JP2006294343A - Ｌｅｄ面状光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤ光源から出射された単色光を導光板内で効率的にミキシングさせることにより、寸法を小さくすることができるＬＥＤ面状光源装置を提供すること。
【解決手段】 ＬＥＤ面状光源装置１では、導光板２と、波長の異なる単色光を前記導光板の端面の入射部に向けて照射するＬＥＤ光源４とを備え、導光板は、透明樹脂中に拡散剤が均一に分散させられている光散乱導光板であり、拡散剤の濃度ｙ（ｐｐｍ）は、前記透明樹脂と拡散剤との屈折率差ｘが、０．０１≦ｘ≦０．１のときには、１００≦ｙ≦１０００（ｐｐｍ）、屈折率差ｘが０．１＜ｘ＜０．５のときには１０≦ｙ≦５００（ｐｐｍ）、および、屈折率差ｘが０．５≦ｘのときには、１≦ｙ≦１０（ｐｐｍ）の範囲であり、導光板の上面および下面に光出射機構１０、１４、１６が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ面状光源装置に関し、詳細には、異なる波長の単色光を出射する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）からの単色光を混合して使用するＬＥＤ面状光源装置に関する。

液晶パネル等のディスプレイパネルを照らす面状光源装置として、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたＬＥＤ面状光源装置が知られている。ＬＥＤ面状光源装置には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を発する３種類のＬＥＤをセットにして用い、各ＬＥＤから発せられる単色光をミキシングすることによって白色光を作り出すタイプ（以下、「ＲＧＢ−ＬＥＤ面状光源装置」と呼ぶ。）のものがある。

このようなＲＧＢ−ＬＥＤ面状光源装置としては、ＬＥＤを導光板の端面に対向させてアレイ状に配列してＬＥＤからの光を導光板の端面に入射させるエッジライト方式、ＬＥＤを拡散板の直下にアレイ状に配列し拡散板によって光を拡散させる直下方式等がある。
本発明は、このような従来技術に基づいてなされたものである。

ここで、ＲＧＢ−ＬＥＤ面状光源装置は、３種類の単色光をミキシングして白色光を得る原理であるので、単色光をミキシングして白色光にするために単色光を発するＬＥＤの下流側に所定長のミキシング部分を設ける必要がある。

このため、エッジライト方式では、所定長のミキシング部分を確保するため、ＬＥＤを導光板の縁から外方に離して配置する必要がある。また、ＬＥＤを導光板の縁に近接して配置する場合には、導光板の周縁部がミキシング部分として使用されるので、導光板の寸法がＬＣＤ等の被照射物より大きくなり、ＬＣＤの「額縁」の寸法が大きくなるという問題がある。

又、直下方式でも、所定長のミキシング部分を確保するためにＬＥＤ光源を拡散板等から後方に離して配置しなければならず、この結果、面状光源装置が厚くなってしまうという問題がある。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、ＬＥＤ光源から出射された単色光を導光板内で効率的にミキシングさせることにより、寸法を小さくすることができるＬＥＤ面状光源装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、導光板と、波長の異なる単色光を前記導光板の端面の入射部に向けて照射するＬＥＤ光源と、を備えたＬＥＤ面状光源装置であって、前記導光板は、透明樹脂中に拡散剤が均一に分散させられている光散乱導光板であり、該拡散剤の濃度ｙ（ｐｐｍ）は、前記透明樹脂と拡散剤との屈折率差ｘが、０．０１≦ｘ≦０．１のときには、１００≦ｙ≦１０００（ｐｐｍ）、屈折率差ｘが０．１＜ｘ＜０．５のときには１０≦ｙ≦５００（ｐｐｍ）、および、屈折率差ｘが０．５≦ｘのときには、１≦ｙ≦１０（ｐｐｍ）の範囲であり、前記導光板の上面および下面に光出射機構が形成されている、ことを特徴とするＬＥＤ面状光源装置が提供される。

このような構成によれば、ＬＥＤ光源から導光板の端面に照射された単色光が、導光板に含まれる拡散剤の作用によって高い割合で拡散されるので、単色光は短い距離でミキシングされる。この結果、導光板の周縁に大きなミキシング部分を設ける必要がなくなり、小さな寸法で、色むらのない高輝度のＬＥＤ面状光源装置を提供することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記導光板の入射部に、光拡散手段あるいは光偏向手段が設けられている。
このような構成によれば、ＬＥＤ光源から照射された単色光が、短いミキシング距離で混合されることで、色むらのない白色光を得ることができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記導光板の入射部近傍の上面および下面の少なくとも一方に光拡散手段あるいは光偏向手段が設けられている。
このような構成によれば、ＬＥＤ光源から照射された単色光は、導光板の入射部近傍の光偏向手段によって偏向されるので、より短いミキシング距離で混合される。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記導光板の下面に形成される光出射機構が、前記導光板の下面に設けられた白色ドット印刷或いは凹凸形状により形成されている。
このような構成によれば、導光板に入射した光を導光板の出射面から効率よく取り出すと共に、出射光の分布を制御することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記光出射機構が、前記導光板の下面に設けられた低屈折率部と高屈折率部が交互に配置された層と、導光板下面に導光方向に垂直な鋸歯状プリズムとにより構成されている。
このような構成によれば、導光板に入射した光を導光板の出射面から効率よく取り出すと共に、出射光の分布を制御することができる。

本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＬＥＤ光源は、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤと、を含む。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の入射部に斜め方向から光を入射させるように配置されている。

本発明によれば、ＬＥＤ光源から出射された単色光を導光板内で効率的にミキシングさせることにより、寸法を小さくすることができるＬＥＤ面状光源装置が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態のＬＥＤ面状光源装置について説明する。図１は、本発明の第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置１の構造を概略的に示す断面図である。

図１に示されているように、ＬＥＤ面状光源装置１は、矩形板状の導光板２と、導光板２の両側に沿って配列された複数の複数のＬＥＤ４を備えている。ＬＥＤ４は、出射した光が、導光板２の両側端面であり入射部とされる入射端面２ａに入射するように、導光板２の各側端の全長にわたって、所定間隔で配列されている。
複数のＬＥＤ４の各々は、３種類の単色ＬＥＤ、すなわち、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤ４ａと、緑色の単色光を発する緑色ＬＥＤ４ｂと、青色の単色光を発する青色ＬＥＤ４ｃを備えている。

これらのＬＥＤ４は、ＬＥＤチップの側方に大部分の光を出射する指向性を持った、いわゆるサイド出射タイプである。ＬＥＤ４として、例えば、Lumileds社のLuxeon Emitterのサイドエミッタータイプが使用される。このようなサイド出射タイプのＬＥＤによれば、ＬＥＤ光源の側方より光が出射されるため、単色光同士の混色が容易にできる。

さらに、本実施形態では、ＬＥＤ４は、図１に示されているように、導光板２の入射端面（入射部）２ａに斜めに光を入射させるように傾けて配置されている。このような配置により、ＬＥＤ４からの単色光が、導光板２の下に配置された反射シート１２（後述）で散乱・反射され易くなり、また、高次モードの光が導光板２に入射されることで、単色光の混色がより効率的に行なうことができる。

ＬＥＤ４の傾斜角度は、ＬＥＤ４から出射した光が、導光板２の入射端面２ａに対して８９°ないし７０°の角度をなして入射するように設定されるのが好ましく、８５ないし８０°の角度をなして入射するように設定されるのがより好ましい。すなわち、ＬＥＤ４を導光板２の下面２ｂに対して１〜２０°の角度、傾斜させることが好ましく、５〜１０°の角度、傾斜させることがより好ましい。

入射端面２ａに対して８９°以上の角度で入射させることで、ＬＥＤ４からの単色光を効率的に混色させることができ、入射端面２ａに対して７０°以下で入射させることで、導光板２の入射端面２ａへの入射効率の低下を抑えることができる。

導光板２の両側には、導光板２の入射端面２ａを覆うように、断面「コ」字状のリフレクタ６が取付けられ、ＬＥＤ４は、入射端面２ａとリフレクタ６の間に形成された空間内に配置されている。リフレクタ６は、内側にコーティングが施されるなどして、ＬＥＤ４から入射端面２ａと反対方向に向けて出射された光を、導光板２の入射端面２ａに向けて反射するように構成されている。

導光板２は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳｔ（ポリスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＭＳ（メタクリル−スチレン共重合樹脂）、ＣＯＰ（環状ポリオレフィン樹脂）等の透明樹脂で構成されている。

導光板２は、図１に「○」で模式的に示すように、透明樹脂内に拡散剤Ｄが分散させられている光散乱導光板である。導光板２に入射した単色ＬＥＤ（４ａ、４ｂ、４ｃ）からの単色光が、拡散剤によって光散乱され、短いミキシング距離で混色され白色光となる。

本実施形態では、拡散剤Ｄは、導光板２を構成する透明樹脂と屈折率が異なる物質であり、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタンなどの無機系微粒子や、シリコンビーズ、ＰＭＭＡビーズ、ＭＳビーズ、スチレンビーズなどの有機系微粒子が使用される。拡散剤の平均粒子径は、０．１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。拡散剤Ｄの平均粒子径が、０．１μｍ以上であれば、光散乱の波長依存性が小さくなり、導光板２からの出射光の色調変化が小さくなる。また、５０μｍ以下であれば、散乱光によるギラツキおよび輝度ムラがない均一な面光源を得ることができる。拡散剤粒子の形状は、不定形状、球形状、楕円形状、針形状、四角形状などから使用目的等に応じ、適宜選択される。

導光板２内における拡散剤Ｄによる光散乱性が高いほど、単色ＬＥＤ（４ａ、４ｂ、４ｃ）からの単色光を、短距離で白色光に混色することができるが、その反面、拡散剤Ｄによる光散乱性が高いほど導光板２の中央まで光が届きにくくなり、輝度が均一な面光源を構成することが難しくなる。そのため、拡散剤Ｄの含有量は、拡散剤の種類（拡散剤と透明樹脂との屈折率差）、粒子径、粒子の表面形状等の種々の条件を勘案して選択される。

透明樹脂と拡散剤との屈折率差が小さい拡散剤では、透明樹脂内での拡散剤の含有量をある程度、高くしないと、光散乱性を高める効果が得られないが、透明樹脂との屈折率差が大きい拡散剤は、透明樹脂内での拡散剤の含有量が低い状態でも、光散乱性を高める効果を得ることができる。

本実施形態では、ミキシング性と導光性を両立させるために、樹脂材料との屈折率差ｘが０．０１≦ｘ≦０．１の範囲にある拡散剤の場合は拡散剤含有量ｙを１００≦ｙ≦１０００（ｐｐｍ）の範囲、屈折率差ｘが０．１＜ｘ＜０．５の範囲にある拡散剤の場合は拡散剤含有量ｙを１０≦ｙ≦５００（ｐｐｍ）の範囲に、屈折率差ｘが０．５≦ｘの範囲にある拡散剤の場合は、１≦ｙ≦１０（ｐｐｍ）の範囲で拡散剤を均一分散させることが良い。

導光板２の入射端面２ａには、光拡散手段あるいは光偏向手段８が設けられている。光拡散手段は、例えば、導光板２の入射部端面２ａを粗面化することによって入射部端面２ａに形成されている。粗面としては、導光板２の板厚方向に対して垂直方向にランダムな筋状となる異方性拡散機能を持った粗面が好ましい。導光板２の入射端面２ａを粗面化する方法としては、サンドブラスト、機械切削、サンドペーパーによる切削、ＵＶ樹脂などの透明樹脂による粗面の転写、熱による粗面の転写および賦型、異方性拡散フィルムの貼り合わせ等による公知の技術が使用される。

また、光偏向手段としては、多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成されたプリズムが挙げられる。プリズムは、導光板２の板厚方向に対して垂直方向に筋状となる異方性偏向機能を持った形状が好ましい。導光板２の入射端面２ａに光偏向手段を設ける方法としては、機械切削、ＵＶ樹脂などの透明樹脂によるプリズム形状の２Ｐ賦型、熱による転写および賦型、更にはプリズムレンズシート、異方性偏向フィルムの貼り合わせ等が挙げられる。

このような光拡散手段あるいは光偏向手段８により、ＬＥＤ４からの単色光が、導光板２の入射端面２ａで光散乱され、ミキシング距離が短縮される。

また、本実施形態のＬＥＤ面状光源１では、導光板２の下面２ｂには、光出射機構１０が設けられている。この光出射機構１０は、導光板２の下面２ｂに形成された白色ドット印刷または微細凹凸形状によって構成されている。白色ドット印刷は、シリカ、酸化チタン等の含有した白色塗料等の印刷により、微細凹凸形状は、サンドブラストやパターンロールによる熱転写、ＵＶ硬化樹脂等である。
また、光出射機構１０を構成する白色ドット印刷の占有密度（導光板２下面２ｂの単位面積あたりの白色ドット印刷パターンの占有面積）を、導光板２の下面２ｂで場所により適宜変化させることにより、導光板２の上面２ｃから出射する光の量を所望に制御することができる。

さらに、光出射機構１０の下方には、銀反射フィルムまたは白色の拡散反射フィルムによって構成される反射シート１２が配置されている。

ＬＥＤ面状光源装置１の出射面となる導光板２の上面２ｃには、拡散フィルム１４が配置されている。さらに、この拡散フィルム１４の上には、上向きプリズムシート１６が配置され、本実施形態では、これらによって光出射機構が構成されている。
拡散フィルム１４としては、例えば、表面に微細な凹凸が設けられた拡散フィルムが用いられる。この拡散フィルムは、アクリル或いはシリカビーズをバインダとともに塗布したタイプであり、拡散機能と光の偏向機能を合わせ持つ。

また、プリズムシート１６は、例えば、表面に多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成された透明シートが用いられる。柱状三角プリズムは、頂点が光の出射方向（外方）に向かって突出し、長手方向軸線が図１のＺ方向に延びるように配置されている。

導光板２の成型方法は、特に、制限されるものではなく、公知の技術が使用できる。例えば、拡散剤が予め分散させられた透明性樹脂の原料を用いて、キャスト成形或いは押出成形、射出成形、プレス成型などによって製造される。

つぎに、第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置１の作用について説明する。
各ＬＥＤ４に含まれる単色ＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃから発せられた赤色、緑色、青色のそれぞれの単色光は、導光板２の一方の入射端面２ａに対し、斜め方向から入射される。導光板２の入射端面２ａに斜め方向に入射する単色光は、導光板２の入射面２ａの光拡散手段８によって散乱、反射される。さらに、導光板２に入射した光は、導光板２に含まれる拡散剤、導光板２の下に配置された光出射機構１０、反射シート１２によって散乱・反射される。このような散乱・反射によって、単色ＬＥＤ４ａ、４ｂ、４ｃから発せられた赤色、緑色、青色の単色光は混合され白色光となる。

導光板２に入射した光は、導光板２の中央に向って伝搬する途中で、導光板２の下の光出射機構１０にぶつかると、出射面である導光板２の上面２ｃに向けて偏向され、導光板２の上面６ｃから出射する。また、導光板２の下面２ｂで光出射機構１０以外の部分にぶつかり、導光板２の下面２ｂから下方に出射しようとする光は、反射シート１２によって反射され再び導光板２の中に戻される。

導光板２の上面２ｃから出射した光は、拡散フィルム１４によって偏向され、さらに、プリズムシート１６によって、上面（出射面）６ｃに直交する方向に偏向され、ＬＥＤ面状光源装置１から出射する。

このような構成を備えたＬＥＤ面状光源装置１によれば、導光板２の入射端面２ａに対し斜めに入射した単色光が、導光板２の入射端面２ａの光拡散手段８、導光板２内の拡散剤、導光板２の下に配置された反射シート１２で散乱・反射される構成であるので、短いミキシング距離で混合されて色むらのない白色光となり、高輝度の面状光源が構成される。
また、光を出射させる導光板２にＬＥＤからの光を直接、入射させる構成であるため、部品点数を少なくすることができ、且つ、面状光源装置の厚さを薄くすることができる。

なお、上述した実施形態では、拡散フィルム１４の上に１枚のプリズムシート１６を配置した形態について説明したが、柱状三角プリズムが図１のＸ方向（プリズムシート１６の柱状三角プリズムの長手方向と直交する方向）に延びるように形成された第２のプリズムシート（光偏向手段）をプリズムシート１８の上に配置し、さらに正面輝度を高めるようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態によるＬＥＤ面状光源装置２０を説明する。図２は、本発明の第２実施形態のＬＥＤ面状光源装置２０の構成を概略的に示す、図１と同様の概略断面図である。
図２に示されているように、ＬＥＤ面状光源装置２０は、第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図２では、第１実施態様のＬＥＤ面状光源装置１と共通する部分については、図１と同一の符号を付し、説明を省略する。

図２に示されているように、ＬＥＤ面状光源装置２０では、ＬＥＤ４からの単色光が入射する導光板２の入射端面２ａの近傍の導光板２の下面２ｂに光拡散手段あるいは光偏向手段２２が設けられている。光偏向手段２２は、導光板２の両側の光が出射しない額縁部分に設けられている。

本実施形態では、光拡散手段は、例えば、導光板２の入射部端面２ａを粗面化することによって入射部端面２ａに形成されている。粗面としては、導光板２の板厚方向に対して垂直方向にランダムな筋状となる異方性拡散機能を持った粗面が好ましい。導光板２の入射端面２ａを粗面化する方法としては、サンドブラスト、機械切削、サンドペーパーによる切削、ＵＶ樹脂などの透明樹脂による粗面の転写、熱による粗面の転写および賦型、異方性拡散フィルムの貼り合わせ等による公知の技術が使用される。

また、光偏向手段は、多数の柱状三角プリズムを並列的に形成することにより構成されている。柱状三角プリズムは、頂点が導光板２の下面２ｂに向かって突出するように配置され、長手方向軸線が図２のＺ方向あるいはＸ方向に延びている。
柱状三角プリズムの長手方向軸線が、図２のＸ方向に延びるように配置されている構成は、隣り合った単色光の混色を少ない状態で、上面２ｃからの光を効率的に出射させることができるので好ましい。
光偏向手段を形成する方法としては、機械切削、ＵＶ樹脂などの透明樹脂によるプリズム形状の２Ｐ賦型、熱による転写および賦型、更にはプリズムレンズシートの貼り合わせ等が挙げられる。

ＬＥＤ面状光源装置２０では、光偏向手段２２が、導光板２の下面２ｂのみに設けられているが、光偏向手段２２を導光板２の上面２ｃのみに、あるいは、上面２ｃおよび下面２ｂに設けた構成でもよい。

上述した本発明の第２実施形態によるＬＥＤ面状光源装置２０では、各ＬＥＤ４から出射された単色光は、導光板２の一方の入射部２ａに斜めに入射した直後に、光偏向手段２２によって散乱・反射されるので導光板２の側端部で効率的にミキシングされる。

次に、本発明の第３実施形態によるＬＥＤ面状光源装置３０を説明する。図３は、ＬＥＤ面状光源装置３０を示す、図１と同様の概略断面図である。図３に示されているように、第３実施形態のＬＥＤ面状光源装置３０は、第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図３では、第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置１と共通する部分は、図１と同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

図３に示されているように、ＬＥＤ面状光源装置３０では、第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置１の導光板２の下面２ｂの光出射機構１０に代えて、光出射制御機能層３２が設けられている。この光出射制御機能層３２は、導光板２の下面２ｂに配置されている複合層３４と、この複合層３４の下に配置されている鋸歯状プリズム３６とを備えている。

複合層３４では、屈折率がｎ１の低屈折率領域部３４ａと、ｎ１よりも大きい屈折率ｎ２を有する高屈折率領域部３４ｂとが交互に配置されている。これら低屈折率領域部３４ａ及び高屈折率領域部３４ｂは、図３のＺ方向に帯状または二次元的に分布している。

さらに、鋸歯状プリズム３６は、下面に、第１及び第２プリズム面３６ａ，３６ｂによって形成される鋸歯状のプリズム列が多数形成されている。各プリズム列は、柱状の各プリズム部分が、図３のＺ方向に延びるように配列されている。

第１プリズム面３６ａは、導光板２の下面２ｂに対して約８０°〜１００°の角度をなすように形成され、第２プリズム面３６ｂは、導光板２の下面２ｂに対して約３５°〜５５°の角度をなすように形成されている。

上述した本発明の第３実施形態によるＬＥＤ面状光源装置３０では、導光板２の内部を伝播する光の最大導波モードは、主として低屈折領域部３４ａと導光板２との屈折率の差によって定められる。すなわち、光線が導光板２から低屈折率領域部３４ａへ向かう時、導光板２の屈折率ｎ３と低屈折率領域部３４ａの屈折率ｎ１との関係により決定される全反射臨界角θ１よりも入射角が大きい入射光は、全反射モードとなって導光板２の内部を伝搬する。

また、導光板２、高屈折率領域部３４ｂ、低屈折率領域部３４ａの各屈折率の関係がｎ３＞ｎ２＞ｎ１である場合、この導光板２の内部を伝搬する全反射モードの光が高屈折率領域部３４ｂに出会うと、導光板２の屈折率ｎ３と高屈折率領域部３４ｂの屈折率ｎ２との関係により決定される全反射臨界角θ２（θ２＞θ１とする）よりも小さく且つ臨界角θ１よりも入射角が大きい光は、高屈折率領域部３４ｂを介して鋸歯状プリズム３６へ漏れる。さらに、鋸歯状プリズム３６に入射した光は、鋸歯状のプリズム列３６の第１及び第２プリズム面３６ａ，３６ｂによって、導光板２の出射面２ｃに直交する方向に偏向される。

また、本実施形態のＬＥＤ面状光源装置３０は、複合層３４における高屈折率領域部３４ｂの占有密度（複合層３４の単位面積あたりにおける高屈折率領域部３４ｂの占有面積）を複合層３４内で場所により適宜変化させることにより、鋸歯状プリズム３６へ到達できる光の量を所望に制御することができる。

さらに、本実施形態のＬＥＤ面状光源装置３０は、導光板２の屈折率ｎ３と高屈折率領域部２４ｂの屈折率ｎ２との相対的な屈折率の差を適宜選択することにより、全反射臨界角θ２を所望に設定することができ、鋸歯状プリズム３６からの反射光の分布を制御することができる。

また、本実施形態のＬＥＤ面状光源装置３０は、鋸歯状プリズム３６へ到達する光の量を自由に調整することができ、かつ鋸歯状プリズム３６からの出射光の分布を制御することもできる。このため、導光板２の内部を伝播する光を効率よく取り出すと共に均斉度に優れた面光源として利用することができる。

さらに、本実施形態のＬＥＤ面状光源装置３０は、鋸歯状のプリズム列３６の第１プリズム面３６ａが導光板２の下面２ｂに対して約８０°〜１００°の傾斜角に設定され、第２プリズム面３６ｂが導光板２の下面２ｂに対して約３５°〜５５°の傾斜角に設定されているため、鋸歯状のプリズムに到達した光は、導光板２の出射面である上面２ｃに略直交する方向に偏向されるため、高輝度で出射指向性に優れた面光源として利用することができる。

最後に、本発明の第４実施形態によるＬＥＤ面状光源装置４０を説明する。図４は、ＬＥＤ面状光源装置４０を示す、図１と同様の概略的な断面図である。
図４に示されているように、第４実施形態のＬＥＤ面状光源装置４０は、第１のＬＥＤ面状光源装置１と基本的には同一の構成を備えている。したがって、図４では、第１のＬＥＤ面状光源装置１と共通する部分については、図１と同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

図４に示されているように、ＬＥＤ面状光源装置４０では、光出射機構１０が設けられている導光板４２の下面４２ｂが、横断面が凹状曲線のアーチ形に形成されている。この下面４２ｂには、アーチ形状に沿って、多数の柱状三角プリズム４８が並列的に形成されている。柱状三角プリズムは、頂点が導光板の４２の下面４２ｂに向かって突出するように配置され、長手方向軸線がＸ方向に延びている。なお、下面４２ｂを凹状の直線傾斜（逆Ｖ字形状）のアーチ形としても良い。

一方、ＬＥＤ面状光源装置４０の導光板４２の出射面である上面４２ｃは、型転写等による微細な凹凸形状を有するマット４４に加工されている。また、マット４４上には、柱状三角プリズムの頂点が導光板４２に向かって突出し、図４のＺ方向に延びるプリズムシート４６が配置されている。

上述した本発明の第４実施形態によるＬＥＤ面状光源装置４０によれば、導光板４２の下面４２ｂの横断面がアーチ形に凹状に形成されているので、各ＬＥＤ２からの光が、下面４２ｂに形成されたプリズム面４８で効率良く反射され、微細な凹凸が形成された導光板４２の出射面である上面４２ｃから出射される。

また、ＬＥＤ面状光源装置４０では、導光板４２に出射した光は、下向きのプリズムを備えたプリズムシート４６によって、導光板４２の出射面である上面４２ｃと直交する方向（図３のＹ方向）に偏向され、ＬＥＤ面状光源装置４０から出射する。この結果、ＬＥＤ面状光源装置４０の正面輝度が向上し、ＬＥＤ面状光源装置４０は、比較的要求される視野角の狭いパーソナルユースの画像表示装置（ディスプレイ）や面状光源装置として利用することができる。

ＬＥＤからの光をより効果的にミキシングするために、導光板４２の下面４２ｂのプリズムの頂部を丸めたり、半球状として導光方向に垂直な方向の光の偏向を起こしやすい形状とすることが好ましい。

本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

上述した第１ないし第４実施形態では、サイド出射タイプのＬＥＤ４を導光板２の両側に配置した構成であるが、ＬＥＤ４を導光板２の一方の側端に沿って配置した構成でもよい。この場合、導光板の断面は、くさび形となる。

以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１〜１０）
メタクリル酸メチル部分重合体（重合率２０％）および、拡散剤を表１に示した濃度で添加し、セルキャストの常法にしたがって、重合触媒としてアゾビスイソブチロニトリルを０．０２重量部、紫外線吸収剤として２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾトリニアゾールを０．００５重量部、添加して攪拌した。脱気後、厚さ６ｍｍのガラス板２枚と周囲を塩化ビニール製のチューブで構成されたセルの中に注入し、７０℃の水溶重合により２時間、続いて１２０℃の空気浴重合で２時間かけて重合を完結させて、厚さ６ｍｍのメタクリル樹脂板を作成した。

（比較例１〜９）
比較例１は拡散剤を加えない以外は実施例１〜１０と同様である。
比較例２〜９は、拡散剤を表２に示した濃度で添加した以外は、実施例１〜１０と同様である。

以上のようにして得た各アクリル樹脂板を、平面形状が長方形の幅３０５ｍｍ、長さ２５０ｍｍ（導光板における有効面サイズ２３０ｍｍ×３０５ｍｍ、対角長さ３５２ｍｍ＝１５ｉｎｃｈ相当）になるように、パネルソー（ＳＨＩＮＸ製、商品名ＳＺIVＧ−４０００）で切断した。
導光板の側面を研削研磨機（メガロテクニカ製、商品名プラビューティー）にて鏡面研磨加工をし、銀反射フィルム（ツジデン製ＳＵ１１５粘着剤付）を貼り合わせて導光板サンプルを作成した。

導光板入光部における光拡散手段あるいは光偏向手段は以下のとおりとした。
導光板下面の光出射機構として、白色インキによるドット印刷を行った。得られた導光板の入光部（３０５ｍｍ辺端面）の端から入光方向へ向かって１０ｍｍの範囲は、リフレクタ端が重なり合う額縁部とした。

この額縁部以外の２３０ｍｍ×３０５ｍｍ範囲の導光板下面には、導光体中央部が濃く（導光板下面１ｍｍ２当たりのドットパターン占有面積率が７２％：０．８５ｍｍ×０．８５ｍｍ）、光源方向へ向かうに従い薄く（導光板下面１ｍｍ２当たりのドットパターン占有面積率が、２０％：０．４５ｍｍ×０．４５ｍｍ）なるような傾斜を持たせた正方形状網点グラデーションのドットパターンを施した２８０メッシュのスクリーン版を用いて、白色インキ（帝国インキ製造製、ＶＡＲ−４０６０９ＭＪマットメジューム）によりドットパターン印刷を施した。

Lumileds社のサイドエミッタータイプＬＸＨＬ−ＤＨ０１（赤）、ＤＲ０１（Ｂ）、ＤＭ０１（Ｇ）を９．５ｍｍピッチでＧＲＢＧの順番に３２個（Ｒ８個、Ｂ８個、Ｇ１６個、）を１列に配列（ＬＥＤ両端距離３００ｍｍ）してＬＥＤ光源列とした。
導光板の３０５ｍｍ辺端面にＬＥＤ光源列を約１ｍｍ離して、それぞれ１列ずつ配置し両側２灯の面光源測定装置を作成した。

また、ＬＥＤ光源を覆うようにＬ字型樹脂製リフレクタを配置した。なお、リフレクタ表面には、白色反射フィルム（ツジデン製ＲＦ１８８）を両面テープで貼り合わせた。

続いて、導光板下面（ドットパターン印刷面）側に白色反射フィルム（ツジデン製ＲＦ１８８）１枚を重ね合わせ、また、導光板上面（出射面）側には、拡散フィルム（ツジデン製、商品名Ｄ１２１）を１枚、更にその上にプリズムシート（住友スリーエム製、商品名ＢＥＦII）を１枚、プリズム列の長手方向がＬＥＤ入光方向と垂直になるように配置し、ＬＥＤ面状光源装置を作成した。

各ＬＥＤは、３５０ｍＡの電流をかけて、１５分間安定するまで放置し、色ムラおよび輝度を測定した。

実施例１〜実施例９は、いずれも色むらのない面状光源が得られた。比較例１、２、４、６、８は、いずれもＬＥＤ光源近傍から導光板内部に向かって色むらが確認された。また、比較例３、５、７、９は、いずれもいずれも色むらのない優れた面状光源が得られたものの、面状光源中央の輝度が暗く、明るさの不均一な面状光源となった。

（実施例１１〜１４、比較例１０）
実施例１１〜１４については、実施例１の導光板を用いて実施し、導光板入光部に下記方法によって光拡散手段および光偏向手段を処理した以外は、実施例１と同様である。
実施例１１は、金属刃による機械切削加工（大日精工製スパイラルプレーナーＯＨＤＨＰ−１００）で粗面化を行った。
実施例１２〜１３は、ベルトサンダー（粗さ＃２４０）を用いた切削加工による粗面化であり、実施例１２は、ベルトサンダー切削時に導光板入光端の長手方向に向かって切削を実施した。これにより、導光板入光部の長手方向に向けてランダムな筋状粗面を得ることができた。

また、実施例１３はベルトサンダー切削時に導光板入光端の板厚方向に向かって切削した。これにより、導光板入光部の板厚方向に向けてランダムな筋状粗面を得ることができた。
実施例１４は、導光板入光部に頂角が９０°の多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成されたプリズムシートを、頂点がＬＥＤ光源側に向かって突出し、柱状三角プリズムの長手方向軸線が導光方向に延びるように、導光板入光部に屈折率１．５０のシリコーンオイルで密着させて配置した。
比較例１０は、導光板内に拡散剤を含有しない以外は、実施例１２と同様である。

実施例１１〜１４は、いずれも色むらのない極めて優れた面状光源が得られた。
比較例１０は、ＬＥＤ光源近傍から導光板内部に向かって色むらが確認された。

（実施例１５、比較例１１）
実施例１５は、導光板入光部近傍の導光板下面に導光板入光部から導光板内部へ向けて１０ｍｍ幅の光偏向手段を設けた以外は、実施例１２と同様である。
ここで、光偏向手段としては、頂角が９０°の多数の柱状三角プリズムが並列状態で連続的に形成されたプリズムシートを、頂点が導光板とは反対方向に向かって突出し、柱状三角プリズムの長手方向軸線が導光方向に延びるように、導光板入光部に屈折率１．５０のシリコーンオイルで密着させて配置した。
比較例１１は、導光板内に拡散剤を含有しない以外は、実施例１５と同様である。

実施例１５は、色むらのない極めて優れた面状光源が得られた。
比較例１１は、ＬＥＤ光源近傍から導光板内部に向かって僅かな色むらが確認された。

（実施例１６、比較例１２）
実施例１６は、ＬＥＤ光源を導光板の下面に対して８°下方側に傾斜させて配置した以外は実施例１５と同様である。
比較例１２は、導光板内に拡散剤を含有しない以外は、実施例１６と同様である。

実施例１６は、色むらのない極めて優れた面状光源が得られた。
比較例１２は、ＬＥＤ光源近傍から導光板内部に向かって僅かな色むらが確認された。

本発明の第１実施形態のＬＥＤ面状光源装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第２実施形態のＬＥＤ面状光源装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態のＬＥＤ面状光源装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の第４実施形態のＬＥＤ面状光源装置の構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１：ＬＥＤ面状光源装置
２：導光板
２ａ：入射端面
２ｂ：（導光板の）下面
２ｃ：（導光板の）上面
４：ＬＥＤ
Ｄ：拡散剤

Claims (5)

1. 導光板と、波長の異なる単色光を前記導光板の端面の入射部に向けて照射するＬＥＤ光源と、を備えたＬＥＤ面状光源装置であって、
   前記導光板は、透明樹脂中に拡散剤が均一に分散させられている光散乱導光板であり、該拡散剤の濃度ｙ（ｐｐｍ）は、
   前記透明樹脂と拡散剤との屈折率差ｘが、０．０１≦ｘ≦０．１のときには、１００≦ｙ≦１０００（ｐｐｍ）、
   屈折率差ｘが０．１＜ｘ＜０．５のときには１０≦ｙ≦５００（ｐｐｍ）、および、
   屈折率差ｘが０．５≦ｘのときには、１≦ｙ≦１０（ｐｐｍ）の範囲であり、
   前記導光板の上面および下面に光出射機構が形成されている、
   ことを特徴とするＬＥＤ面状光源装置。
2. 前記導光板の入射部に、光拡散手段あるいは光偏向手段が設けられている、
   請求項１に記載のＬＥＤ面状光源装置。
3. 前記導光板の入射部近傍の上面および下面の少なくとも一方に光拡散手段あるいは光偏向手段が設けられている、
   請求項１または２に記載のＬＥＤ面状光源装置。
4. 前記光出射機構が、前記導光板の下面に設けられた低屈折率部と高屈折率部が交互に配置された層と、導光板下面に導光方向に垂直な鋸歯状プリズムとにより構成されている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬＥＤ面状光源装置。
5. 前記ＬＥＤ光源は、前記導光板の入射部に斜め方向から光を入射させるように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＬＥＤ面状光源装置。

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