JP2005353506A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光波長の異なる複数の点光源を備えた面光源装置において、導光板の光出射面の全ての領域において、各波長の光の強度がほぼ同等である出射光を得るための方法を提供する。
【解決手段】 発光部３２内には、赤色発光素子３６Ｒ、緑色発光素子３６Ｇ、３６Ｂが内蔵される。発光部３２と導光板３４の光入射面４１との間には、混色部材３３が配置される。混色部材３３は発光部３２側で内径が大きく、光入射面４１側で内径が小さくなった円筒状に形成されており、混色部材３３の内周面は光を反射させる反射壁３９となっている。各発光素子を通過し光入射面４１に垂直な直線は、反射壁３９と交差する。よって、各発光素子から出た光は、直接光入射面４１に到達できず、反射壁３９で反射される。また、各発光素子から出た光は反射壁３９で繰り返し反射された後、光入射面４１に到達し、各波長の光が混色されて白色光となる。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、発光波長ないし発光色の異なる複数の点光源を備えた面光源装置に関する。

発光波長の異なる複数の点光源を同時に発光させ、異なる波長の光を導光板で混色させて混合色で発光させるようにした面光源装置は、液晶表示装置用のバックライトなどとして知られている。

図１はこのような従来例１の面光源装置を示す概略平面図である。この面光源装置１１は、例えば赤色光を発生する発光素子（赤色発光ダイオード）１２Ｒ、緑色光を発生する発光素子（緑色発光ダイオード）１２Ｇ、青色光を発生する発光素子（青色発光ダイオード）１２Ｂを内蔵した発光部１３と、導光板１４とから構成されている。導光板１４は、透光性材料（例えば、透明樹脂材料）によって長方形状に成形されており、その一辺の中央部に対向させて発光部１３が配置されている。発光部１３は、配線基板１５と、配線基板１５に一列に配列された各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを埋設するようにして配線基板１５に取り付けられたレンズ材１６とから構成されている。

しかして、発光部１３で発生した各色の光を導光板１４に入射させると、赤色発光素子１２Ｒで発生した赤色光、緑色発光素子１２Ｇで発生した緑色光、および青色発光素子１２Ｂで発生した青色光が混色して白色光Ｗとなる。そして、混色された白色光Ｗは三角形状に拡がって導光板１４の有効出射領域１７から出射される。ここで、赤色光、緑色光、青色光の投光角αは、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの指向特性によって変わるが、この従来例ではα＝９０°としている。

しかし、このような面光源装置１１では、図１に示すＬ０の長さの範囲において、光の全く届かない領域や、一部の発光色の光しか届かないために青色Ｂ、紫色Ｐ、緑色Ｇ、黄色Ｙなどに色づいた領域が生じている。この有効出射領域１７外の領域の長さＬ０はかなりの長さになるので、有効出射領域１７の全体で白色光Ｗを出射させるためには、導光板１４のかなりの領域を有効出射領域１７として使用することができなくなり、導光板１４のサイズが大きくなり、ひいては面光源装置１１全体が大型化するという問題があった。

図２は従来例２（特許文献１）による面光源装置１８を示す概略平面図である。この面光源装置１８では、赤色発光素子１２Ｒ、緑色発光素子１２Ｇ、青色発光素子１２Ｂを内蔵した発光部１３を導光板１４のコーナー部に配置している。発光部１３を導光板１４のコーナー部に配置すれば、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの投光角α（＝９０°）と発光部１３から見た有効出射領域１７の拡がり角とを一致させることができるので、導光板１４内の光の全く届かない領域をなくすことができ、導光板１４における有効出射領域１７外の領域を小さくして面光源装置１８の小型化を図ることができる。

しかし、この面光源装置１８でも、赤色発光素子１２Ｒの正面方向では赤色光の強度が高く、緑色発光素子１２Ｇの正面方向では緑色光の強度が高く、青色発光素子１２Ｂの正面方向では青色光の強度が高くなっているので、発光部１３の近傍には、赤色Ｒ、黄色Ｙ、緑色Ｇ、紫色Ｐ、青色Ｂなどに色づいて虹色に発光する領域１９が生じる。また、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは間隔をおいて配置しなければならないため、図２に示すように、各発光色の光の出射される範囲が完全に重なり合っておらず、そのため有効出射領域１７の外側には一部の発光色の光しか到達しない領域２０が生じる。よって、これらの領域１９、２０を避けて有効出射領域１７を定めると、結局有効出射領域１７が狭くなり、結局のところ従来例２でも導光板１４の小型化が困難になっていた。

発光色の異なる点光源を用いた場合の導光板の色づきを抑制する方法としては、図３に示す従来例３（特許文献２）のような方法がある。従来例３の面光源装置では、赤色発光素子１２Ｒ、緑色発光素子１２Ｇ、青色発光素子１２Ｂを球面状をした透明な封止樹脂２１によって封止しているので、封止樹脂２１のレンズ作用によって各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂから出た光が拡散されて投光角αが広くなり、発光部１３の直前でも各発光色の光が混色される。

しかし、図３に示すように、赤色発光素子１２Ｒ、緑色発光素子１２Ｇ、青色発光素子１２Ｂの近傍でこれらの配列方向に平行な直線２２を考えると、この直線２２上における各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂから到達する赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの強度は図４に示すようになる。ここで、ＰＲは赤色発光素子１２Ｒの正面方向の点、ＰＧは緑色発光素子１２Ｇの正面方向の点、ＰＢは青色発光素子１２Ｂの正面方向の点である。各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂから出射される光の強度は、それぞれの正面方向において最大となり、また、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを重ねて配置することはできないので、直線２２の上における各発光色の光の強度分布は重なり合わず、少しずつずれている。よって、直線２２上においては、各発光色の光を均等に混合させることはできず、青色発光素子１２Ｂの正面方向の点ＰＢでは、図４に示すように、赤色光Ｒや緑色光Ｇの強度に比べて青色光Ｂの強度が大きくなり、点ＰＢは青色に色づく。同様に、赤色発光素子１２Ｒの正面方向の点ＰＲは赤色に色づき、緑色発光素子１２Ｇの正面方向の点ＰＧは緑色に色づく。この結果、従来例３でも、発光部１３の近傍では導光板が色づいて虹色に発光していた。

図５は従来例４（特許文献３）による面光源装置２３を示す概略斜視図である。この面光源装置２３にあっては、導光板１４の光出射面２５と反対側の面に、発光部１３を中心として同心円状に偏向パターン２４を配置されている。この面光源装置２３にあっては、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂから出射された光は、導光板１４内に入射し、導光板１４の光出射面２５とその反対側の面との間で全反射を繰り返しながら伝搬し、偏向パターン２４で反射されることによって光出射面２５からほぼ垂直な方向へ出射される。

しかし、このような面光源装置２３でも、各発光素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが間隔をおいて配置されているため、各発光色で光出射面２５から出射されるときの指向特性が異なり、そのため色づきが発生する。すなわち、偏向パターン２４が赤色発光素子１２Ｒを中心として同心円状に配置されているとすると、光出射面２５に垂直な方向から見て、赤色光Ｒは偏向パターン２４の長さ方向に対して垂直に入射するので、図５に示すように、偏向パターン２４で反射された赤色光Ｒは光出射面２５に対してほぼ垂直に出射される。これに対し、光出射面２５に垂直な方向から見て、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは偏向パターン２４の長さ方向に対して傾いて入射するので、偏向パターン２４で反射された緑色光Ｇ及び青色光Ｂは図５に示すように光出射面２５に対して傾いた方向へ出射される。

この結果、導光板１４の光出射面２５に垂直な方向にＺ軸を定め、Ｚ軸に対してなす角度をφとしたとき、導光板１４の光出射面２５から出る光の配光特性は、発光部１３の近傍では図６に示すようになり、発光部１３から遠い位置では図７に示すようになる。よって、導光板１４を見る角度によって導光板１４から出射される光の色強度が異なり、光出射面２５が色づいて見えることになる。特に、発光部１３から遠い位置（図７）よりも発光部１３の近傍（図６）で色強度の違いが大きくなるので、発光部１３から遠い位置では色づきは目立ちにくいが、発光部１３の近傍では色づきが顕著になる。

従来例１〜４によって説明したように、発光波長の異なる複数の発光素子を内蔵した発光部を用いた従来の面光源装置では、光の混色による白色光化が不十分で、光出射面における色づき、特に発光部の近傍における色づきが目立ち、導光板を大型化することなくこれを解消することは困難であった。

また、白色光源以外の面光源装置の場合でも、従来の面光源装置では、各発光色の光が均等に混色されないので、色むらが生じ易かった。

特開２００１−３１９５１４号公報 特開平１０−２４７４１１号公報 特許第３１５１８３０号公報

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光波長の異なる複数の点光源を備えた面光源装置において、導光板の光出射面の全ての領域において、各波長の光の強度がほぼ同等である出射光を得ることにある。

本発明にかかる第１の面光源装置は、波長の異なる複数の点光源と、光入射面から導入された光を閉じ込めて伝搬させ、光出射面から外部へ取り出すための導光板とからなる面光源装置において、前記点光源と前記導光板の光入射面との間に、複数の前記点光源から出射された光を反射させて前記入射面から導光板の内側のいずれの方向へも同等の強度で導光板に光を入射させるための反射壁を有する混色手段を設けたことを特徴としている。ここで点光源とは、微小な光源を指すものであって、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）のチップを指す。

本発明の第１の面光源装置にあっては、前記点光源と前記導光板の光入射面との間に混色手段を設け、各点光源から出射された光を混色手段の反射壁で反射させて光入射面から導光板の内側のいずれの方向へも同等の強度で導光板に光を入射させている。従って、導光板の内部において各波長の光が混色されるのでなく、混色手段によって均等に混色された光が導光板内に導入されることになり、導光板内の全ての領域において、特に点光源の近傍においても各波長の光が各方向で均等に混じり合い、均一な色で発光する。また、点光源の近傍においても均一な色で発光させることができるので、導光板の有効出射領域を広くして面光源装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１の面光源装置の実施態様は、前記反射壁に、光を乱反射させるための拡散パターンを設けたことを特徴としている。この実施態様においては、混色手段の反射壁に拡散パターンを設けているので、それぞれの点光源から出射された各波長の光が反射壁で反射することによって拡散され、導光板に入射する際には各方向における強度が同等になり、均一に混色された光が導光板内に導入される。

本発明の第１の面光源装置の別な実施態様においては、前記複数の点光源が、波長のそれぞれ異なる３つの発光ダイオードからなり、３つの前記発光ダイオードは、前記導光板の光入射面から見て略三角形状に配置され、前記反射壁は、前記各光源から前記光入射面に垂直な方向に向けて出射された光を反射するように、前記光源側から前記光入射面側に向かうほど内径が小さくなる筒状（例えば、円筒状や角筒状など）を成している。点光源から出射される光は、正面方向への出射強度が大きいので、点光源からその正面方向に向けて出射された光が直接導光板に入射すると、各点光源の正面方向でその点光源の発光波長の光が強くなり、導光板において発光色のむらが発生する。そこで、この実施態様においては、各点光源から導光板の光入射面に垂直な方向、すなわち正面方向に向けて出射された光を遮断し、その光を反射させるように反射壁を形成している。これにより導光板における各波長の光の強度の均一化を図り、色むらの発生を抑制している。特に、３つの点光源が赤、青、緑の発光ダイオードである場合には、導光板の色づきを抑制して導光板のほぼ全体を白色に発光させることができる。

本発明の第１の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記反射壁は、前記混色手段を構成する基材の表面（内面でも外面でもよい。）に白色塗料、樹脂層、金属メッキ、金属蒸着膜、金属箔をシート状部材でラミネートした素材、金属とシート状部材を貼り合わせた素材のうちいずれかを形成したものであることを特徴としている。すなわち、反射壁は、混色手段を構成する基材の表面に白色塗料、樹脂層、金属箔をシート状部材でラミネートした素材、金属とシート状部材を貼り合わせた素材などを形成して光を拡散反射させるようにしたものでもよく、あるいは、混色手段の基材表面に金属メッキ、金属蒸着膜などを形成して光を正反射させるようにしたものであってもよい。このように基材の表面に形成する材料を適宜選択することにより、導光板に入射する光の指向性を目的に応じて変化させることができる。

本発明の第１の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記混色手段が金属材料によって筒状に形成され、前記反射壁は前記混色手段の内面により形成されていることを特徴としている。この実施態様によれば、金属製の混色手段の内面により形成された反射壁で各発光波長の光を正反射させて混色させることができる。

本発明の第１の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記混色手段を構成する基材を透光性材料によって形成し、この基材とその周囲の媒質との屈折率の違いによって光を反射させるようにしている。この実施態様によれば、混色手段を構成する基材の界面で各発光波長の光を全反射させて混色させることができる。また、この実施態様においては、前記混色手段が、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、前記点光源から前記導光板の光入射面に向かうほど幅が広がる形状となっており、前記混色手段の前記光入射面と対向する面に、前記各点光源から前記光入射面に垂直な方向に向けて出射された光を反射させるための光反射部が設けられていてもよい。この場合には、混色手段の光入射面と対向する面において、各点光源の正面方向に光反射部を設けているので、各点光源から正面方向へ出射された光が直接光入射面に入射するのを妨げることができ、各点光源から正面方向へ出射された光によって色強度の偏りが生じるのを防ぐことができる。また、各点光源から出射された光を光反射部や混色手段の外周面の反射壁で反射させることにより、各点光源の光を均等に混色させて光入射面に入射させることができる。また、この実施態様においては、前記混色手段が、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て多角形状を成しており、複数の前記点光源はそれぞれ前記混色手段の異なる辺から混色手段に光を入射させるように配置され、前記混色手段の内部に、前記各点光源から前記光入射面に垂直な方向に向けて出射された光を反射させるための光反射部が設けられていてもよく、さらに、この光反射部は混色手段の内部に設けた空気層であってもよい。この場合には、混色手段の内部に光反射部を設け、各点光源から正面方向へ出射された光を光反射部で妨げることによって直接光入射面に入射できないようにしており、各点光源から正面方向へ出射された光によって色強度の偏りが生じるのを防ぐことができる。また、各点光源から出射された光を光反射部や混色手段の外周面の反射壁で反射させることにより、各点光源の光を均等に混色させて光入射面に入射させることができる。

本発明の第１の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記混色手段と前記導光板の光入射面との間に、光拡散板を設けたことを特徴としている。この実施態様においては、混色手段によって混色された各波長の光がさらに光拡散板によって拡散されるので、各波長の光を均等に拡散させて混色させる効果をより一層高めることができる。

本発明の第２の面光源装置は、波長の異なる複数の点光源と、光入射面から導入された光を閉じ込めて伝搬させ、光出射面から外部へ取り出すための導光板とからなる面光源装置において、前記導光板の光入射面と光出射面との間に、複数の前記点光源から出射された光を反射させ、前記光出射面に垂直な方向から見て前記導光板の光出射面側のいずれの方向へも同等の強度で光を入射させる反射壁を有する混色手段を設けたことを特徴としている。

本発明の第２の面光源装置にあっては、前記導光板に混色手段を設け、各点光源から出射された光を混色手段の反射壁で反射させて光出射面側のいずれの方向へも同等の強度で光を入射させている。従って、導光板に入射した光は混色手段によって均等に混色されてから導光板の内側へ導入されることになり、導光板内のほぼ全体、特に導光板の有効出射領域のうち混色手段の近傍においても各波長の光が各方向で均等に混じり合い、均一な色で発光する。また、導光板の混色手段の外部では均一な色で発光させることができるので、導光板の有効出射領域を広くして面光源装置の小型化を図ることができる。

本発明の第２の面光源装置のある実施態様は、前記反射壁が、前記導光板にスリットを設けることにより形成されている。この実施態様では、導光板にスリットを設けることによって簡単に反射壁を備えた混色手段を形成することができる。

本発明の第２の面光源装置の別な実施態様においては、前記混色手段の内部に、前記点光源からの出射光を拡散させるための拡散パターンを設けている。この実施例においては、混色手段の内部に拡散パターンを設けて光を拡散させるようにしているので、混色手段において光を各方向へ拡散させて混色させる作用をより高めることができる。

本発明の第１及び第２の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記導光板の光出射面と反対側の面に、相互に間隔をあけて配置された複数の偏向パターン素子からなる偏向パターン領域が形成され、前記偏向パターン素子は、その形状に長手方向の方向性を有し、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記偏向パターン素子の長手方向は、前記光入射面の中央と当該偏向パターン素子を結ぶ方向と垂直となるように配置されており、前記第１及び第２の面光源装置の混色手段によって、導光板の光入射面から混色させた光を入射させるようにしたことを特徴としている。

かかる実施態様にあっては、導光板内に設けられた偏向パターン素子により、光入射面の各点から入射された光を面状に広げ、導光板の光出射面から指向性の狭い光を出射させることができるので、点光源を用いて光利用効率が高く、輝度の高い面光源装置を製作することができる。また、光入射面から導光板内に入射される光は、混色手段によって光入射面の各点で各点光源からの出射光の強度および方向が均一化されているので、導光板内のほぼ全体において、特に点光源の近傍においても均一な色の光を出射させることができる。

なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものでないことは勿論である。

図８は本発明の実施例１による面光源装置３１を示す斜視図である。図９は当該面光源装置３１の混色部材３３を示す拡大斜視図である。図１０は当該面光源装置３１における光の挙動を説明するための断面図である。図１１は当該面光源装置３１の混色部材３３の働きを説明するための断面図である。実施例１の面光源装置３１は、発光部３２、混色部材３３、導光板３４及び反射シート３５からなる。

発光部３２は、図９に示すように、赤色発光ダイオードのベアチップである赤色発光素子３６Ｒ、緑色発光ダイオードのベアチップである緑色発光素子３６Ｇ、青色発光ダイオードのベアチップである青色発光素子３６Ｂを備えており、これらは三角形状（好ましくは、正三角形状）に配置されている。また、これらの発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂは、図１０に示すように、透光性樹脂３７によって封止されており、透光性樹脂３７の外周面及び背面は白色樹脂のような光反射率の高い材料からなる外装樹脂３８によって覆われている。しかして、赤色発光素子３６Ｒ、緑色発光素子３６Ｇ、青色発光素子３６Ｂを発光させると、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから出射された赤色光、緑色光、青色光は、透光性樹脂３７の前面から直接に出射され、あるいは透光性樹脂３７と外装樹脂３８の界面で反射された後に透光性樹脂３７の前面から出射される。こうして透光性樹脂３７の前面から出射された光は、透光性樹脂３７の前面においては、それぞれの発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの正面方向で強度が大きくなっている。すなわち、赤色光は、赤色発光素子３６Ｒの正面方向で強度が大きくなっており、緑色光は、緑色発光素子３６Ｇの正面方向で強度が大きくなっており、青色光は、青色発光素子３６Ｂの正面方向で強度が大きくなっている。

混色部材３３は発光部３２と導光板３４の間に配置されており、発光部３２側で内径が大きく、導光板３４側で内径が小さな円筒状または角筒状に形成されている。混色部材３３の内周面または外周面（混色部材３３の基材が透明である場合）には、光反射率の高い反射壁３９が形成されている。この反射壁３９は、光を正反射させるものでもよく、光を乱反射させるものでもよい。

混色部材３３の構造は、内部に入った光を反射させることのできるものであれば、どのようなものであっても差し支えない。例えば、筒状の混色部材３３をアルミニウム等の金属材料で形成し、その内面を鏡面仕上げ又は粗面仕上げして反射壁３９を形成すればよい。筒状をした基材の内周面、あるいは透明樹脂材料により成形された筒状の基材の外周面に、金属メッキや金属蒸着膜を形成することにより、光を正反射する反射壁３９を形成してもよい。筒状をした基材の内周面、あるいは透明樹脂材料により成形された筒状の基材の外周面に、白色塗料の塗膜や樹脂層を形成して反射光の指向性の高い反射壁３９を形成してもよい。また、金属箔の両面を樹脂等のシート状部材でラミネートしたもの、あるいは金属と樹脂等のシート状部材を貼り合わせたものを基材の内周面などに貼り付けてもよい。また、金属箔の両面を樹脂等のシート状部材でラミネートしたもの、あるいは金属と樹脂等のシート状部材を貼り合わせたものを筒状にして混色部材３３を形成してもよい。また、筒状をした基材の内周面等に拡散反射塗料を塗布して反射壁３９を形成し、混色部材３３の反射壁３９で光を乱反射させるようにしてもよい。

導光板３４はポリカーボネイト樹脂、メタクリル樹脂等の透光性を有する樹脂によって成形されており、導光板３４の一辺には窪み状または上下の開放された切欠き状の凹部４０が形成されている。混色部材３３の小径側の端部は、当該凹部４０内に挿入されている。また、この凹部４０の奥面は光入射面４１となっており、光入射面４１には光拡散板（結合パターン）４５が形成されている。この光拡散板４５は、光入射面４１における反射を抑制して入射光と導光板３４との結合効率を向上させると共に、光入射面４１に入射した光を導光板３４内で散乱させる働きをしている。導光板３４の光出射面４３と反対側の面には、三角プリズム状をした多数の偏向パターン素子４２を配列させて偏向パターン領域が形成されており、光出射面４３で当該偏向パターン領域と対向する領域が有効出射領域４４（発光面）となっている。

偏向パターン領域に形成された偏向パターン素子４２は、光出射面４３に垂直な方向から見て、光入射面４１の中央を中心とする同心円状に配置されている。すなわち、三角プリズム状をした偏向パターン素子４２は長手方向の方向性を有しており、各偏向パターン素子４２は、光入射面４１と当該偏向パターン素子４２とを結ぶ方向が当該偏向パターン素子４２の長さ方向に垂直となるように配置されている。偏向パターン素子４２は、光入射面４１に近い側ではパターン密度が小さくなっており、光入射面４１から遠くなるに従ってパターン密度が大きくなっており、それによって有効出射領域４４における輝度の均一化を図っている。

反射シート３５は、アルミニウムシート等の金属シートによって形成されており、光出射面４３の裏面に対向して配置されている。この反射シート３５は、導光板３４の裏面から漏れた光を正反射させて導光板３４内に戻し、光量損失を小さくする働きをしている。

しかして、この面光源装置３１にあっては、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから出射された赤色光、緑色光、青色光は、混色部材３３内で反射壁３９によって正反射又は拡散反射されることによって混色される。混色部材３３の働きを図１１により説明する。混色部材３３の小径側の内径は、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂを結ぶ円の半径よりも小さくなっており、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから光入射面４１に垂直に延ばした直線は、反射壁３９と交わるようになっている。その結果、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから正面方向に出射されたそれぞれの光は、直接光入射面４１に入射することはできず、反射壁３９で１回又は２回以上反射した後、光入射面４１に入射する。そのため、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの正面方向に強い光が出射されて導光板３４が色づくのを防止することができる。また、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから任意の方向へ出射された光も、混色部材３３の反射壁３９で１回又は２回以上反射されて光入射面４１に到達するので、光入射面４１の各点では赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂがいろいろな方向から入射し、均等に入り混じって白色光Ｗとなる。光入射面４１に入射した白色光Ｗは、光拡散板４５によって散乱され、光入射面４１を中心として放射状に広がる。

こうして導光板３４内に入射した光は、図１０に示すように、導光板３４の光出射面４３とその反対側の面との間で全反射を繰り返しながら発光部３２から遠くなる方向へ拡がり、偏向パターン素子４２で反射されると、光出射面４３からほぼ垂直な方向へ向けて出射される。

実施例１の面光源装置３１では、導光板３４の光入射面４１に入射する光は、混色部材３３によって白色光Ｗに混色されているので、導光板３４の全体を白色に発光させることができ、発光部３２の近傍においても導光板３４が色づきにくくなる。そして、導光板３４が色づきにくくなるので、導光板３４の有効出射領域４４を広くすることができ、面光源装置３１を小型化することができる。

図１２及び図１３に示すものは実施例１の変形例である。上記実施例１では、筒状の混色部材３３を用いたが、この変形例では、屈折率が大きくて透光性を有する樹脂又はガラスによって形成された中実の円柱状又は角柱状をした混色部材３３を用いている。混色部材３３は、発光部３２と対向する側で外径が大きく、光入射面４１と対向する側で外径が小さくなっている。この変形例では、図１３に示すように、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから出射した光は、混色部材３３の端面から混色部材３３内に入射し、混色部材３３内において混色部材３３の外周面（反射壁３９）で全反射を繰り返して混色され、他方の端面から出射して導光板３４の光入射面４１に到達する。なお、この変形例においても、混色部材３３の外周面に上記実施例１と同様に金属メッキや拡散反射塗料の塗膜などを形成して反射壁３９を設けてもよい。

図１４は本発明の実施例２による面光源装置５１を示す概略断面図である。図１５（ａ）は図１４のＸ−Ｘ線に沿った拡大断面図、図１５（ｂ）は図１４の断面と平行な断面における拡大断面図である。図１５（ａ）では、赤色発光素子３６Ｒ、緑色発光素子３６Ｇ、青色発光素子３６Ｂは発光部３２内で一列に配置されているが、三角形状に配置されていてもよい。但し、以下においては、実施例２では各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂが一列に配列されているものとして説明する。混色部材３３は、屈折率が大きくて透光性を有する樹脂又はガラスによって形成されており、平面視及び側面視では台形状をしている。混色部材３３の発光部３２と対向している端面の幅は、発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの配列されている長さよりも長くなっており、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂは混色部材３３の当該端面と対向している。混色部材３３は、発光部３２と対向する端面よりも、光入射面と対向する端面の方が幅広となっている。また、混色部材３３の光入射面４１と対向している端面には、円錐状又は角錐状をした光反射部５２が３つ凹設されており、各光反射部５２は各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの正面方向と正対している。また、混色部材３３のテーパーのついた外周面は、空気との屈折率差により光を全反射させる反射壁３９となっている。実施例２の反射壁３９は全反射によって光を反射させるものであるが、混色部材３３の外周面を金属メッキや金属蒸着膜等で覆って反射壁３９を形成しても差し支えない。

従って、この面光源装置５１にあっても、図１６に示すように、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから出射した光は、光反射部５２に遮られ、直接光入射面４１に入射することがない。また、各光反射部５２に入射した光は、光反射部５２及び混色部材３３の反射壁３９で全反射されながら導光され、いろいろな方向から光入射面４１の各点に入射する。従って、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの前方に強い強度の光が入射して色づくのが防止され、また、光入射面４１の各点で各発光色の光が均等に混色されて白色化される。

こうして導光板３４内に入射した白色光Ｗは、偏向パターン素子４２で反射されると、光出射面４３から光出射面４３とほぼ平行な方向へ出射され、さらにプリズムシート５３で光出射面４３に垂直な方向へ光の方向を曲げられる。

なお、この実施例２では、混色部材３３は台形状に形成されているが、図１７に示すように、直方体状に形成されていてもよい。

また、実施例２の変形例としては、混色部材３３の外周面に拡散パターンを形成したり、拡散反射塗料を塗布したりして混色部材３３の外周面で光を拡散反射させるようにしてもよい。

図１８は実施例３による面光源装置６１を示す概略断面図、図１９はその混色部材３３の構造を示す平面図である。実施例３では、多角形平板状をした混色部材３３の中央部に三角形状の空洞（空気層）を上下に貫通させて光反射部６２を形成している。また、混色部材３３の外周面は、空気との屈折率差によって内部の光を全反射させる反射壁３９となっている。また、赤色発光素子３６Ｒ、緑色発光素子３６Ｇ、青色発光素子３６Ｂは個別の発光部３２として構成されており、各発光部３２は混色部材３３の異なる辺に対向させて配置され、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの正面方向には光反射部６２が対向している。

しかして、この面光源装置６１においても、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから出射された光は、光反射部６２に妨げられるので、直接光入射面４１に入射することがなく、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの正面方向で導光板３４が色づくのを防ぐことができる。また、発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから各方向へ出射された光も、混色部材３３の反射壁３９及び光反射部６２で何度か反射された後、光入射面４１に入射する。そのため、光入射面４１の各点においては、各発光色の光がいろいろな方向から入射して均等に混じり合い白色光となる。

図２０は実施例４による面光源装置７１を示す平面図、図２１はその混色部材３３を示す拡大平面図である。実施例４は混色部材３３を導光板３４と一体に形成したことを特徴としている。実施例４の面光源装置では、導光板の一辺の中央部において斜めに一対のスリット７２を切り込ませ、スリット７２間に台形状をした混色部材３３を形成している。台形状をした混色部材３３の幅が狭い側の辺は光入射面４１となっており、幅が広い側の辺は導光板３４の有効出射領域４４に対向している。また、スリット７２によって形成された混色部材３３の側面が反射壁３９となっている。

発光部３２内には赤色発光素子３６Ｒ、緑色発光素子３６Ｇ、青色発光素子３６Ｂが封止されており、これらの発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂは直線状又は三角形状に配置されている。発光部３２は導光板３４の光入射面４１に対向するように配置されている。

また、混色部材３３の内部には、複数の微細な拡散パターン７３が形成されている。例えば、混色部材３３を上下に貫通する貫通孔を多数設けることによって拡散パターン７３を形成している。

しかして、実施例４の面光源装置７１にあっては、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから正面方向へ向けて出射された光は、拡散パターン７３で拡散反射されることによって直接有効出射領域４４内に入射することがなく、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂの正面方向で導光板３４が色づくのを防止される。また、各発光素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂから出射された光は、拡散パターン７３及び反射壁３９で繰り返し反射され、有効出射領域４４の縁においてはいろいろな方向から入射した各発光波長の光が混じり合って白色光となる。よって、有効出射領域４４のほぼ全体から白色光を出射させることができ、有効出射領域４４における色づきを防止することができる。また、混色部材３３から出射される光が十分に混色されて白色光となるので、面光源装置７１を小型化することができる。

また、この面光源装置７１では、混色部材３３が導光板３４と一体に形成されているので、面光源装置７１の組立が容易になる。さらに、混色部材３３は導光板３４にスリット７２を切り込むだけで簡単に形成することができる。

図２２は本発明の実施例５による面光源装置８１を示す概略斜視図である。実施例５の面光源装置８１は、導光板３４の一辺の中央部に設けた凹部４０に一部挿入するようにして混色部材３３（これまで説明したようないずれかの混色部材）が配置されている。導光板３４の光出射面４３と反対側の面は、複数の偏向パターン素子４２が相互に間隔をあけて配置された偏向パターン領域となっている。この偏向パターン素子４２は、その形状に長手方向の方向性を有し、光出射面４３に垂直な方向から見たとき、各偏向パターン素子４２の長手方向は、光入射面４１の中央と当該偏向パターン素子４２を結ぶ方向と垂直となるように配置されている。そして、各発光素子から出射された光は、混色手段によっていずれの方向にも同等な強度となるように散乱され、導光板３４の光入射面４１へ混色させた光を入射させるようにしている。

こうして混色されて光入射面４１の各点から導光板３４内に導入された光は、導光板３４内において面状に拡がり、導光板３４内に設けられた偏向パターン素子４２により反射されることにより、導光板３４の光出射面４３から指向性の狭い白色光Ｗとして出射される。よって、実施例５によれば、点光源状の発光素子を用いて光利用効率が高く、輝度の高い面光源装置８１を製作することができる。また、光入射面４１から導光板３４内に入射された光は、混色部材３３によって光入射面４１の各点で各発光素子からの出射光の強度および方向が均一化されているので、導光板３４内のほぼ全体において、特に発光素子の近傍においても均一な色の光を出射させることができる。

なお、上記実施例においては、混色部材を導光板の一辺の中央部に配置しているが、混色部材を導光板のコーナー部に配置してもよい。また、上記実施例では、三色の光を混色させて白色光を得る場合について説明したが、２色以上の光を混色させて別な発光色を得る（例えば、青色光と赤色光を混色させて面光源装置を紫色に面発光させる）ようにしていてもよい。

以上の実施例により説明したように、本発明の面光源装置によれば、発光波長の異なる複数の点光源を備えた面光源装置において、各点光源から出射された光を混色手段によって混色させてから導光板に入射させるため、導光板の光出射面の全ての領域において均一な色の出射光を得ることができる。

従来例１による面光源装置を示す概略平面図である。 従来例２による面光源装置を示す概略平面図である。 従来例３の面光源装置における発光部の近傍の構造を示す概略図である。 従来例３の面光源装置において、発光部と対向する直線上における赤色光、緑色光、青色光の強度分布を示す図である。 従来例４による面光源装置を示す概略斜視図である。 従来例４の面光源装置において、発光部の近傍での各発光色の指向特性を示す図である。 従来例４の面光源装置において、発光部から遠い位置での各発光色の指向特性を示す図である。 本発明の実施例１による面光源装置を示す斜視図である。 同上の面光源装置の発光部近傍を示す拡大図である。 実施例１の面光源装置における光の挙動を説明するための概略断面図である。 実施例１の面光源装置における混色部材の働きを説明するための断面図である。 実施例１の変形例を示す一部拡大した斜視図である。 実施例１の変形例における混色部材の働きを説明する図である。 実施例２による面光源装置を示す概略断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の面光源装置に用いられている発光部及び混色部材の構造を示す水平断面図及び縦断面図である。 実施例２において用いられている混色部材の働きを説明する図である。 実施例２の変形例を示す平面図である。 実施例３による面光源装置を示す概略断面図である。 同上の面光源装置に用いられている混色部材の構造とその働きを説明するための拡大平面図である。 実施例４による面光源装置を示す平面図である。 同上の面光源装置に設けられて混色部材の構造とその働きを説明するための拡大平面図である。 実施例５による面光源装置を示す斜視図である。

符号の説明

３１ 面光源装置
３２ 発光部
３３ 混色部材
３４ 導光板
３６Ｂ 青色発光素子
３６Ｇ 緑色発光素子
３６Ｒ 赤色発光素子
３９ 反射壁
４１ 光入射面
４２ 偏向パターン素子
４３ 光出射面
４４ 有効出射領域
４５ 光拡散板
５１ 面光源装置
５２ 光反射部
６１ 面光源装置
６２ 光反射部
７１ 面光源装置
７２ スリット
７３ 拡散パターン

Claims (14)

1. 波長の異なる複数の点光源と、光入射面から導入された光を閉じ込めて伝搬させ、光出射面から外部へ取り出すための導光板とからなる面光源装置において、
   前記点光源と前記導光板の光入射面との間に、複数の前記点光源から出射された光を反射させて前記入射面から導光板の内側のいずれの方向へも同等の強度で導光板に光を入射させるための反射壁を有する混色手段を設けたことを特徴とする面光源装置。
2. 前記反射壁に、光を乱反射させるための拡散パターン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。
3. 前記複数の点光源は、波長がそれぞれ異なる３つの発光ダイオードからなり、３つの前記発光ダイオードは、前記導光板の光入射面から見て略三角形状に配置され、前記反射壁は、前記各光源から前記光入射面に垂直な方向に向けて出射された光を反射するように、前記光源側から前記光入射面側に向かうほど内径が小さくなる筒状を成し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. 前記反射壁は、前記混色手段を構成する基材の表面に白色塗料、樹脂層、金属メッキ、金属蒸着膜、金属箔をシート状部材でラミネートした素材、金属とシート状部材を貼り合わせた素材のうちいずれかを形成したものであることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
5. 前記混色手段は金属材料によって筒状に形成され、前記反射壁は前記混色手段の内面により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。
6. 前記混色手段を構成する基材を透光性材料によって形成し、この基材とその周囲の媒質との屈折率の違いによって光を反射させるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
7. 前記混色手段は、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、前記点光源から前記導光板の光入射面に向かうほど幅が広がる形状となっており、前記混色手段の前記光入射面と対向する面に、前記各点光源から前記光入射面に垂直な方向に向けて出射された光を反射させるための光反射部が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
8. 前記混色手段は、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て多角形状を成しており、複数の前記点光源はそれぞれ前記混色手段の異なる辺から混色手段に光を入射させるように配置され、前記混色手段の内部に、前記各点光源から前記光入射面に垂直な方向に向けて出射された光を反射させるための光反射部が設けられたことを特徴とする、請求項６に記載の面光源装置。
9. 前記光反射部は、前記混色手段の内部に設けた空気層であることを特徴とする、請求項８に記載の面光源装置。
10. 前記混色手段と前記導光板の光入射面との間に、光拡散板を設けたことを特徴とする、請求項１ないし９にいずれかに記載の面光源装置。
11. 波長の異なる複数の点光源と、光入射面から導入された光を閉じ込めて伝搬させ、光出射面から外部へ取り出すための導光板とからなる面光源装置において、
    前記導光板の光入射面と光出射面との間に、複数の前記点光源から出射された光を反射させ、前記光出射面に垂直な方向から見て前記導光板の光出射面側のいずれの方向へも同等の強度で光を入射させる反射壁を有する混色手段を設けたことを特徴とする面光源装置。
12. 前記反射壁は、前記導光板にスリットを設けることにより形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の面光源装置。
13. 前記混色手段の内部に、前記点光源からの出射光を拡散させるための拡散パターンを設けたことを特徴とする、請求項１１に記載の面光源装置。
14. 前記導光板の光出射面と反対側の面に、相互に間隔をあけて配置された複数の偏向パターン素子からなる偏向パターン領域が形成され、
    前記偏向パターン素子は、その形状に長手方向の方向性を有し、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記偏向パターン素子の長手方向は、前記光入射面の中央と当該偏向パターン素子を結ぶ方向と垂直となるように配置されており、前記混色手段によって、導光板の光入射面から混色させた光を入射させるようにしたことを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載の面光源装置。

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