JP2000250032A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体のサイズを大きくすることなく、指向性
を良好にできるコリメート光源を提供する。 【解決手段】 円盤状をした導光板２２の下面中央部に
円錐状の光入射面２８を設け、光入射面２８に囲まれた
空間に光源２５を配置する。導光板２２下面には、光源
２５を中心として、平坦面３１と角度約４５度の偏向面
３２を同心状に、かつ交互に設ける。導光板２２の上面
は光出射面２６となっており、その上にレンズシート２
４を載置する。レンズシートは、円環状のシリンドリカ
ルレンズ３３を同心状に配置したもので、各シリンドリ
カルレンズ３３の焦点位置は対向する偏向面３２の上に
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面光源装置に関す
る。特に、コリメート光を出射させるための面光源装置
に関する。

【従来の技術】光学機器、例えばセンサ光源、投光器、
液晶表示装置のバックライト、フォトセンサ、懐中電
灯、信号機などではコリメート光が必要とされる場合が
ある。コリメート光が必要とされる場合には、一般にレ
ンズや反射鏡を用いて光源の光をコリメート光に変換し
ている。

【０００２】例えば、従来のコリメート光源１は図１に
示すような構造を有している。ケース２の先端にはレン
ズ３が設けられており、レンズ３の焦点位置（ケース２
の底面）には光源４が配置されている。しかして、光源
４から出射された光５は、レンズ３で屈折することによ
って平行光束となり、コリメート光として出射される。

【０００３】ところで、光源の大きさが一定であるとす
ると、コリメート光の指向性はレンズの面積によって決
まる。すなわち、図２（ａ）に示すように、光源４から
出てレンズ３でコリメート化されたコリメート光の指向
角をθ、レンズの面積をＳとすると、輝度不変の法則の
結果として、 θ・Ｓ ＝ 一定 … の関係があり、レンズ３の面積Ｓを大きくすることによ
ってコリメート光の指向角θを小さくすることができ
る。

【０００４】よって、指向性の良好なコリメート光源を
得ようとすれば、図２（ｂ）に示すように、大きな面積
Ｓを有するレンズ３を用いればよいが、大きな面積Ｓの
レンズ３を用いると焦点距離ｆも長くなり、レンズ３と
光源４との距離も大きくなる。この結果、コリメート光
源全体のサイズが大きくなり、これを利用する光学機器
の小型化を阻害する結果となる。

【０００５】しかし、上記式から分かるように、光の
指向性はレンズの焦点距離に依存するのでなく、レンズ
の面積、すなわち光出射面の面積に依存している。この
ことは、必ずしもコリメート光源の体積が大きくなくて
もよく、光出射面の面積が大きければよいことを示して
いる。

【０００６】光出射面の大きな光源としては、図３に示
すような面光源装置１１が提案されている。これは、屈
折率の大きな透明樹脂からなる導光板１２の端面に対向
させて光源１３を配置し、光源１３から出た光１７を導
光板１２の端面から導光板１２内部に導入し、導光板１
２内部で光１７を全反射させることによって光１７を閉
じ込めるものである。導光板１２の底面には拡散パター
ン（図示せず）が設けられており、導光板１２の底面で
散乱された光１７のうち、導光板１２の上面に向けて全
反射の臨界角よりよ小さな入射角で入射した光１７は、
導光板１２の上面から外部へ出射される。導光板１２の
上方にはマイクロプリズムアレイ１４を配置し、その上
にスペーサ１５を介してマイクロレンズアレイ１６を配
置してあり、導光板１２から出射された光１７はマイク
ロプリズムアレイ１４を通して偏向された後、マイクロ
レンズアレイ１６でコリメート化されて出射される。

【０００７】しかしながら、このような面光源装置１１
では、導光板単体の場合と比べてマイクロプリズムアレ
イ１４やスペーサ１５、マイクロレンズアレイ１６等が
積層されていて厚みが大きくなっている。このため、面
光源装置１１の小型化が困難であり、面光源装置１１の
製作も難しかった。

【０００８】また、このような構造では、マイクロプリ
ズムアレイ１４のサイズを小さくすればコリメート光の
指向性は良好になるが、光源１３からの光がほとんどマ
イクロプリズムアレイ１４に入射しなくなり、光の利用
効率が悪くなる問題がある。さらに、この面光源装置１
１では、図３と平行な平面（プリズムの配列方向の平
面）での指向性は向上しているが、図３と垂直な平面で
の指向性は改善されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の技術的
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、全体のサイズを大きくすることなく、
指向性を良好にできる面光源装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の面光源
装置は、光入射面及び光出射面を有する導光板と、前記
光入射面の近傍に配置された、導光板と比較して小さな
光源と、前記光出射面の上に設置されたマイクロレンズ
アレイとを備えた面光源装置において、前記光源から導
光板内に導入された光を前記光出射面への入射角が小さ
くなるように偏向させることができる偏向面を、前記導
光板の光出射面と対向する面に部分的に形成し、前記マ
イクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点を
ほぼ前記偏向面上に位置させたことを特徴としている。

【００１１】請求項２に記載の面光源装置は、請求項１
に記載の面光源装置における前記偏向面が、前記光出射
面に垂直で前記光源と偏向面を結ぶ方向を含む面内にお
いて、前記光出射面とほぼ４５度の角度を成すことを特
徴としている。

【００１２】請求項３に記載の面光源装置は、請求項１
に記載の面光源装置における前記偏向面が、前記光源を
中心とする円周方向に沿って形成され、前記マイクロレ
ンズアレイは、前記光源を中心とする円周方向に沿って
延びたシリンドリカルレンズによって構成されているこ
とを特徴としている。

【００１３】請求項４に記載の面光源装置は、請求項１
に記載した面光源装置の前記導光板の光入射面近傍の領
域において、光源から遠くなるほど前記導光板の厚みが
厚くなっていることを特徴としている。

【００１４】請求項５に記載の面光源装置は、請求項４
に記載の面光源装置における前記導光板の光入射面近傍
の領域が、偏向面を含まない領域であることを特徴とし
ている。

【００１５】請求項６に記載の面光源装置は、請求項１
に記載の面光源装置において、前記光源から遠くなるほ
ど、前記マイクロレンズアレイの密度が大きいことを特
徴としている。

【００１６】請求項７に記載の面光源装置は、請求項１
に記載の面光源装置において、前記偏向面よりも前記光
源に近い側で、前記導光板の光出射面と対向する面に凸
部を設けたことを特徴としている。

【００１７】請求項８に記載の面光源装置は、請求項１
に記載の面光源装置において、前記光源の光軸を通る断
面にて、前記光出射面の法線に対する光入射面の傾きα
が、 ０ ＜ α ＜ （π／２）−arcsin（１／ｎ） （ただし、ｎは導光板の屈折率）を満たすことを特徴と
している。

【００１８】請求項９に記載の面光源装置は、請求項１
に記載の面光源装置における前記導光板の上に、複数層
のマイクロレンズアレイを積層したことを特徴としてい
る。

【００１９】請求項１０に記載の面光源装置は、請求項
１に記載の面光源装置において、前記マイクロレンズア
レイを形成された部材と前記導光板とを互いに位置決め
するための嵌合手段を備えたことを特徴としている。

【００２０】

【作用】請求項１に記載の面光源装置にあっては、光源
から導光板内に導入された光を光出射面への入射角が小
さくなるように偏向させることができる偏向面を導光板
の光出射面と対向する面に部分的に形成し、マイクロレ
ンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点をほぼ偏向
面上に位置させているから、偏向面で偏向されて光出射
面に全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射した光は
導光板の光出射面から出射され、マイクロレンズアレイ
を通過することによってコリメート化され、コリメート
光として出射される。また、光の出射面積は導光板の光
出射面全体に広げることができるので、コリメート光の
指向性を向上させることができる。さらに、主として光
源と導光板とマイクロレンズアレイによって構成され、
マイクロプリズムアレイなどを用いていないので、面光
源装置を小型化することができ、製作も容易になり、光
の利用効率も向上する。

【００２１】請求項２に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載の面光源装置における前記偏向面が、前
記光出射面に垂直で前記光源と偏向面を結ぶ方向を含む
面内において、前記光出射面とほぼ４５度の角度を成し
ているから、光源側から導光されてきた光を反射するこ
とにより、光出射面への入射角が小さくなるように偏向
させることができる。

【００２２】請求項３に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載の面光源装置における前記偏向面が、前
記光源を中心とする円周方向に沿って形成され、前記マ
イクロレンズアレイは、前記光源を中心とする円周方向
に沿って延びたシリンドリカルレンズによって構成され
ているから、光源を中心とする円周方向で光の指向性が
悪くなることがない。

【００２３】請求項４に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載した面光源装置の前記導光板の光入射面
近傍の領域において、光源から遠くなるほど前記導光板
の厚みが厚くなっているから、光入射面から導光板内に
入射した光は、光入射面近傍の領域において反射される
ことによって光の進行方向を揃えられる。従って、面光
源装置から出射される光の指向性を向上させることがで
きる。

【００２４】請求項５に記載の面光源装置にあっては、
請求項４に記載の面光源装置における前記導光板の光入
射面近傍の領域が、偏向面を含まない領域となっている
から、出射光の指向性を低下させるような光入射面近傍
の光が光出射面から出射されず、コリメート光の指向性
が向上する。

【００２５】請求項６に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載の面光源装置において、前記光源から遠
くなるほどマイクロレンズアレイの密度が大きくなって
いるから、導光板の光源付近の領域と光源から離れた領
域との輝度の差を小さくするのに有効である。

【００２６】請求項７に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載の面光源装置において、前記偏向面より
も前記光源に近い側で、前記導光板の光出射面と対向す
る面に凸部を設けているから、光出射面と対向する面に
おいて偏向面の近傍で反射した光が、その直後に偏向面
で反射することにより、コリメート光の指向性が低下す
るのを防止できる。

【００２７】請求項８に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載の面光源装置において、前記光源の光軸
を通る断面にて、前記光出射面の法線に対する光入射面
の傾きαが、 ０ ＜ α ＜ （π／２）−arcsin（１／ｎ） （ただし、ｎは導光板の屈折率）を満たしているから、
導光板の光入射面における反射をできるだけ少なくで
き、光の利用効率を向上させることができる。

【００２８】請求項９に記載の面光源装置にあっては、
請求項１に記載の面光源装置における前記導光板の上
に、複数層のマイクロレンズアレイを積層しているか
ら、１層のマイクロレンズアレイでは出射光のコリメー
ト化が困難な場合でも、複数層のマイクロレンズアレイ
によってコリメート化することができる。

【００２９】請求項１０に記載の面光源装置にあって
は、請求項１に記載の面光源装置において、前記マイク
ロレンズアレイを形成された部材と前記導光板とを互い
に位置決めするための嵌合手段を備えているから、マイ
クロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点位置
と偏向面とを簡単に、かつ精度よく位置合せすることが
できる。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図４は本発明
の一実施形態による面光源装置２１の一部破断した斜視
図である。この面光源装置２１は円盤状をした導光板２
２の上にスペーサ２３を介して同心円状のシリンドリカ
ルレンズパターンを有するレンズシート２４を重ね、導
光板２２の下面中央にＬＥＤ等の小さな光源２５を配置
したものである。

【００３１】導光板２２は、ポリカーボネイト樹脂やメ
タクリル樹脂等の透明で屈折率の高い樹脂によって円盤
状に成形されている。導光板２２の上面は平坦に形成さ
れて光出射面２６となっており、その中心には円柱状を
した位置決め用の突起２７が突出している。導光板２２
の下面中央部には、円錐状をした光入射面２８が形成さ
れており、ＬＥＤ等の小さな光源２５は光入射面２８に
囲まれた窪み２９に納めるようにして配置されている。
光入射面２８の面積は、光出射面２６の面積の１／１０
以下であればよいが、１／１００以下とすることが望ま
しい。光源２５はできるだけ発光領域の小さなものが望
ましく、点光源が理想的であるが、光源２５の発光領域
が光入射面２８よりも小さい場合には、近似的に点光源
とみなすことができる。また、光入射面２８には、レン
ズパターンやプリズム状パターン、拡散パターン等を加
工することにより（図示せず）、導光板２２内部に入射
した光の指向性を高めるようにしてもよい。

【００３２】光入射面２８と隣接するその外周領域に
は、光入射面２８よりも大きな頂角の円錐台状をした指
向角制御部３０を設けてあり、この領域では導光板２２
の厚みが光入射面２８の中心から遠くなるに従って徐々
に厚くなっている。なお、この指向角制御部３０には、
後述の偏向面３２は設けない。

【００３３】指向角制御部３０よりも外周側において
は、導光板２２下面は断面が階段状となるように形成さ
れており、導光板２２の厚みは内周側で厚く、外周側へ
ゆくほど段階的に薄くなっている。詳しくいうと、導光
板２２下面の断面階段状となった領域は、光出射面２６
と平行な輪帯状の平坦面３１と、環状の傾斜面からなる
偏向面３２（段差部分）とが光源２５を中心として同心
円状に、かつ交互に配列されている。平坦面３１では導
光板２２の厚みは均一になっているが、偏向面３２では
導光板２２の厚みが変化し、偏向面３２の両側の平坦面
３１では導光板２２の厚みが不連続的に変化して導光板
２２の厚みは外周側ほど薄くなっている。また、平坦面
３１の幅（輪帯幅）は、外周側のものほど小さくなって
いる。偏向面３２は、光出射面２６の法線に対してほぼ
４５度の角度をなす傾斜面とすることが望ましい。

【００３４】また、導光板２２の上面には、導光板２２
とレンズシート２４の間に所定間隔を保持させるため、
透明樹脂からなる所定厚みの円環シート状をしたスペー
サ２３が置かれている。これは導光板２２とレンズシー
ト２４の間に空気層を設けることを目的としている。ス
ペーサ２３の上には、円環状に湾曲した断面平凸レンズ
状のシリンドリカルレンズ（以下、レンズという）３３
を同心円状に配列したレンズシート２４を重ねている。
レンズシート２４は、外周側ほどレンズ３３の密度が小
さくなっており、レンズ３３は外周側にに位置するもの
ほど焦点距離が短くなっている。レンズシート２４に形
成されている各レンズ３３は、その断面における光軸が
導光板２２の偏向面３２を通過するように配置されてお
り、導光板２２及びレンズシート２４の中心軸を通る各
断面において各レンズ３３の光学的な焦点位置が対応す
る偏向面３２上となるように設計されている。

【００３５】図５に示すように、レンズシート２４下面
の中心には、導光板２２の突起２７と精密に嵌合する位
置決め用の凹部３４が設けられており、導光板２２の突
起２７とレンズシート２４の凹部３４とを嵌合させるこ
とによってレンズシート２４と導光板２２とを精密に位
置合せできるようにしている。突起２７と凹部３４の許
容誤差は、導光板２２の大きさにもよるが、一般的には
数１０μｍ〜１００μｍであり、これは射出成形などで
十分に製作可能な精度である。こうしてレンズシート２
４と導光板２２を精密に位置合せすることにより、各レ
ンズ３３の焦点位置を精度よく偏向面３２に一致させる
ことができ、精度よいコリメート光を得ることができ
る。なお、スペーサ２３には、突起２７を通過させるた
めの孔３５が開口されている。

【００３６】レンズシート２４に設けられている各レン
ズ３３は、光源２５から遠ざかるほど密度が高くなって
いる。これは、外周側へゆくほど、平坦面３１の幅が短
くなって偏向面３２の密度が次第に高くなることに対応
している。

【００３７】導光板２２の下面には、正反射シート３６
が対向させられている。また、導光板２２の外周縁の下
面には、面光源装置２１を平らな面に安定に置くための
支持脚３７が設けられている。

【００３８】しかして、上記のような面光源装置２１に
おいては、図６に示すように、光源２５から出射した光
Ｌは、光入射面２８から導光板２２内部に入射する。こ
のとき光入射面２８から導光板２２の内部に入射した光
Ｌのうち、光出射面２６に対して比較的小さな入射角で
導光板２２内部に入射した光Ｌ１は、図６に示すよう
に、指向角制御部３０で全反射されることにより、光の
進行方向が光出射面２６と平行な方向に近くなるように
偏向させられる。この指向角制御部３０の働きで、指向
角制御部３０よりも外周方向へ広がってゆく光の進行方
向が揃えられ、指向性が向上させられる。

【００３９】しかも、この指向角制御部３０には偏向面
３２を設けず、レンズシート２４の中心部にはレンズ３
３を設けないようにしているので、光出射面２６に対し
て小さな入射角で入射した光Ｌ１が指向角制御部３０で
光の方向を揃えられることなく光出射面２６から直ちに
出射されるのを防止できる。よって、面光源装置２１か
ら出射されるコリメート光の指向性をより向上させるこ
とができる。

【００４０】指向角制御部３０から外周方向へ広がって
ゆく光Ｌは、光出射面２６と平坦面３１との間で全反射
を繰り返すことにより、さらに外周方向へ広がってゆ
く。偏向面３２は光Ｌを全反射させることによって光Ｌ
の進行方向を光出射面２６の法線方向へ曲げる働きをす
るので、偏向面３２に入射した光Ｌは偏向面３２で全反
射することによって光出射面２６へ小さな入射角で入射
し、全反射の臨界角よりも小さな入射角で光出射面２６
に入射した光Ｌは光出射面２６から導光板２２の外部へ
出射される。

【００４１】導光板２２の光出射面２６から出た光Ｌ
は、スペーサ２３及びレンズシート２４を透過して前方
へ照射されるが、レンズシート２４の各レンズ３３の焦
点は偏向面３２に位置しているから、偏向面３２で反射
した光Ｌは各レンズ３３によってコリメート化される。
こうしてレンズシート２４で光Ｌがコリメート化される
ので、面光源装置２１からは広い出射面積（光出射面２
６の中心を除く領域）でコリメート光が出射される。

【００４２】上記のようにして、この面光源装置２１に
あっては、指向角制御部３０により、導光板２２内部を
伝搬する光の指向性を良好にして光出射面２６から出射
させるので、面光源装置２１から出射されるコリメート
光の指向性が向上する。さらに、導光板２２全体に光を
広げて光出射面２６のほぼ全体から光を出射させること
により、コリメート光の出射面積を大きくすることがで
きるから、前記式から分かるように、面光源装置２１
の指向角を小さくすることができる。よって、本発明に
よれば、指向性の良好なコリメート光源２５を容易に製
作することができる。また、従来の面光源装置２１のよ
うに、マイクロプリズムアレイ等を用いていないので、
面光源装置２１を小型化でき、小型で指向性の良好なコ
リメート光源を製作することができる。

【００４３】また、偏向面３２及び平坦面３１は、光源
２５を中心として同心円状に配置されているので、導光
板２２内を伝わる光は光源２５を中心とする円周方向へ
偏向されることがなく、この方向で指向性が悪くなるこ
ともない。

【００４４】導光板２２の下面には正反射シート３６が
対向しているから、図５に示すように、導光板２２の下
面から漏れた光Ｌ２は正反射シート３６で反射されて再
び導光板２２内部に戻り、光出射面２６以外から漏れる
光を少なくし、光の利用効率を高めて面光源装置２１の
輝度を大きくできる。また、本発明の面光源装置２１で
は、従来例のようにマイクロプリズムアレイを用いてい
ないので、マイクロプリズムアレイによって光利用効率
が低下する恐れもない。

【００４５】また、導光板２２の外周方向へ行くほど到
達する光量は少なくなるが、この面光源装置２１では、
外周側ほど偏向面３２及びレンズ３３の密度を大きくし
て光出射面２６から出射される確率を大きくしているの
で、面光源装置２１の輝度分布を均一化することができ
る。また、これは、導光板２２が外周側ほど薄くてレン
ズ３３の焦点距離が短くなることとの整合性をとる上で
も都合がよい。

【００４６】また、光源２５の光の利用効率を向上させ
るためには、光源２５から出た光のうち、光入射面２８
で反射される光をできるだけ少なくすることが望まし
い。そのためには、光源２５の光軸を通る断面におい
て、図７に示すように、光出射面２６の法線に対する光
入射面２８の傾きαが、 ０ ＜ α ＜ （π／２）−arcsin（１／ｎ） … を満たすようにすればよい。ただし、ｎは導光板２２の
屈折率である。

【００４７】上記式は、導光板２２の光入射面２８に
おける反射をできるだけ小さくするための条件である。
図７を用いて上記式を説明する。まず、光入射面２８
が光出射面２６に垂直であると、光源２５から出て光入
射面２８に入射する光の反射が大きくなる。従って、光
入射面は光源２５の光軸に対して傾いていることが望ま
しい。すなわち、α＞０ であることが望ましい。

【００４８】光入射面２８を傾けると、光源２５から出
射される光が光入射面２８に対してより垂直入射に近く
なり、光入射面２８における反射を抑制することができ
るが、光入射面２８の角度αを大きくし過ぎると、光入
射面２８から導光板２２内に入射した光が導光板２２で
反射されることなく直ちに導光板２２を突き抜けてしま
う。そこで、光入射面２８に垂直入射した光が光出射面
２６に全反射の臨界角θcで入射するときの角度αを上
限値と考えて、この上限値を求めると、図７から分かる
ように、 sin（π／２−α）＝１／ｎ となる。このときの角度αは、π／２−arcsin（１／
ｎ）と表わされるから、好ましい光入射面２８の角度は
上記式で表わされることになる。

【００４９】（第２の実施形態）図８は本発明の別な実
施形態による面光源装置に用いられる導光板２２の一部
を示す断面図である。この導光板２２にあっては、導光
板２２下面において、偏向面３２に隣接して偏向面３２
の内周側（光源２５に近い側）に環状の凸部４１を設け
ている（導光板２２の内部から見ると凹溝になる）。ま
た、偏向面３２の外面には正反射シート４２を貼ってい
る。

【００５０】図９は比較説明のため、凸部４１を設けて
いない導光板２２を示している。光線Ｌ６，Ｌ７は偏向
面３２で反射した後、光出射面２６から出射された光線
を示しており、光線Ｌ８は偏向面３２の近傍において平
坦面３１で反射した後に偏向面３２で反射し、光出射面
２６から出射された光線を示している。ここで、光線Ｌ
６と光線Ｌ８とは同じ角度で導光板２２下面に入射して
いるが、光線Ｌ８は平坦面３１で全反射した直後に偏向
面３２に到達することで、光出射面２６から出射される
光の指向性を悪くしている。

【００５１】これに対し、図６に示した導光板２２を用
いると、図９に示した光線Ｌ８が生じなくなり、偏向面
３２の近傍において平坦面３１で全反射した光が偏向面
３２に到達するのを防止することができる。この結果、
面光源装置から出射される光の指向性をより向上させる
ことができる。

【００５２】（第３の実施形態）図１０は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置に用いられる導光板２
２の一部を示す拡大斜視図（導光板２２内部から導光板
２２の下面を見た斜視図）である。この導光板２２にあ
っては、導光板２２の円周方向に沿って偏向面３２にプ
リズム状パターン４３を形成している。このプリズム状
パターン４３の各面４３ａの間の角度は略９０度であ
る。偏向面３２にプリズム状パターン４３を形成するこ
とにより、偏向面３２に入射する光Ｌ９をプリズム状パ
ターン４３で２度全反射させることによって偏向面３２
から導光板２２の外部へ光が漏れるのを防止し、面光源
装置の光利用効率を向上させることができる。

【００５３】（第４の実施形態）図１１は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置５１を示す一部破断し
た断面図である。この面光源装置５１にあっては、レン
ズシート２４に形成されているレンズ３３の断面形状を
平凸レンズでなく、メニスカスレンズ形状にしている。
また、導光板２２とレンズシート２４の間に一定間隔を
保つためのスペーサ２３は、導光板２２とレンズシート
２４の周辺部にのみ設け、接着剤で固定している。レン
ズ３３の断面形状をメニスカスレンズ形状にしているの
で、導光板２２の光出射面２６とレンズシート２４の間
に空隙５２が生じる。そのため、レンズシート２４又は
スペーサ２３が導光板２２に密着している場合に比べる
と、光出射面２６における全反射の臨界角が大きくな
り、光出射面２６から出射される光量が増加する。この
結果、導光板２２とレンズシート２４の界面で反射して
利用されない光が減少し、光の利用効率が向上する。

【００５４】この面光源装置５１でも、断面がメニスカ
スレンズ状をしたレンズ（円環状のシリンドリカルレン
ズ）３３の光学的な焦点位置も導光板２２の偏向面３２
にあるので、光出射面２６から光出射面２６とレンズシ
ート２４の間の空隙５２に出射された光は、レンズ３３
を透過してコリメート化される。

【００５５】（第５の実施形態）図１２は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置に用いられる導光板２
２の一部破断した断面図である。この導光板２２にあっ
ては、正反射シートに代え、導光板２２の下面に白色樹
脂５３を塗布し、導光板２２の下面から漏れた光を白色
樹脂５３で反射させて導光板２２内に戻し、光のロスを
少なくしたものである。また、この白色樹脂５３の底面
を平らに成形し、導光板２２を安定に置くことができる
ようにしており、白色樹脂５３に支持脚の機能を持たせ
ている。また、レンズシート２４の下面外周部には、導
光板２２との間に空気層を設けるための、スペーサ代わ
りの突部２３ａが突設されている。

【００５６】（第６の実施形態）図１３は導光板２２の
下面からの光の漏れを少なくする別な方法を説明する斜
視図である。この導光板２２にあっては、下面の各平坦
面３１及び偏向面３２に円周方向に沿ったプリズム状パ
ターン５４を形成している（偏向面３２のプリズム状パ
ターン５４については、図１０も示したプリズム状パタ
ーン４３と同様なものとなる）。導光板２２内部を伝搬
する光は、導光板２２の下面においては、プリズム状パ
ターン５４で２度全反射させることにより、導光板２２
の下面から光が漏れるのを防止することができる。

【００５７】（第７の実施形態）導光板２２から出射さ
れる光は指向性が悪いので、１枚のレンズシート２４で
はコリメート化が困難な場合がある。そのような場合に
は、図１４に示すように、２枚以上のレンズシート２４
を積層し、導光板２２から出射されて２枚以上のレンズ
シート２４を通過した後に光線がコリメート化されるよ
うにすればよい。

【００５８】このとき各レンズシート２４に設けられる
レンズ３３は断面メニスカスレンズ状とし、積層された
レンズ３３間に空隙が生じるようにすれば、レンズ３３
どうしの接触による干渉縞の発生を防止できる。また、
下層のレンズシート２４の中央部に突起５５を設け、上
層のレンズシート２４の凹部５６と下層のレンズシート
２４の突起５５とを嵌合させてレンズシート２４間の位
置決めを行なう。

【００５９】（第８の実施形態）図１５は光源２５の光
を導光板２２内に効率よく導入するための構造を説明す
るための図であって、光入射面２８の近傍を示す断面図
である。この導光板２２では、導光板２２の下面中央部
において略円柱状の窪み２９を形成し、当該窪み２９の
天面に反射鏡５７を設け、窪み２９の外周面を光入射面
２８としている。このような構造によれば、光源２５か
ら上方へ出射された光Ｌは、反射鏡５７で反射された後
に光入射面２８から導光板２２内に入射する。従って、
光源２５から上方へ出射された光を有効に利用すること
ができ、光利用効率を向上させることができる。

【００６０】また、窪み２９の天面に設ける反射鏡５９
を、図１６に示すように、光源２５を焦点とする楕円の
一部を光源２５の中心軸の回りに回転させてできる面で
形成すれば、光源２５の光がさらに導光板２２に導入さ
れ易くなり、光利用効率をより向上させることができ
る。

【００６１】（第９の実施形態）図１７は本発明の面光
源装置６１（すなわち、導光板２２、レンズシート２４
等）を三角形状に形成したものである。面光源装置６１
を三角形（正三角形、直角三角形など）にしておけば、
図１７に示すように、複数の面光源装置６１を隣接して
並べることにより大光量、大面積の面光源装置を得るこ
とができ、面光源装置６１をアレイ化することができ
る。もちろん、アレイ化するための面光源装置６１の形
状は、三角形に限らず、図１８に示すように、四辺形
（正方形、長方形、平行四辺形など）でもよく、図１９
に示すように六角形にしてもよい。

【００６２】

【発明の効果】請求項１に記載の面光源装置によれば、
光源から導光板内に導入された光を光出射面への入射角
が小さくなるように偏向させることができる偏向面を導
光板の光出射面と対向する面に部分的に形成し、マイク
ロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点をほぼ
偏向面上に位置させているから、指向性の良好なコリメ
ート光を出射することができる。さらに、マイクロプリ
ズムアレイなどを用いていないので、面光源装置を小型
化することができ、製作も容易になり、光の利用効率も
向上する。

【００６３】請求項２に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載の面光源装置における前記偏向面が、前記
光出射面に垂直で前記光源と偏向面を結ぶ方向を含む面
内において、前記光出射面とほぼ４５度の角度を成して
いるから、光源側から導光されてきた光を反射すること
により、光出射面への入射角が小さくなるように偏向さ
せることができる。

【００６４】請求項３に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載の面光源装置における前記偏向面が、前記
光源を中心とする円周方向に沿って形成され、前記マイ
クロレンズアレイは、前記光源を中心とする円周方向に
沿って延びたシリンドリカルレンズによって構成されて
いるから、光源を中心とする円周方向で光の指向性が悪
くすることがない。

【００６５】請求項４に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載した面光源装置の前記導光板の光入射面近
傍の領域において、光源から遠くなるほど前記導光板の
厚みが厚くなっているから、光入射面から導光板内に入
射した光を光入射面近傍の領域で反射させることによ
り、光の指向性を向上させることができる。

【００６６】請求項５に記載の面光源装置によれば、請
求項４に記載の面光源装置における前記導光板の光入射
面近傍の領域が、偏向面を含まない領域となっているか
ら、出射光の指向性を低下させるような光入射面近傍の
光が光出射面から出射されず、コリメート光の指向性が
向上する。

【００６７】請求項６に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載の面光源装置において、前記光源から遠く
なるほどマイクロレンズアレイの密度が大きくなってい
るから、導光板の光源付近の領域と光源から離れた領域
との輝度ばらつきを小さくできる。

【００６８】請求項７に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載の面光源装置において、前記偏向面よりも
前記光源に近い側で、前記導光板の光出射面と対向する
面に凸部を設けているから、光出射面と対向する面にお
いて偏向面の近傍で反射した光が、その直後に偏向面で
反射することにより、コリメート光の指向性が低下する
のを防止できる。

【００６９】請求項８に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載の面光源装置において、前記光源の光軸を
通る断面にて、前記光出射面の法線に対する光入射面の
傾きαが、 ０ ＜ α ＜ （π／２）−arcsin（１／ｎ） （ただし、ｎは導光板の屈折率）を満たしているから、
導光板の光入射面における反射をできるだけ少なくで
き、光の利用効率を向上させることができる。

【００７０】請求項９に記載の面光源装置によれば、請
求項１に記載の面光源装置における前記導光板の上に、
複数層のマイクロレンズアレイを積層しているから、１
層のマイクロレンズアレイでは出射光のコリメート化が
困難な場合でも、複数層のマイクロレンズアレイによっ
てコリメート化することができる。

【００７１】請求項１０に記載の面光源装置によれば、
請求項１に記載の面光源装置において、前記マイクロレ
ンズアレイを形成された部材と前記導光板とを互いに位
置決めするための嵌合手段を備えているから、マイクロ
レンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点位置と偏
向面とを簡単に、かつ精度よく位置合せすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のコリメート光源を示す断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）はコリメート光源におけるレンズ
の面積と指向角との関係を説明する図である。

【図３】従来の面光源装置を示す概略断面図である。

【図４】本発明の一実施形態による面光源装置を示す一
部破断した斜視図である。

【図５】図４の面光源装置において、導光板とレンズシ
ートとを分離して示す斜視図である。

【図６】図４の面光源装置における光の挙動を説明する
図である。

【図７】図４の面光源装置において、光入射面の角度の
決め方を説明する図である。

【図８】本発明の別な実施形態による面光源装置に用い
られる導光板の一部を示す断面図である。

【図９】図８の導光板に設けられている凸部の作用を説
明するための比較図である。

【図１０】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置に用いられる導光板の下面の構造を示す一部破断した
斜視図である。

【図１１】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置の一部破断した断面図である。

【図１２】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置に用いられる導光板の一部破断した断面図である。

【図１３】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置に用いられる導光板の下面側からの斜視図である。

【図１４】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置の一部破断した断面図である。

【図１５】本発明のさらに別な実施形態の面光源装置に
おける光入射面近傍の構造を示す断面図である。

【図１６】本発明のさらに別な実施形態の面光源装置に
おける光入射面近傍の構造を示す断面図である。

【図１７】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置を集合状態で示す平面図である。

【図１８】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置を集合状態で示す平面図である。

【図１９】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置を集合状態で示す平面図である。

【符号の説明】

２２ 導光板 ２４ レンズシート ２５ 光源 ２６ 光出射面 ２７ 突起 ２８ 光入射面 ３０ 指向角制御部 ３１ 平坦面 ３２ 偏向面 ３３ レンズ（円環状のシリンドリカルレンズ） ３４ 凹部 ４１ 凸部 ４３、５４ プリズム状パターン ５９ 反射鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H038 AA52 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA16Z FA21Z FA23Z FA26Z FA31Z FA45Z FB02 FD06 FD12 LA11

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光入射面及び光出射面を有する導光板
   と、前記光入射面の近傍に配置された、導光板と比較し
   て小さな光源と、前記光出射面の上に設置されたマイク
   ロレンズアレイとを備えた面光源装置において、 前記光源から導光板内に導入された光を前記光出射面へ
   の入射角が小さくなるように偏向させることができる偏
   向面を、前記導光板の光出射面と対向する面に部分的に
   形成し、前記マイクロレンズアレイを構成するマイクロ
   レンズの焦点をほぼ前記偏向面上に位置させたことを特
   徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 前記偏向面は、前記光出射面に垂直で前
   記光源と偏向面を結ぶ方向を含む面内において、前記光
   出射面とほぼ４５度の角度を成すことを特徴とする、請
   求項１に記載の面光源装置。
3. 【請求項３】 前記偏向面は、前記光源を中心とする円
   周方向に沿って形成され、前記マイクロレンズアレイ
   は、前記光源を中心とする円周方向に沿って延びたシリ
   ンドリカルレンズによって構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。
4. 【請求項４】 前記導光板の光入射面近傍の領域におい
   て、光源から遠くなるほど前記導光板の厚みが厚くなっ
   ていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装
   置。
5. 【請求項５】 前記導光板の光入射面近傍の領域は、偏
   向面を含まない領域であることを特徴とする、請求項４
   に記載の面光源装置。
6. 【請求項６】 前記光源から遠くなるほど、前記マイク
   ロレンズアレイの密度が大きいことを特徴とする、請求
   項１に記載の面光源装置。
7. 【請求項７】 前記偏向面よりも前記光源に近い側で、
   前記導光板の光出射面と対向する面に凸部を設けたこと
   を特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
8. 【請求項８】 前記光源の光軸を通る断面において、前
   記光出射面の法線に対する光入射面の傾きαが、 ０ ＜ α ＜ （π／２）−arcsin（１／ｎ） （ただし、ｎは導光板の屈折率）を満たすことを特徴と
   する、請求項１に記載の面光源装置。
9. 【請求項９】 前記導光板の上に、複数層のマイクロレ
   ンズアレイを積層したことを特徴とする、請求項１に記
   載の面光源装置。
10. 【請求項１０】 前記マイクロレンズアレイを形成され
    た部材と前記導光板とを互いに位置決めするための嵌合
    手段を備えた、請求項１に記載の面光源装置。