(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な構成により、輝度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上に互いに平行に配置された複数個の線状光源１２と、これらの線状光源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、線状光源１２の長手方向に垂直な断面にて、各線状光源の直上で最も低く、そして各線状光源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、各線状光源の直上に位置すると共に、これらの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線状光源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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で基板上に互いにほぼ平行に配置された複数個の線状光源と、これらの線状光源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、上記線状光源の長手方向に垂直な断面にて、各線状光源の直上で最も低く、そして各線状光源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、各線状光源の直上に位置すると共に、これらの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線状光源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、対応する線状光源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、各線状光源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】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各線状光源に対応する領域に、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３の何れかに記載の面光源装置。
【請求項５】
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４の何れかに記載の面光源装置。
【請求項６】
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５の何れかに記載の面光源装置。
【請求項７】
上記基板が、線状光源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６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。直下型は、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、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、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さ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、各ＬＥＤから出射した光は、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。
【００１０】
これに対して、特許文献３には、輝度ムラ及び色ムラが効果的に抑制され得る面光源装置が開示されている。
この面光源装置１は、図１０〜図１２に示すように、平坦な基板２と、この基板２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ＬＥＤ３と、この基板２の上方に配置された導光体４と、さらにこの導光体４の上方に配置された拡散板５及びプリズムシート６と、上記基板２の表面に配置された拡散反射フィルム７と、これら基板２及び導光体４を収容するケース８と、から構成されている。
【００１１】
上記基板２は、公知の構成のプリント配線基板であって、各ＬＥＤ３の実装部（図示せず）を除いて拡散反射フィルム７により覆われている。
上記ＬＥＤ３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ＬＥＤ３Ｒ，３Ｇ及び３Ｂ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。
【００１２】
上記導光体４は、透光性材料、即ち上記各発光色のＬＥＤ３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４は、図１１に詳細に示すように、その上面が、上記ＬＥＤ３の一つの配列方向に関する断面にて、ＬＥＤ３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４ａを有しており、この形状が上記ＬＥＤ３のもう一つの配列方向に続いている。
【００１３】
ここで、上記湾曲形状４ａは、その最も低い部分４ｂが、上記基板２上に配置された各ＬＥＤ３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４ａは、隣接するＬＥＤ３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４ａは、上記断面にて、対応するＬＥＤ３から出射して当該導光体４内に入射した光が、この湾曲形状４ａの内面にてすべて全反射するように形成されている。
【００１４】
上記導光体４は、その下面にて、各ＬＥＤ３に対応する位置に、上方に向かって凸状の溝４ｃを備えている。
この溝４ｃは、上記基板２上に配置された各ＬＥＤ３を収容するようにＬＥＤ３より広い幅を有しており、図１１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ＬＥＤ３に対応する位置にのみ設けられていればよいが、導光体４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。
【００１５】
さらに、上記導光体４は、その下面にて、上述した溝４ｃの領域を除いて、凹凸形状４ｄを備えている。
この凹凸形状４ｄは、図１１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ＬＥＤ３の間にて５個の畝が配置されるようになっている。
【００１６】
上記ケース８は、図１２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２が収容される。
また、上記ケース８は、さらに、この基板２の上から上記導光体４が収容されるようになっている。
【００１７】
このような構成の面光源装置１によれば、各ＬＥＤ３から出射した光は、上記導光体４の対応する溝４ｃから上記導光体４内に入射し、さらに上記導光体４の上面である湾曲形状４ａの内面に入射する。
【００１８】
ここで、上記湾曲形状４ａは、対応するＬＥＤ３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ＬＥＤ３からの光は、図１０にて矢印で示すように、上記湾曲形状４ａ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４ａで反射した光は、その一部が上記導光体４の下面の凹凸形状４ｄに入射し、その一部が反射・拡散する。また、他の一部の光が、上記凹凸形状４ｄを透過して、その下方に位置する拡散反射フィルム７で反射・拡散し、再び上記導光体４内に入射する。
このようにして、上記導光体４内に入射した光は、当該ＬＥＤ３から両側に拡散された状態にて、上記導光体４の上面から出射し、上記拡散板５により拡散され、そして上記プリズムシート６の各微小プリズムにより例えば上記ＬＥＤ３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。
【００１９】
このようにして、各ＬＥＤ３から出射した光は、上記湾曲形状４ａ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ＬＥＤ３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１は、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ＬＥＤ３からの各色の光は、隣接するＬＥＤ３からの異なる色の光と、十分に混色される。これにより、色ムラの少ない照射光が得られることになる。
【特許文献１】特開２００６−０５８４８１号
【特許文献２】特開２００５−３３９８２２号
【特許文献３】特願２００６−３０４３０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
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。
【００２１】
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。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。
【００２２】
これに対して、特許文献３による面光源装置１においては、光源としてＬＥＤ１２等の発光素子が使用され、このような点光源がドットマトリックス状に配置されている。このため、発光素子の一つの配列方向に関しては、導光体４の湾曲形状４ａに基づいて、照度ムラが低減されるようになっている。
しかしながら、この配列方向に直交する配列方向に関しては、点光源が等間隔に配置されることになる。このため、互いに隣接する点光源の間の領域では、照度が低下する。これにより、照度ムラが低下してしまうことになる。
【００２３】
また、上記一つの配列方向に関しても、図１２にて符号Ｘで示すように、ＬＥＤ３の二つの配列方向にて互いに隣接する四つのＬＥＤ３の対角線の交点付近では、各ＬＥＤ３からの距離が長くなり、照度が低下することになる。
従って、特許文献３による面光源装置１においては、ＬＥＤ３の何れの配列方向に関しても、照度ムラが生ずることになってしまう。
【００２４】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、輝度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】
【００２５】
上記目的は、本発明によれば、所定間隔で基板上に互いにほぼ平行に配置された複数個の線状光源と、これらの線状光源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、上記線状光源の長手方向に垂直な断面にて、各線状光源の直上で最も低く、そして各線状光源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、各線状光源の直上に位置すると共に、これらの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線状光源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。
【００２６】
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、対応する線状光源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。
【００２７】
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、各線状光源の間の領域に凹凸形状を備えている。
【００２８】
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、各線状光源に対応する領域に、ほぼ逆Ｖ字形の溝を備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
本発明による面光源装置は、好ましくは、上記基板が、線状光源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】
【００３２】
上記構成によれば、各線状光源から出射した光が、上記線状光源の長手方向に垂直な方向に関して、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。これにより、その上面から上方に向かって出射することになる。
【００３３】
この場合、各線状光源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、各線状光源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。
【００３４】
これにより、各線状光源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、各線状光源からの光が互いに十分に混合され、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。
【００３５】
ここで、各線状光源の長手方向に関しては、線状光源から連続的に光が出射する。このため、等間隔に並んだ点光源の場合と比較して、この長手方向に関する照度ムラが実質的に排除され得ることになる。
また、各線状光源の長手方向に垂直な方向に関しては、同様に線状光源から連続的に光が出射する。これにより、マトリックス状に並んだ点光源の場合と比較して、二つの配列方向に関して互いに隣接した四つの点光源の対角線の交点付近における照度ムラが発生しない。従って、この各線状光源の長手方向に垂直な方向に関して、照度ムラがより一層低減され得ることになる。
このようにして、本発明による面光源装置によれば、各線状光源の長手方向及びこれに垂直な方向に関して、より均一な輝度分布が得られることになる。
【００３６】
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、対応する線状光源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、各線状光源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。
【００３７】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各線状光源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、輝度ムラがより一層低減され得ることになる。
【００３８】
上記導光体の下面が、上記断面にて、各線状光源に対応する領域に、ほぼ逆Ｖ字形の溝を備えている場合には、上記導光体を各線状光源が配置された基板上に載置したとき、各線状光源がこれらの溝内に収容され得る。これにより、各線状光源に対する上記導光体の高さ調整が容易に行なわれ得て、組立が容易になる。  また、逆Ｖ字形の形状により、隣接する他の線状光源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、各線状光源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、隣接する他の線状光源からの光が混入し、照度ムラの発生が抑制され得ることになる。
【００３９】
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。
【００４０】
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、各線状光源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、輝度ムラが低減され、より均一な輝度分布が得られることになる。
【００４１】
上記基板が、線状光源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、線状光源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。
【００４２】
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】
【００４３】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図９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。
【００４４】
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上にて一つの方向（Ｘ方向）に所定間隔で並んで、且つＸ方向に垂直なＹ方向に延びるように配置された複数個の線状光源としてのＣＦＬ（Ｃｏｌｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）１２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，拡散シート１５及びプリズムシート１６と、上記基板１１の表面に配置された拡散反射フィルム１７と、これら基板１１及び導光体１３を収容するケース１８と、から構成されている。
【００４５】
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ＣＦＬ１２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、上記基板１１は、各ＣＦＬ１２の実装部（図示せず）を除いて拡散反射フィルム１７により覆われている。
【００４６】
上記各ＣＦＬ１２は、上記基板１１の実装部に対してそれぞれ実装され、それぞれ給電されることにより、駆動・発光する。
これにより、各ＣＦＬ１２の棒状の発光部が、上述したＸ方向に関して互いに所定間隔で並ぶようになっている。
【００４７】
上記導光体１３は、透光性材料、即ち上記ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２の配列方向即ちＸ方向に関する断面にて、ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２の長手方向（Ｙ方向）に続いている。従って、上記導光体１３の上面は、図３に示すように、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。
【００４８】
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ＣＦＬ１２の中心軸の直上に位置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ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２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。
【００４９】
即ち、各ＣＦＬ１２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。
【００５０】
上記導光体１３は、その下面にて、各ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２を収容するようにＣＦＬ１２より広い幅を有しており、図２にて紙面に垂直なＹ方向に連続的に設けられている。
尚、この溝１３ｃは、ＣＦＬ１２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。
【００５１】
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ＣＦＬ１２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。
【００５２】
上記拡散板１４は、公知の構成であって、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、その基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。
【００５３】
上記拡散シート１５は、公知の構成であって、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形成されており、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。
この拡散シート１５は、上記拡散板１４の表面に載置され、または貼着されている。
【００５４】
上記プリズムシート１６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ＣＦＬ１２の配列方向に沿って延びる多数の微小プリズム１６ａを備えている。また、上記プリズムシート１６は、その下面が平坦に形成されており、上記拡散シート１５の表面に載置され、または貼着されている。
【００５５】
上記拡散反射フィルム１７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等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、上記拡散反射フィルム１７は、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ＣＦＬ実装部を除く領域に載置され、または貼着されている。
【００５６】
上記ケース１８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、上記ケース１８は、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１８の周壁１８ａが、図１に示すように、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、上記ケース１８は、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。
【００５７】
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、組立ての際には、上記ケース１８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１８の周壁１８ａ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ＣＦＬ１２の中心軸の直上付近に正確に位置決めされる。これになり、組立てが容易に行なわれ得ることになる。
【００５８】
このようにして組み立てられた面光源装置１０において、外部から各ＣＦＬ１２に対して駆動電圧が印加されると、各ＣＦＬ１２が駆動されて発光する。各ＣＦＬ１２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。
【００５９】
ここで、上記湾曲形状１３ａは、対応するＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２からの光は、図２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、他の一部の光が、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１７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ＣＦＬ１２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１６の各微小プリズム１６ａにより、例えば上記ＣＦＬ１２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。
【００６０】
このようにして、各ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２からの光と良好に混合され得ることになる。
その際、各ＣＦＬから出射した光がＹ方向に関して連続的である。このため、図Ｘ１〜図Ｘ３に示した従来の面光源装置１のように、二方向に互いに隣接するＬＥＤ１２の対角線の交点付近のような輝度低下が生ずることがなく、Ｘ方向に関して輝度ムラがより一層低減され得ることになる。
従って、面光源装置１０は、Ｘ方向に関しては、図４に符号Ａで示すように、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。尚、図４において、符号Ｂは、図Ｘ１〜図Ｘ３に示した従来の面光源装置１におけるＸ方向の輝度分布を示している。これにより、本発明実施形態による面光源装置１０において、従来の面光源装置１と比較して、Ｘ方向の輝度ムラが改善されていることが分かる。
【００６１】
さらに、各ＣＦＬから出射した光は、Ｙ方向に関して連続的であることから、Ｙ方向に関して均一な輝度でプリズムシート１６を通過して、上方に出射することになる。従って、面光源装置１０は、Ｙ方向に関しては、図５に符号Ａで示すように、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。尚、図５において、符号Ｂは、図Ｘ１〜図Ｘ３に示した従来の面光源装置１におけるＹ方向の輝度分布を示している。これにより、本発明実施形態による面光源装置１０において、従来の面光源装置１と比較して、Ｙ方向の輝度ムラが大幅に改善されていることが分かる。
【００６２】
ところで、各ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２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。
【００６３】
尚、各ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２から全体として当該ＣＦＬ１２に向かって側方に反射した光が、上記導光体１３の当該ＣＦＬ１２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。これにより、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ＣＦＬ１２からの光に対して、隣接するＣＦＬ１２からの光が加えられる。このため、当該ＣＦＬ１２と隣接するＣＦＬ１２からの光が互いに混合されることになる。
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、また混合光であることから、スポット的な輝度ムラが発生するようなこともない。
【００６４】
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６に示すように、ＣＦＬ１２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内への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】
2008226792.tif 000003
【数２】
2008226792.tif 000004
【数３】
2008226792.tif 000005
により、角度αは、上記三つの式から
【数４】
2008226792.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】
2008226792.tif 000007
となる。
【００６５】
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。
そして、θをパラメータとしたときのレンズ面の形状は、図７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】
2008226792.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。
【００６６】
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ＣＦＬ１２に対する導光体１３の組み付け誤差等を考慮して、θ＝４５度とすればよい。
【００６７】
さらに、ＣＦＬ１２は、発光部がある程度の大き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８に示すように、ＣＦＬ１２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ＣＦＬ１２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。これになり、直射に外部に洩れることなく、確実に全反射することになる。
【００６８】
また、ＣＦＬ１２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９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）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。
【００６９】
さらに、上記逆Ｖ字溝１３ｃは、好ましくは、ＣＦＬ１２の発光面１２ａの大きさＤより大きな幅を有し、頂角が９０度に選定される。これにより、ＣＦＬ１２から上方に出射して逆Ｖ字溝１３ｃに入射した光が、逆Ｖ字溝１３ｃで全反射して、横方向に拡散されることになる。
【００７０】
尚、式５の微分方程式を解く際に、初期条件として、ＣＦＬ１２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、逆Ｖ字溝１３ｃとの間の厚さが減少する。これにより、導光体１３の成形が難しくなる。従って、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。
【００７１】
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ＣＦＬ１２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。これにより、さらに隣接するＣＦＬ１２からの光と十分に混合され得る。従って、このような混合後に、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、輝度ムラが良好に抑制され得る。
また、各ＣＦＬ１２がＹ方向に連続的であることから、Ｙ方向に関する輝度ムラが排除され、Ｘ方向に関しても、線状光源の間の輝度の低下がより抑制される。従って、全体として輝度ムラのない均一な照射光が得られることになる。
【００７２】
また、上述した実施形態においては、線状光源として、ＣＦＬ１２が使用されているが、これに限らず、他の種類の線状光源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。
【００７３】
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１４，拡散シート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１４，拡散シート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。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
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。
【００７５】
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】
【００７６】
【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Ｘ方向の照射光の輝度分布を示すグラフである。
【図５】図１の面光源装置によるＹ方向の照射光の輝度分布を示すグラフである。
【図６】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線状光源からの光の全反射を示すグラフである。
【図７】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８】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９】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。
【図１０】従来の面光源装置の一例の構成を示す概略断面図である。
【図１１】図１０の面光源装置の要部を示す部分拡大断面図である。
【図１２】図１０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。
【符号の説明】
【００７７】
１０    面光源装置
１１    基板
１２    ＣＦＬ（線状光源）
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    拡散シート
１６    プリズムシート
１７    拡散反射フィルム
１８    ケース
【図１】
2008226792.tif 000009
【図２】
2008226792.tif 000010
【図３】
2008226792.tif 000011
【図４】
2008226792.tif 000012
【図５】
2008226792.tif 000013
【図６】
2008226792.tif 000014
【図７】
2008226792.tif 000015
【図８】
2008226792.tif 000016
【図９】
2008226792.tif 000017
【図１０】
2008226792.tif 000018
【図１１】
2008226792.tif 000019
【図１２】
2008226792.tif 000020