(57)【要約】【課題】輝度ムラを低減しながら発光輝度を向上できる面発光装置を提供すること。【解決手段】光源と、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出光する出光面とを有する導光板と、を備え、前記導光板が、前記入射面を除くいずれかの面に形成され、前記光源から前記導光板へ入射して前記導光板内を伝播する光の反射面を有する複数のプリズム部を有する面発光装置において、各々の前記プリズム部の前記反射面が、前記反射面の単位法線ベクトルをｎ、前記反射面へ入射する光の主入射方向をベクトルＶｉ、前記反射面に入射する光の反射方向として全ての前記プリズム部に共通に方向が設定された出射方向をベクトルＶｏ、とした場合に、ｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／｜Ｖｏ−Ｖｉ｜を満たすように形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2008262757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出光する出光面とを有する導光板と、を備え、
前記導光板が、前記入射面を除くいずれかの面に形成され、前記光源から前記導光板へ入射して前記導光板内を伝播する光の反射面を有する複数のプリズム部を有する面発光装置において、
各々の前記プリズム部の前記反射面が、
前記反射面の単位法線ベクトルをｎ、前記反射面へ入射する光の主入射方向をベクトルＶｉ、前記反射面に入射する光の反射方向として全ての前記プリズム部に共通に方向が設定された出射方向をベクトルＶｏ、とした場合に、
ｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／｜Ｖｏ−Ｖｉ｜
を満たすように形成されていることを特徴とする面発光装置。
【請求項２】
各々の前記プリズム部がドットパターン状に形成され、
前記ベクトルＶｉが前記光源と各々の前記反射面とを結ぶ方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光装置。
【請求項３】
前記プリズム部が前記出光面と対峙する面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光装置。
【請求項４】
前記出光面に積層された光学シートを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項５】
各々の前記プリズム部が凹状又は凸状をなしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項６】
前記光源は、点光源であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面発光装置。
【請求項７】
前記光源は、線状光源であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の面発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型電話機等に用いられる面発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型電話機等で用いられる面発光装置においては、携帯型電話機等の薄型化の要請から、一般に光源が導光板の出光面側方に配設される。この構成の場合、光源から離れるに従って出光量が減少して出光面から出光する光の輝度ムラが生じることになる。そこで、導光板の一部の面の複数箇所に光拡散パターンを印刷したり、プリズム状の凹凸を設けることで輝度ムラを低減させることが提案されている（特許文献１及び２）。
【特許文献１】特許２０００−２６８６１８号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
導光板の一部の面の複数箇所に光拡散パターンを設けた従来の例では、光拡散パターンにより光が拡散されるため、光拡散パターンでの反射光が多方向を向くことになる。また、プリズム状の凹凸を設けた従来の例でも各箇所毎に反射光の方向が異なる。
【０００４】
このため、出光面から出光せずに導光板内部で反射を繰り返す光の割合が多くなり、また、導光板の出光面から出光される光の方向が多方向を向き易くなる。導光板内部での光の反射が繰り返されると、光線の損失により面発光装置の発光輝度が低下するという問題がある。また、導光板の出光面から出光される光の方向が多方向を向いていると、照明対象へ光が集光されずに発光輝度の低下を招くことになる。発光輝度の低下を改善するために直交プリズムシート等の光学シートを導光板の出光面に積層して集光することも有効である。しかし、導光板の出光面から出光される光の方向が多方向を向いていると、光学シートへの入射角が臨界角を超えず、光学シートを透過せずに導光板に戻る光の割合が多くなり、導光板内部で反射を繰り返す光の割合が多くなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、輝度ムラを低減しながら発光輝度を向上できる面発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、光源と、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光を出光する出光面とを有する導光板と、を備え、前記導光板が、前記入射面を除くいずれかの面に形成され、前記光源から前記導光板へ入射して前記導光板内を伝播する光の反射面を有する複数のプリズム部を有する面発光装置において、各々の前記プリズム部の前記反射面が、前記反射面の単位法線ベクトルをｎ、前記反射面へ入射する光の主入射方向をベクトルＶｉ、前記反射面に入射する光の反射方向として全ての前記プリズム部に共通に方向が設定された出射方向をベクトルＶｏ、とした場合に、ｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／｜Ｖｏ−Ｖｉ｜を満たすように形成されていることを特徴とする面発光装置が提供される。
【０００７】
この構成によれば、前記プリズム部を複数設けたことにより、出光される光の輝度ムラを低減することができる。また、前記反射面を、その単位法線ベクトルｎが、ｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／｜Ｖｏ−Ｖｉ｜を満たすように形成することで、全ての前記プリズム部の前記反射面から出射する光の方向を、前記ベクトルＶｏの設定により所望の方向とすることができる。このため、前記面発光装置から出光する光の方向を、より揃えることができ、発光輝度を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べた通り、本発明によれば、輝度ムラを低減しながら発光輝度を向上できる面発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る面発光装置１００の分解斜視図である。面発光装置１００は、光源１０と、導光板２０と、ケース３０と、光学シート４０とを備える。光源１０はＬＥＤ等の点光源であるが、蛍光管等の線状光源であってもよい。
【００１０】
導光板２０は、透明な板状の部材から略直方体形状に形成されており、例えばポリカーボネート等により形成される。導光板２０は入射面２１と、出光面（上面）２２と、出光面２２に対峙する下面２３と、側面２１’とを備える。本実施形態の場合、導光板２０の角部を切り欠いて入射面２１が形成されており、入射面２１に対峙するように光源１０が配設されている。光源１０からの光は入射面２１から導光板２０に入射してその内部を伝播する。
【００１１】
なお、光源１０の配設部位はこれに限られず、出光面２２の側方に配置することができる。例えば、導光板２０を角部の切り欠きのない直方体形状とした場合は、そのいずれかの側面に対峙する部位に配設でき、また、１つに限られず、複数配設することもできる。
【００１２】
出光面２２は、本実施形態の場合、入射面２１に直交しており、入射面２１から入射して導光板２０内を伝播した光が出光する面である。下面２３には、後述するプリズム部が形成されている。
【００１３】
ケース３０は、上方が開放した箱状をなしており、その角部の一部には光源１０の配設スペースを確保するために切りかかれている。ケース３０は導光板２０の下面２３と各側面２１’を覆うように配され、その内面には導光板２０の下面２３、各側面２１’を透過した光が導光板２０内に戻るよう光の反射面を構成しており、例えば、白色、銀色にされている。
【００１４】
光学シート４０は、出光面２２に積層され、本実施形態の場合集光シート（プリズムシート）である。なお、光学シート４０上には不図示の液晶表示パネルが積設され、これが面発光装置１００の照明対象となる。
【００１５】
＜プリズム部＞
次に、導光板１０の下面２３に形成したプリズム部の詳細について説明する。図２（ａ）は下面２３に形成したプリズム部２４の配置を示す導光板２０の平面図、図２（ｂ）はプリズム部２４の断面を概略的に示す図である。
【００１６】
各プリズム部２４はその断面が三角形で全体として直線状をなし、下面２３にドットパターン状に形成されている。各プリズム部２４は、入射面２１側に、導光板２０内を伝播する光を反射する反射面２４ａが形成されている。本実施形態では下面２３の表面から凹んで凹状にプリズム部２４が形成されているが下面２３の表面から突出した凸状に形成してもよい。
【００１７】
反射面２４ａは
プリズム部２４は、下面２３の単位面積あたりの配設密度が、反射面２１から遠い部位では相対的に密となり、近い部位では相対的に粗となるように複数配設されている。これにより、光源１０から相対的に遠い部位ではプリズム部２４での反射光による出光面２２からの出射光量が多くなり、輝度ムラを低減できる。
【００１８】
反射面２４ａの向きは各反射面２４ａ毎に設定されている。各反射面２４ａは、各反射面２４ａの単位法線ベクトルをｎ、各反射面２４ａへ入射する光の主入射方向をベクトルＶｉ、反射面２４ａに入射する光の反射方向として全てのプリズム部２４に共通に方向が設定された出射方向をベクトルＶｏ、とした場合に、図２（ｂ）に示すようにｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／｜Ｖｏ−Ｖｉ｜を満たすように形成されている。
【００１９】
光の主入射方向とは反射面２４ａに入射する光の方向のうち、光の強度が最も強い方向である。例えば、図３（ａ）に示すように、ベクトルＶｉは光源１０と反射面２４ａとを結ぶ方向とすることができる。この場合、光源１０の発光面の中心と反射面２４ａの中心とを結ぶ方向とすることができ、また、入射面２１での光の屈折率を考慮することが望ましい。
【００２０】
なお、光源１０を複数設けた構成の場合は、例えば、図３（ｂ）に示すように、反射面２４ａと、これに近い方の光源１０とを結ぶ方向をベクトルＶｉとして設定してもよいし、また、図３（ｃ）に示すように一つのプリズム部２４’に複数の反射面２４ａ’を形成して各反射面２４ａ’の向きを個別に設定し、反射面２４ａ’と、これに近い方の光源１０とを結ぶ方向をその反射面２４ａ’についてのベクトルＶｉとしてもよい。
【００２１】
点光源である光源１０に代えて線状光源を用いる場合は、図３（ｄ）に示すように、反射面２４ａから線状光源１０’の長手方向への垂線方向をベクトルＶｉとしてもよい。
【００２２】
また、光の主入射方向であるベクトルＶｉは、上述した光源１０と反射面２４ａとを結ぶ方向に加えて、導光板２０の内部反射光の分布を考慮した方向とすることもできる。内部反射光とは、入射面２１及びプリズム部２４が形成された面（本実施形態では下面２３）以外の面（本実施形態では出光面２２、側面２１ａ’）で反射して導光板２０内を伝播する光である。尤も、ベクトルＶｉを上述した光源１０と反射面２４ａとを結ぶ方向とすることが最も簡便である。
【００２３】
次に、出射方向のベクトルＶｏは面発光装置１００の仕様に応じて所望の方向を設定することができる。これにより各反射面２４ａで反射して出光面２２から出光する光の向きを揃えることができ、面発光装置１００の特定方向の発光輝度を向上することができる。
【００２４】
本実施形態のように、光学シート４０としてプリズムシートを採用した場合、光学シート４０から垂直に出光する光を増量することができれば、発光輝度が向上する。逆に、光学シート４０で反射して導光板２０に戻る光が多いと発光輝度が低下する。従って、図４（ａ）に示すように、出光面２２から出光する光の、光学シート４０への入射角が光学シート４０の臨界角を超えるように、出光面２２での光の屈折率を考慮してベクトルＶｏを設定する。
【００２５】
また、光学シート４０を用いずに、出光面２２上に液晶表示パネル（不図示）が積設される場合には、図４（ｂ）に示すように、出光面２２から出光する光が出光面２２に対して垂直に出光するようにベクトルＶｏを設定する。
【００２６】
＜反射面の設計例＞
次に、反射面２４ａの設計例について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、仮想的に、反射面２１と連続する一方の側面２１’をＸ軸、他方の側面２１’をＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸の交点を原点Ｏとする。更に、原点Ｘを通り、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向に仮想的にＺ軸（上向きが正）を取ることで、仮想的な３次元座標系を設定する。
【００２７】
光源１０からの光は原点Ｏから放射状に出射されるものとする。また、反射面２４ａの中心点をＣ（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）と置く。上述したベクトルＶｉは光源１０−反射面２４ａの中心点方向とし、従って、ベクトルＶｉ＝（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）となる。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、ＸＹ平面上において中心点Ｃと原点Ｏとを結ぶ線がＸ軸となす角度をΨとし、図２（ｂ）に示すように、反射面２４ａが下面２３となす角度をΘと置く。更に、図２（ｃ）に示すように、ＸＹ平面上において反射面２４ａの単位法線ベクトルｎがＸ軸となす角度をΦと置く。
【００２９】
さて、上記の前提の下、各反射面２４ａの設計にあたっては、まず、各プリズム部２４の反射面２４ａの中心点Ｃが決定される。中心点Ｃが決定されると各反射面２４ａのベクトルＶｉが上記の通り定まる。次に、各反射面２４ａについて方向が共通の、上述したベクトルＶｏを決定する（なお、ベクトルＶｏの原点は設計対象とする反射面２４ａの中心点Ｃである。）。これにより、設計対象とする反射面２４ａの単位法線ベクトルｎ（ｎｘ、ｎｙ、ｎｚ）は、ｎ＝（Ｖｏ−Ｖｉ）／｜Ｖｏ−Ｖｉ｜から算出される。
【００３０】
設計上必要なパラメータは、上述した角度Ψ、Θ及びΦであるが、このうち、角度Ψは中心点Ｃの座標から演算できる。角度ΘとΦは未知数であるが、Θ＝ａｒｃｃｏｓ（ｎｚ）、Φ＝ａｒｃｔａｎ（ｎｙ／ｎｘ）により算出することができる。以降、各反射面２４ａについて同様に演算することで各反射面２４ａが設計できる。
【００３１】
＜Θ、Φの算出例＞
図５（ａ）及び（ｂ）並びに図６（ａ）及び（ｂ）は、光源１０から等距離（本実施形態では、例えば、２５ｍｍとする。）で角度Ψが異なる複数の反射面２４ａについて、その角度ΘとΦとの変化を算出した例を示す。なお、出射方向のベクトルＶｏを算出するにあたり、ベクトルＶｏを導光板２０の下面２３へ射影したベクトルＶｏ’がＸ軸方向と成す角度をΘｖｏとし、ベクトルＶｏがＺ軸方向と成す角度をΦｖｏとする。また、出光面２２から空気中へ光が出光する際の屈折率、及び光学シート４０から再び空気中へ光が出光する際の屈折率を１．５６とする。
【００３２】
図５（ａ）及び（ｂ）の例では、出光面２２から出光する光の角度を、Θｖｏは４５．０度、Φｖｏは２８．０度とする。なお、この角度は、光学シート４０から空気中へ垂直に出光するように設定された角度である。ここで、ベクトルＶｏを単位ベクトルとすれば、Ｖｏ＝（ｓｉｎΦｖｏ・ｃｏｓΘｖｏ，ｓｉｎΦｖｏ・ｓｉｎΘｖｏ，ｃｏｓΦｖｏ）と表すことができる。これに、Θｖｏ、Φｖｏを代入することにより、ベクトルＶｏは、Ｖｏ＝（０．３３２，０．３３２，０．８８３）と算出することができる。
【００３３】
また、図６（ａ）及び（ｂ）の例では、Θｖｏは９０．０度、Φｖｏは１８．４度とする。なお、この角度は、出光面２２から空気中へ３０．０度の角度で出光するように設定された角度である。同様にして、ベクトルＶｏは、Ｖｏ＝（０，０．３１４，０．９４９）と算出することができる。図５及び６は、このようにして算出したベクトルＶｏが、実際の出射方向となるように、任意の角度Ψにおける角度Θ及びΦの変化を算出した結果を示すものである。
【００３４】
＜他の実施形態＞
上記実施形態では、下面２３にプリズム部２４を設けたが、入射面２１以外の面（出光面２２、側面２１’）にプリズム部２４を形成することもでき、また、複数の面に形成することもできる。尤も、出光面２２からの光の出光方向を制御するという点で、出光面２２に対峙する下面２３にプリズム部２４を設けることが最も効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る面発光装置１００の分解斜視図である。
【図２】（ａ）は下面２３に形成したプリズム部２４の配置を示す導光板２０の平面図、（ｂ）はプリズム部２４の断面図、（ｃ）は角度Φの説明図である。
【図３】（ａ）乃至（ｄ）はベクトルＶｉの説明図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はベクトルＶｏの説明図である。
【図５】（ａ）はΨとΘとの関係を示す図、（ｂ）はΨとΦとの関係を示す図である。
【図６】（ａ）はΨとΘとの関係を示す図、（ｂ）はΨとΦとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  光源
２０  導光板
２１  入射面
２２  出光面
２４  プリズム部
２４ａ  反射面
１００  面発光装置
【図１】
2008262757.tif 000003
【図２】
2008262757.tif 000004
【図３】
2008262757.tif 000005
【図４】
2008262757.tif 000006
【図５】
2008262757.tif 000007
【図６】
2008262757.tif 000008