素子がこれらの溝内に収容され得る。これになり、各発光素子に対する上記導光体の高さ調整が容易に行なわれ得、組立が容易になる。
また、逆Ｖ字形の形状により、隣接する他の発光素子から横方向に進んで、この溝の内面に入射する光が、全反射して上方に進むことになる。従って、各発光素子から直上に進む光のうち、上記導光体の最も低い部分の頂点を通って直接上方に進む僅かな光があったとしても、隣接する他の発光素子からの光が混入することにより、色ムラの発生が抑制され得ることになる。
【００２９】
上記導光体が、上記断面形状を有する押出形状を備えている場合には、上記導光体が押出成形により、低コストで容易に成形され得ることになる。
【００３０】
上記導光体の上方に、光拡散または光集束等の光束制御を行なう光学部材を備えている場合には、各発光素子から上記導光体内に入射し、その後上記導光体の上面から上方に出射する光が、上記光学部材により光束制御される。これにより、拡散あるいは集束され、輝度ムラ及び色ムラが低減されることにより、より均一な輝度分布及び色分布が得られることになる。
【００３１】
上記基板が、発光素子の実装部を除く上面に、拡散反射部材を備えている場合には、上記導光体の上面で反射した後、その下面を透過した光が、この拡散反射部材により拡散・反射して再び導光体内に入射する。このため、発光素子から出射した光の利用効率が向上し、より明るい照射光が得られることになる。
【００３２】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、輝度ムラ及び色ムラが効果的に抑制され得るようにした直下型の面光源装置が得られることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図８を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３４】
図１は、本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示している。
図１において、面光源装置１０は、平坦な基板１１と、この基板１１上にて互いに直交する二方向にそれぞれ所定間隔で、即ちマトリックス状に配置された複数個の発光素子としてのＬＥＤ１２と、この基板１１の上方に配置された導光体１３と、さらにこの導光体１３の上方に配置された拡散板１４及びプリズムシート１５と、上記基板１１の表面に配置された拡散反射フィルム１６と、これら基板１１及び導光体１３を収容するケース１７と、から構成されている。
【００３５】
上記基板１１は、公知の構成のプリント配線基板であって、その上面に各ＬＥＤ１２に対する給電用の導電パターン（図示せず）が形成されている。また、各ＬＥＤ１２の実装部（図示せず）を除いて拡散反射フィルム１６により覆われている。
ここで、上記実装部は、図示の場合、基板１１の表面にて、互いに垂直な二方向に関してそれぞれ所定間隔で配置されている。
【００３６】
上記ＬＥＤ１２は、公知の構成のＬＥＤであって、この場合、複数色、例えば光の三原色即ち赤色，緑色及び青色の発光色のＬＥＤが、同じ発光色のものが隣接しないように、分散配置されるようになっている。
上記各ＬＥＤ１２は、上記基板１１の実装部に対してそれぞれ実装され、それぞれ導電パターンを介して給電されることにより、駆動・発光する。
これにより、各ＬＥＤ１２の発光中心が、上述した二方向に関してそれぞれ互いに所定間隔で並ぶようになっている。
【００３７】
上記導光体１３は、透光性材料、即ち上記各発光色のＬＥＤ１２からの光に対して透明性を有する材料から構成されている。
上記導光体１３は、図２に詳細に示すように、その上面が、上記ＬＥＤ１２の一つの配列方向に関する断面にて、ＬＥＤ１２の配列間隔に等しいピッチで、この方向に連続して形成された弓形の湾曲形状１３ａを有しており、この形状が上記ＬＥＤ１２のもう一つの配列方向に続いている。従って、上記導光体１３の上面は、複数の横に並んだかまぼこ形状を有していることになる。
【００３８】
ここで、上記湾曲形状１３ａは、その最も低い部分１３ｂが、上記基板１１上に配置された各ＬＥＤ１２の光軸と一致するようになっている。
これにより、上記湾曲形状１３ａは、隣接するＬＥＤ１２の間の領域に対応して上方に向かって凸状に突出することになる。
上記湾曲形状１３ａは、上記断面にて、対応するＬＥＤ１２から出射して当該導光体１３内に入射した光が、この湾曲形状１３ａの内面にてすべて全反射するように形成されている。
【００３９】
即ち、各ＬＥＤ１２から任意の出射角で出射する光は、上記導光体１３内に入射した後、その上面である上記湾曲形状１３ａの内面に対して、臨界角以上の入射角で入射し、全反射するようになっている。
これにより、上記湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂは、上方に向かって広がるＶ字形に形成されている。
【００４０】
上記導光体１３は、その下面にて、各ＬＥＤ１２に対応する位置に、上方に向かって凸状の溝１３ｃを備えている。
この溝１３ｃは、上記基板１１上に配置された各ＬＥＤ１２を収容するようにＬＥＤ１２より広い幅を有しており、図２にて紙面に垂直な方向に連続的である必要はなく、この方向に並んだＬＥＤ１２に対応する位置にのみ設けられていればよいが、導光体１３が押し出し成形により形成される場合には、この方向に連続的に形成されることになる。
尚、この溝１３ｃは、ＬＥＤ１２からの光を拡散させるような形状が望ましく、図示の場合には、逆Ｖ字形に形成されており、その頂角は、側方から入射する光を上方に向かって全反射させるように選定されている。
【００４１】
さらに、上記導光体１３は、その下面にて、上述した逆Ｖ字溝１３ｃの領域を除いて、凹凸形状１３ｄを備えている。
この凹凸形状１３ｄは、図２にて、紙面に垂直な方向に延びている複数の所定間隔で並んだ畝状に形成されており、個々の畝は、比較的小さく、図示の場合には、各ＬＥＤ１２の間にて５個の畝が配置されるようになっている。
これにより、上記導光体１３の内部から下面に入射した光は、一部が、これらの凹凸形状１３ｄの形状に基づいて、拡散して反射されるようになっている。
【００４２】
上記拡散板１４は、公知の構成であって、例えば透光性材料から形成されており、その表面に形成された凹凸形状等により、または、透光材料を基材とし、屈折率の異なる粒子を混練させて形成されており、その機材と粒子の境界にて生じる全反射や屈折により、入射光を透過させ、透過の際に拡散させるように構成されている。
【００４３】
上記プリズムシート１５は、公知の構成であって、透光性材料から構成されており、その上面に例えば上記ＬＥＤ１２の配列方向に沿って延びる多数の微小プリズム（図示せず）を備えている。また、下面は平坦に形成されており、上記拡散板１４の表面に載置され、または貼着されている。
【００４４】
上記拡散反射フィルム１６は、公知の構成であって、例えば光学用途樹脂に微小空孔や酸化チタンなどの拡散材を添加した樹脂フィルム等から構成されており、入射光を反射する。また、反射の際に拡散させるように構成されており、上記基板１１の表面のＬＥＤ実装部を除く領域に載置され、または貼着されている。
【００４５】
上記ケース１７は、図３に示すように、上方が開放した扁平な直方体状に形成されており、内部の底面付近に、上記基板１１が収容される。また、さらに、この基板１１の上から上記導光体１３が収容されるようになっている。
その際、上記ケース１７の周壁が、上記基板１１及び上記導光体１３の周縁を規制することにより、これらの基板１１及び導光体１３を位置決めするようになっている。
【００４６】
本発明実施形態による面光源装置１０は、以上のように構成されており、組立の際には、上記ケース１７内に順次に基板１１そして導光体１３が収容される。  これにより、上記基板１１そして導光体１３は、その周縁が上記ケース１７の周壁により規制され、位置決めされる。従って、上記導光体１３は、その最も低い部分１３ｂが、上記基板１１上に配置された各ＬＥＤ１２の中心軸付近に正確に位置決めされることになり、組立が容易に行なわれ得ることになる。
【００４７】
このようにして組み立てられた面光源装置１０において、外部から上記基板１１上の導電パターンを介して、各ＬＥＤ１２に対して駆動電圧が印加されると、各ＬＥＤ１２が駆動されて発光する。各ＬＥＤ１２から出射した光は、上記導光体１３の対応する逆Ｖ字溝１３ｃから上記導光体１３内に入射し、さらに上記導光体１３の上面である湾曲形状１３ａの内面に入射する。
【００４８】
ここで、上記湾曲形状１３ａは、対応するＬＥＤ１２からの光を、その出射角にかかわらず、すべて全反射するように形成されている。このため、各ＬＥＤ１２からの光は、図１にて矢印で示すように、上記湾曲形状１３ａで全反射し、ほぼ側方に向かって進むことになる。
上記湾曲形状１３ａで反射した光は、その一部が上記導光体１３の下面の凹凸形状１３ｄに入射し、その一部が反射・拡散する。また、他の一部が、上記凹凸形状１３ｄを透過して、その下方に位置する拡散反射フィルム１６で反射・拡散し、再び上記導光体１３内に入射する。
このようにして、上記導光体１３内に入射した光は、当該ＬＥＤ１２から両側に拡散された状態にて、上記導光体１３の上面から出射し、上記拡散板１４により拡散され、そして上記プリズムシート１５の各微小プリズム１５ａにより例えば上記ＬＥＤ１２の一つの配列方向に関して指向特性を制御されて、上方に向かって出射することになる。
【００４９】
このようにして、各ＬＥＤ１２から出射した光は、上記湾曲形状１３ａにより、全体として両側に向かって反射することになり、隣接するＬＥＤ１２からの光と良好に混色され得ることになる。
従って、面光源装置１０は、例えば図４に示すように、全体として輝度ムラの少ない輝度分布の照射光を出射することになる。
その際、各発光色のＬＥＤ１２からの各色の光は、隣接するＬＥＤ１２からの異なる色の光と、十分に混色されるので、色ムラの少ない照射光が得られることになる。
【００５０】
ところで、各ＬＥＤ１２から直上に出射する光は、上記湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂに入射し、両側に全反射されることになる。従って、各ＬＥＤ１２の直上における外部への照射光の輝度がスポット的に高くなってしまうようなことはない。
【００５１】
尚、各ＬＥＤ１２から直上に出射する光のうち、上記湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂの尖端に入射する光は、全反射せずに、そのまま上記導光体１３を上方に透過することになる。
これに対して、隣接するＬＥＤ１２から全体として当該ＬＥＤ１２に向かって側方に反射した光が、上記導光対１３の当該ＬＥＤ１２に対応する逆Ｖ字溝１３ｃの内面に入射し、全反射して上方に向かって進むことにより、同様に上記湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂの尖端を透過することになる。
従って、上記湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂの尖端を透過する光は、当該ＬＥＤ１２からの光に対して、隣接するＬＥＤ１２からの光が加えられることになる。このため、当該ＬＥＤ１２と隣接するＬＥＤ１２からの光が互いに混色されることになる。
これにより、上記湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂの尖端を透過する光は、微量であることから、輝度ムラが発生するようなことはなく、また混色光であることから、スポット的な色ムラが発生するようなこともない。
【００５２】
次に、上記導光体１３の湾曲形状１３ａについて、その形状を具体的に説明する。
図５に示すように、ＬＥＤ１２の発光中心（光源）をｘｙ座標の原点とし、この光源が便宜的に導光体１３の媒質内に在るものとして、上記導光体１３内へに入射時の反射及び屈折を考慮しない。
このような条件で、光源から出射角φで出射した光は、上記導光体１３の湾曲形状（以下、レンズ面という）１３ａの内面に対して、入射角θで入射し、全反射するものとする。ここで、αをレンズ面とｘ軸がなす角，βをレンズ面と入射光線のなす角，γを入射光線とｙ軸のなす角，ｎを導光体１３の構成材料の屈折率とする。尚、入射角θは、臨界角θ0 以上の角度とする。
出射角φにおける上記導光体１３の湾曲形状１３ａの内面への入射点（ｘ，ｙ）の軌跡を求める。まず、
【数１】
2008123754.tif 000003
【数２】
2008123754.tif 000004
【数３】
2008123754.tif 000005
から、角度αは、上記三つの式から
【数４】
2008123754.tif 000006
となる。従って、点（ｘ，ｙ）における湾曲形状１３ａの微係数は、
【数５】
2008123754.tif 000007
となる。
【００５３】
ここで、この微分方程式を、初期条件として始点（０，７）を与えて解くと、光源からの光が、常にレンズ面に対して入射角θで入射し、全反射するようなレンズ面の形状が得られることになる。
θをパラメータとしたときのレンズ面の形状は、図６に示すようになる。これにより、θが小さくなるほど、レンズ面の高さが低くなることが分かる。
ここで、θは、
【数６】
2008123754.tif 000008
で与えられる臨界角θ0 より大きくなければならない。
【００５４】
例えば導光体１３がアクリル樹脂から成る場合、その屈折率ｎは１．４９であり、臨界角θ0 は、４２．１６度となる。導光体１３の湾曲形状１３ａの加工精度，基板１１上のＬＥＤ１２に対する組み付け誤差等を考慮して、θ＝４５度とすればよい。
【００５５】
さらに、ＬＥＤ１２は、発光部がある程度の大きさ及び高さを有していることから、発光中心から外れた光が、上記導光体１３の湾曲形状１３ａで必ずしも全反射しなくなり、上記導光体１３を透過して外部に出射してしまう可能性がある。
このため、図７に示すように、ＬＥＤ１２の発光面１２ａの大きさをＤとし、発光面１２ａの端縁１２ｂ（高さＨ）を基準として、前述したように点（ｘ，ｙ）の軌跡を求めればよい。これにより、光源であるＬＥＤ１２の発光面１２ａから出射する光は、上記導光体１３の湾曲形状１３ａに対して、前述した入射角θまたはそれより大きな入射角度で入射することになり、確実に全反射することになる。
【００５６】
また、ＬＥＤ１２から直上に出射する光を確実に全反射するためには、上記導光体１３の湾曲形状１３ａの最も低い部分１３ｂの尖端は、その頂角が、図８に示すように、上記臨界角θ0 を考慮して、（π−２θ0 ）より小さくなければならない。
従って、前述のように、屈折率が１．４９（アクリル樹脂）の場合には、臨界角θ0 が４２．１６度であることから、上記頂角は、９５．６８度以下である必要があり、θ＝４５度の設定の場合、頂角は９０度に設定すればよい。
さらに、上記逆Ｖ字溝１３ｃは、頂角が９０度に選定される。
【００５７】
尚、式５の微分方程式を解く際に、初期条件として、ＬＥＤ１２の発光中心の直上に始点を設定したが、この始点を低く（ｙ値を小さく）設定することにより、上記導光体１３がさらに薄型に構成され得ることになる。
ただし、始点を低くすることによって、上記導光体１３の最も低い部分１３ｂも低くなり、成形が難しくなる。このため、この部分１３ｂが少なくとも２ｍｍ程度の肉厚を有するように、始点が設定されなければならない。
【００５８】
このようにして、本発明実施形態による面光源装置１０によれば、各ＬＥＤ１２から出射した光は、上記導光体１３の湾曲部分１３ａで全反射して、両側に導かれることになり、さらに隣接するＬＥＤ１２からの光の十分に混色され得る。従って、このような混色後に、上記導光体１３の湾曲部分１３ａを透過して上方に出射する照射光は、輝度ムラ及び色ムラが良好に抑制され得る。このため、全体として輝度ムラ及び色ムラのない均一な照射光が得られることになる。
【００５９】
上述した実施形態においては、三色の発光色のＬＥＤ１２が使用されているが、これに限らず、二色または単色のＬＥＤ１２が使用されてもよい。
また、上述した実施形態においては、発光素子として、ＬＥＤ１２が使用されているが、これに限らず、他の種類の発光素子が使用されていても、本発明を適用し得ることは明らかである。
【００６０】
さらに、上述した実施形態においては、上記導光体１３の上方に拡散板１５及びプリズムシート１６が配置され、また上記基板１１上に拡散反射フィルム１７が配置されているが、これに限らず、これらの拡散板１５，プリズムシート１６及び拡散反射フィルム１７は、使用条件によっては適宜に省略されてもよい。
また、上述した実施形態においては、ＬＥＤ１２は、互いに垂直な二方向にそれぞれ所定間隔で配列されているが、これに限らず、垂直でない二方向にそれぞれ所定間隔で配列されていてもよい。
さらに、上述した実施形態においては、ＬＥＤの一つの配列方向に関してのみ、湾曲形状１３ａを有しているが、これに限らず、双方の配列方向に関して、湾曲形状１３ａを有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明による面光源装置は、例えば液晶パネル等のバックライトや、透明フィルム等に印刷された看板等を背面から照明するためのフラット照明、あるいは各種機器におけるライン光源として利用することができる。
【００６２】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、輝度ムラ及び色ムラが効果的に抑制され得て、全体が薄型に構成され得るようにした直下型の面光源装置が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による面光源装置の一実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の面光源装置の要部を示す部分拡大断面図である。
【図３】図１の面光源装置における基板に対する導光体の組み付けを示す概略斜視図である。
【図４】図１の面光源装置による照射光の輝度分布を示すグラフである。
【図５】図１の面光源装置における導光体の湾曲形状上の点における点光源からの光の全反射を示すグラフである。
【図６】図１の面光源装置における全反射角θをパラメータとする湾曲形状の設計例を示すグラフである。
【図７】図１の面光源装置における面光源の場合の導光体の湾曲形状の基準を示す概略図である。
【図８】図１の面光源装置における導光体の湾曲形状の最も低い部分の尖端付近における全反射を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０    面光源装置
１１    基板
１２    ＬＥＤ（発光素子）
１３    導光体
１３ａ  湾曲形状
１３ｂ  最も低い部分
１３ｃ  逆Ｖ字溝
１３ｄ  凹凸形状
１４    拡散板
１５    プリズムシート
１６    拡散反射フィルム
１７    ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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