JP2010108866A - 面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光棒の端部に発生する暗部を効率良くなくすことを可能とした面発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】端面（１６、１７）及び発光面（１２）を有する導光棒（１１）を複数有する積層体（１０）と、導光棒の端面から光を入射するＬＥＤ素子(３１)と、導光棒の端面から入射された光を導光棒の発光面から出光させるための光偏向手段（Ｒ）と、光散乱面を有し且つ導光棒の端面に設けられた溝部（６０）を有することを特徴とする面発光装置（１）。
【選択図】図８

Description

本発明は、面発光装置に関し、特に複数の導光棒から構成される面発光装置に関する。

導光板の端面に複数の切り欠きを設け、ＬＥＤ素子からの光を端面から導光板に入射することによって、導光板に入射する光を均一且つ高輝度に導光板から放出させるようにした面発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、端面及び発光面を有する複数の導光棒から構成される積層体を有し、導光棒の端面から光を入射して、発光面から光を出光させる面発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−１１８４１６号公報 特開２００７−２２７０７４号公報

しかしながら、導光棒の端面からＬＥＤ素子によって光を入射させる場合に、光が入射する部分の端面近傍の端部に暗部が形成されてしまい、発光面の根元が暗く見えてしまうという問題があった。また、特許文献１に記載される導光板のように、光が入射される導光棒の端面に単なる複数の切り欠きを設けても、複数の切り欠きの表面が滑らかである事等から、切り欠き部から入射した光が両側に広がって、効率良く導光棒の端部の暗部をなくすことができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記の問題点を解消することを可能とした面発光装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、導光棒の端部に発生する暗部を効率良くなくすことを可能とした面発光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る面発光装置は、端面及び発光面を有する導光棒を複数有する積層体と、導光棒の端面から光を入射するＬＥＤ素子と、導光棒の端面から入射された光を導光棒の発光面から出光させるための光偏向手段と、光散乱面を有し且つ導光棒の端面に設けられた溝部を有することを特徴とする。

本願発明に係る面発光装置では、溝部は、導光棒の端部の暗部解消率が５０％以上且つ前記導光棒の端部と中央部とのコントラスト比が１２以下となるように形成されていることが好ましい。

また、本発明に係る面発光装置では、導光棒の端面における平坦部の比率は、３０％以上、８０％以下の範囲内にあることが好ましい。

さらに、本発明に係る面発光装置では、溝部の溝幅は、５０μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

さらに、本発明に係る面発光装置では、溝部の深さは、２０μｍ以上、６８０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

さらに、本発明に係る面発光装置では、光散乱面の算術平均粗さは、０．２μｍ以上、２４．０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。

本発明によれば、光が入射される導光棒の端面に光散乱面を有する溝部を設けたので、溝部の光散乱面において入射光が散乱するため、導光棒の端部における暗部を無くすことが可能となった。

また、本発明によれば、導光棒の端部の暗部を解消することができると共に、導光棒の中央部と端部のコントラスト比を所定の範囲内に維持することが可能となった。

以下、本発明に係る面発光装置を図面を参照しながら説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１は、本発明に係る面発光装置を壁掛けパネルとして構成した壁掛けパネル型面発光装置１の発光面側から見た正面図である。また、図２は、図１におけるＡＡ´断面図である。本実施形態では、壁掛けパネル型面発光装置１を５００×５００ｍｍに設定した。しかしながら、壁掛けパネル型面発光装置１のサイズはこれに限定されることなく、様々なサイズに形成することができる。

図１及び２に示すように、壁掛けパネル型面発光装置１は、複数の導光棒１１を積層した導光体として機能する積層体１０、枠体２０、第１のＬＥＤ光源部３０、第２のＬＥＤ光源部４０等から構成されている。第１及び第２のＬＥＤ光源部３０及び４０は、積層体１０を図１における図中の上下から挟むように配置され、枠体２０内に固定されている。また、積層体１０の発光面側（図２において、図中上側）には、透光性を有する樹脂で形成された板状の保護プレート２１が配置されている。また、積層体１０の裏側（図２において、図中下側）には反射シート２５が配置されている。

なお、保護プレート２１は、透光性を有する樹脂によって形成されても良いし、面発光装置１は保護プレート２１を有していなくても良い。また、反射シート２５は、第１及び第２のＬＥＤ光源部３０及び４０からの光を効率良く、発光面側に反射するのに役立つが、必ずしも面発光装置１に備えられている必要はない。さらに、面発光側からの光を制御するために、積層体１０に拡散シートやプリズムシートを配置するようにしても良い。

また、図１及び図２の例では、積層体１０の上下にＬＥＤ光源部を配置したが、光量が十分な場合には、一方にのみＬＥＤ光源部を配置することもできる。

図３は、第１のＬＥＤ光源部３０の概略を示した図である。

第１のＬＥＤ光源部３０は、複数のＬＥＤ３１、回路基板３２、リフレクター部３３及び電子部品３４等から構成される。回路基板３２上には、複数のＬＥＤ３１が等間隔で配置され、各ＬＥＤはリフレクター部３３で個々に覆われている。リフレクター部３３の内部には、アルミ蒸着がなされており、ＬＥＤ３１からの光を効率よく導光棒１１へ伝達する機能を有している。なお、リフレクター部３３の内部は鏡面仕上げがなされていたり、白色の塗料が塗布されたりしていても良い。

各ＬＥＤ３１は、Ｒ色ＬＥＤ素子３５、Ｇ色ＬＥＤ素子３６及びＢ色ＬＥＤ素子３７が一つにパッケージされたタイプのＬＥＤであって、入力信号によって、各素子からの光の混色によって複数の色の発光を行うことができる。各ＬＥＤ３１は、制御部３８による制御タイミング及び指定色に従い、電源供給部３９から供給される電流によって指定された色で発光する。なお、各ＬＥＤ３１は、Ｒ色の単色ＬＥＤ、Ｇ色の単色ＬＥＤ、Ｂ色の単色ＬＥＤ又はＷ（ホワイト）色の単色ＬＥＤであっても良い。また、単色ＬＥＤを使用する場合には、複数のＬＥＤを１つの後述する導光棒に対応するように配置することが、多彩な発光が可能となる点で好ましい。また、ＬＥＤとしては、上述のチップ型のほか、オーバル型や砲弾型の各種のＬＥＤを使用することができる。

なお、第２のＬＥＤ光源部４０の構成も、前述した第１のＬＥＤ光源部と同様であるので、ここではその説明を省略する。

図４は、導光棒１１の一例を示す図である。

導光棒１１は、縦（ａ）４６０ｍｍ、横（ｂ）１０ｍｍ、幅（又は高さ）（ｃ）８ｍｍのポリカーボネート樹脂（以下、ＰＣ樹脂と言う）で構成されている。なお、導光棒１１は、ＰＭＭＡ樹脂、ＭＳ樹脂、ＰＥＴ等のポリエステル樹脂、ＰＳｔ樹脂、ＣＯＰ樹脂、ＣＯＣ樹脂、ＰＰ樹脂やＰＥ樹脂当のオレフィン樹脂、ＰＶＣ樹脂、アイオノマー樹脂、ガラス等によって構成しても良い。

導光棒１１は、発光面１２、発光面１２と対向する裏面１３、発光面１２と隣り合う側面１４及び１５、発光面１２と略９０度の傾きを有しＬＥＤ光源部からの光を入射するための端面１６及び１７を有している。導光棒１１の発光面１２には、端面１６及び／又は端面１７から入射したＬＥＤ光源部３０及び／又はＬＥＤ光源部４０からの光を、発光面１２側から出射するための光偏向手段が形成されている。また、光偏向手段については後述する。

導光棒１１の裏面１３、側面１４及び１５は、導光棒１１内に進入した光が、これらの面において界面反射をして外部に出射しないように、平滑に磨き仕上げがなされている。なお、平滑に磨き仕上げを行う代わりに、導光棒１１の裏面１３、側面１４及び１５には、低屈折率層を設けたり、反射層を設けたりすることもできる。さらに、裏面１３には、光を有効に発光面１２に反射させるために、鏡面仕上げをしたり、高屈折率又は高反射率の塗料を塗布したり、発光面１２と同じような光偏向手段を形成したりすることができる。

第１及び第２のＬＥＤ光源部３０及び４０からの光が入射する導光棒１１の端面１６及び１７には、複数の溝部が形成されている。また、溝部については後述する。

図５は、積層体１０と第１のＬＥＤ光源部３０との関係を示す斜視図である。

導光体として機能する積層体１０は、発光面１２を面発光装置１の発光面側に向け、複数の導光棒１１の側面１４及び１５を合わせるようにして、複数個（例えば、４５本）重ねて構成されている。また、第１のＬＥＤ光源部３０のリフレクター部３３の大きさは、ちょうど１本の導光棒の一方の端面１６又は１７の大きさと同じに構成されており、１本の導光棒１１に対して、１つのリフレクター部３３が対応している。即ち、１本の導光棒１１に対して、１つのＬＥＤ３１が対応して配置されている。

また、各ＬＥＤ３１の光の放射中心が、各導光棒１１の長手方向と平行になるように各ＬＥＤ３１が配置されていることが好ましく、各ＬＥＤ３１の光の放射中心が、各導光棒１１の長手方向の中心線と一致するように各ＬＥＤ３１が配置されていることが更に好ましい。

なお、図示していないが、第２のＬＥＤ光源部４０の各リフレクター部４３及び各ＬＥＤ４１も、導光棒１１の他の端面１６又は１７側に、第１のＬＥＤ光源部３０と同様に、配置されている。

以下、光偏向手段について説明する。

導光棒１１の発光面１２全体には、光偏向手段が形成されており、端面１６又は１７から進入した光が光偏向手段で散乱し、発光面１２から出光する。ここでは、発光面１２全体に、粗面化処理が施されており、粗面化によって微細な凹凸形状が発光面１２上に形成されている。粗面化処理の一例として、導光棒１１の発光面１２上全体に、ｚ方向に沿って、Ｖ字状の溝Ｒ（深さ３μｍ、幅２０μｍ、ピッチ１ｍｍ）を均一に形成した。したがって、Ｖ字状の溝は、光偏向手段（Ｒ）として機能する。

また、Ｖ字状の溝のピッチを、導光棒１１の端部と中央部とで異ならせるようにすることも可能である。Ｖ字状の溝のピッチが短い場所では、散乱が多く、出光が多い。したがって、導光棒１１の端部（ＬＥＤ発光部に近い側）のピッチを大きく（例えば、５０ｍｍ）し、導光棒の中央部（ＬＥＤ発光部から遠い側）のピッチを小さく（例えば、５０μｍ）すれば、導光棒１１の全体からほぼ均一な出光を行うように制御することも可能となる。

また、Ｖ字状の溝を設ける方向は、必ずしも、ｚ方向に限らず、ｘ方向、ｙ方向、及び／又はｗ方向に沿って形成されていても良い（図４参照）。また、Ｖ字状の溝は連続するもののみならず、断続的に形成しても良い。例えば、Ｖ字状の溝の深さは、３〜６μｍが好ましく、幅は２０〜４０μｍが好ましく、ピッチは５０μｍ〜５ｍｍが好ましい。しかしながら、Ｖ字状の溝の深さ、幅及びピッチは、これらの値に限定されるものではなく、適宜他の最適な値を取ることが可能である。

光偏向手段（Ｒ）としては、上述したＶ字状の溝以外にも、Ｕ字状の溝、レーザによって刻印された又は印刷されたドット形状（ドット状の微小な凹凸）、逆四角錘状の凹部を配列したものであっても良い。また、光偏向手段（Ｒ）としては、溶剤、プラズマ又は電子照射等によるエッチング加工により得られるランダムな凹凸、逆Ｖ字状の凸部、又は逆Ｕ字状の凸部であっても良い。さらに、光偏向手段（Ｒ）は、例えば、図４に示す、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向及び／又はｗ方向に沿って、発光面１２全体に形成されていることが好ましい。

さらに、光偏向手段（Ｒ）は、導光棒１１に添加された拡散材であっても良い。添加される拡散材としては、ガラス、シリカ、マイカ、合成マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、モンモリロナイト、カオリンクレー、ベントナイト、ヘクトライト等の無機粒子、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、アルミナ等の金属酸化物粒子、アクリルビーズ、スチレンビーズ、ベンゾグアナミン、シリコーン等の有機ポリマー粒子を用いることができる。例えば、中空複層体１０をＰＣ樹脂で形成した場合、ＰＣ樹脂１００部に対して、拡散材として平均粒径２μｍのシリコーンを０．０５部添加した場合のヘーズ率は６７．３％、同シリコーンを０．１部添加した場合のヘーズ率は８３％、同シリコーンを０．５部添加した場合のヘーズ率は９３％となる。なお、拡散材を添加した場合のヘーズ率は、１０％以上９９％以下であることが好ましい。１０％未満であると光の散乱効果が十分ではなく、９９％以上であると出光特性が悪化し、光量が極めて低くなってしまうからである。

ところで、発光面１２の粗面化処理は、鋸による切削加工、自動切削器(例えば、ＮＣルーター）による切断加工、ブラスト加工、研磨機材による面加工、エンボス成形加工等によって行うことができる。

鋸による切削加工では、樹脂のバルクから自動丸鋸切断機等によって導光棒を切り出す場合に、鋸刃による切削で粗面化された面をそのまま発光面１２とすることができる。この場合、上面１６及び下面１７は、平滑に磨き仕上げと後述する溝部の形成を行うことが必要となる。樹脂のバルクを順次切削することにより導光棒１１を形成した場合には、切削によって裏面１３も粗面化されているが、裏面１３が粗面のまま使用しても良いし、鏡面仕上げしても良い。

さらに、ブラスト加工では、高速噴射機で、導光棒１１の表面に粒子を噴出して、ランダムな凹凸形状を形成して、発光面１２とすることができる。

さらに、研磨機材として例えばヤスリを用い、表面を削り取るようにして導光棒１１の表面の加工を行い、発光面１２とすることができる。

さらに、導光棒１１を押し出し成形によって製造する場合に、金型自体にランダムな凹凸形状を設けたり、成形後の冷却前に表面マット加工用のロール間を通過させたりすることによって、発光面１２を形成することも可能である。

以下、溝部について説明する。

図６は、導光体の端部の発光状況を示す図である。

図６（ａ）は、端面１６に溝部を形成せず、単に平滑面とした導光棒１１´（後述するサンプルＮｏ．１に対応）の発光状況の一例を示している。図６（ｂ）は、端面１６に溝部を形成した導光棒１１（後述するサンプルＮｏ．７に対応）の発光状況の一例を示している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）において、領域５０は、暗部領域を示し、領域５１は、明部領域を示している。図６（ａ）に示す端面１６に溝部を形成していない導光棒１１´では、図６（ｂ）に示す端面１６に溝部を形成している導光棒１１と比較して、多くの暗部領域が発生し、発光面１２の長手方向における均一な発光を阻害している。

なお、暗部領域５０は、暗部解消率を用いて比較する。ＬＥＤ素子の直上の点Ｓを基準にして、暗部領域５０の端を横切る線Ｍ１及びＭ２を引き、線Ｍ１及びＭ２が成す角度α（°）を求め、α／１８０×１００を暗部解消率（％）とする。図６（ａ）に示す導光棒１１´では、α１＝７４°であり、暗部解消率は４１．１％である。これに対して、図６（ｂ）に示す導光棒１１では、α２＝１３８°であり、暗部解消率は７６．６％である。暗部解消率が５０より小さくなると、暗部領域５０が目立ち、ユーザに好ましくない印象を与えることが経験上知られている。したがって、第１の条件として、暗部解消率が５０％以上になるように、溝部６０が、導光棒１１の端面１６に形成されることが必要である。

図７は、コントラスト比の測定方法を説明するための図である。

図７に示すように、暗室（室温２３°、湿度５０％ＲＨ）の中で、導光棒１１を１本だけ点灯させ、距離ｑ（２ｍ）離れた位置から、測定器９０（ＴＯＰＣＯＮ社製ＢＭ−７視野角０．２度）を利用して、導光棒１１の発光面１２の中央部の点ｔ１及び端部の点ｔ２の輝度（ｃｄ／ｍ²）を測定した。導光棒１１の長手方向の長さａが４６０ｍｍの場合、点ｔ１の導光棒１１の端面からの長さｄは２３０ｍｍとし、点ｔ２の導光棒１１の端面からの長さｅは２０ｍｍとした。また、導光棒のコントラスト比を（端部の点ｔ２の輝度）／（中央部の点ｔ１の輝度）と設定した。

前述したコントラスト比が１２より大きくなると、面発光装置１に利用される導光棒１１の端部でのみ輝度が高く、中央部で輝度が低く、面発光装置１の全体の光量バランスが崩れるといった印象をユーザに与えることが経験上知られている。したがって、第２の条件として、コントラスト比が１２以下となるように、溝部６０が、導光棒１１の端面１６に形成されることが必要である。

本発明に係る面発光装置１では、導光棒１１の端面１６及び１７側から光を入射し、発光面１２から光を出光する。特に、端面１６及び１７に溝部６０を多く設け、導光棒１１の端部の暗部を解消しようとすると、入射した光の多くが導光棒１１の端部で散乱し、導光棒１１の中央部から出光しないという問題がある。そこで、導光棒１１の端部における暗部を解消しながら、導光棒の中央部と端部とで光量に大きな差がでないようにする必要がある。即ち、暗部解消率が５０％以上且つコントラスト比が１２以下となるように、溝部６０が、導光棒１１の端面１６に形成されることが必要である。そのような条件を満たすように、溝部を形成することによって、良好な面発光装置１を提供することが可能となる。

図８は、導光棒の端面の断面拡大図である。

Ｖ字状の溝部６０は、導光棒１１の端面１６上に、発光面１２に対して垂直に複数本、設けられている。なお、溝部は、必ずしも、発光面に対して垂直に形成する必要ななく、例えば、ある角度（斜め４５度等）を持って形成されても良い。また、Ｖ字上の溝部６０は、深さｈを有し、また２つの光散乱面Ｐ１及びＰ２を有している。なお、図８は、端面１６に形成された溝部６０について説明しているが、端面１７にも同様な溝部が形成される。

端面１６上には、溝部６０が形成されている部分と、それ以外の平坦部６１が存在する。平坦部６１の幅をｎ１、溝部６０の幅をｎ２とし、端面１６全体における平坦部の幅の合計をＮ１、端面１６全体における溝部の幅の合計をＮ２とした場合、平坦部率（％）は、Ｎ１／（Ｎ１＋Ｎ２）×１００となる。平坦部率に応じて、端面に入射する光の散乱度合いが変化する。即ち、平坦部率に応じて、導光棒１１の暗部解消率及びコントラスト比が変化する。

端面１６及び１７の溝部は、所定の形状を持つ切削加工用バイトを作製し、そのバイトで端面１６及び１７を切削することで加工した。

レーザー顕微鏡（キーエンス社製カラー３Ｄレザー顕微鏡ＶＫ−９５００）を４００倍に設定して試料表面を観察し、プロファイルを作成して溝部の溝幅及び溝深さの計測を行った。

光散乱面Ｐ１及びＰ２は所定の算術平均粗さ（Ｒａ）を有する微小な凹凸を有し、これによって入射される光が散乱されて、暗部の発生を防止することが可能となる。算術平均粗さ（Ｒａ）は、レーザ顕微鏡（キーエンス社製カラー３Ｄレーザ顕微鏡ＶＫ−９５００）を４００倍で利用し、ＪＩＳＢ０６０１（２００１）に基づいて求めた。

図９は、平坦部率を変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。

サンプルＮｏ．１〜サンプルＮｏ．８は、同じ溝幅（２２０μｍ）及び同じ溝深さ（３５μｍ）を有し、同じ光散乱面の算術平均粗さ（Ｒａ＝５．２９μｍ）を有する溝部を形成し、平坦部率のみを変化させて作成したものである。図９は、作成したＮｏ．１〜Ｎｏ．８のサンプルについて、前述した方法によって、平坦部率（％）、暗部解消率（％）及びコントラスト比を測定した結果である。

サンプルＮｏ．１は、平坦部率＝１００％、即ち、溝部６０を形成していないものであって、コントラスト比は１２以下であるが、暗部解消率＝４１．１％と、導光棒１１の端部に暗部が形成されてしまうという問題が生じる（図６（ａ）参照）。同様に、サンプルＮｏ．２は、平坦部率＝８６．６％であって、溝部６０を少しだけ形成した例であって、コントラスト比は１２以下であるが、やはり暗部解消率＝４２．２％と、導光棒１１の端部に暗部が形成されてしまうという問題が生じる。逆に、サンプルＮｏ．８は、平坦部率＝２２．９％であって、溝部６０を多く形成した例であって、その為暗部解消率＝７６．６％と暗部は十分に解消されているが、溝部６０を多く形成しすぎたため、コントラスト比＝１３．２３となり、導光棒の中央部の輝度が低下してしまうという問題がある。

これに対して、サンプルＮｏ．３〜サンプルＮｏ．７では、暗部解消率が５０％以上且つコントラスト比が１２以下であって、良好な面発光装置を構成することが可能となる。以上より、平坦部率が３０％以上、８０％以下の場合に、良好な面発光装置を提要することが可能となることが理解できる。即ち、平坦部率が８０％より大きい場合には、導光棒の端面において光の散乱が十分になされないため暗部が十分に解消されず、平坦部率が３０％より小さい場合には、導光棒の端面における光の散乱が多く発生し、導光棒の中央部に伝わっていく光が少なくなって、全体の光量バランスが崩れてしまう。

図１０は、溝幅を変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。

サンプルＮｏ．９〜サンプルＮｏ．１３は、同じ溝深さ（３５μｍ）を有し、同じ光散乱面の算術平均粗さ（Ｒａ＝５．２９μｍ）を有する溝部を調整して形成し、同じ平坦部率（約７０％）となるようにして、溝幅のみを変化させて作成したものである。図１０は、作成したＮｏ．９〜Ｎｏ．１３のサンプルについて、前述した方法によって、平坦部率（％）、暗部解消率（％）及びコントラスト比を測定した結果である。なお、溝幅に応じて端面１６及び１７を加工するための切削加工用バイトを作製し、そのバイトを利用して端面を切削することにより様々な溝幅を有するサンプルを作成した。

図１０に示すように、測定したサンプルＮｏ．９〜Ｎｏ．１３では、全て暗部解消率が５０％以上且つコントラスト比が１２以下であって、良好な面発光装置を構成することが可能となる。以上より、少なくとも、溝幅が５０μｍ以上、５００μｍ以下の場合に、良好な面発光装置を提要することが可能となることが理解できる。なお、溝幅が５０μｍより小さくなると、光を偏向する効果は得られるが、光を散乱する効果は低く、導光棒の端部の暗部を解消する効果は低い。また、溝幅が５００μｍより大きくなると、溝の存在がはっきりと視認できるようになり、逆に外観上の悪影響を与えてしまう。

図１１は、溝深さを変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。

サンプルＮｏ．１４〜サンプルＮｏ．１８は、同じ溝幅（２２０μｍ）を有し、同じ光散乱面の算術平均粗さ（Ｒａ＝５．２９μｍ）を有する溝部を調整して形成し、同じ平坦部率（約７０％）となるようにして、溝深さのみを変化させて作成したものである。図１１は、作成したＮｏ．１４〜Ｎｏ．１８のサンプルについて、前述した方法によって、平坦部率（％）、暗部解消率（％）及びコントラスト比を測定した結果である。なお、溝深さに応じて端面１６及び１７を加工用バイトを作製し、そのバイトを利用して端面を切削することにより、様々な溝深さを有するサンプルを作成した。

図１１に示すように、測定したサンプルＮｏ．１４〜Ｎｏ．１８では、全て暗部解消率が５０％以上且つコントラスト比が１２以下であって、良好な面発光装置を構成することが可能となる。以上より、少なくとも、溝深さが２０μｍ以上、６８０μｍ以下の場合に、良好な面発光装置を提要することが可能となることが理解できる。なお、溝深さが２０μｍより小さくなると、光を偏光する効果は得られるが、光を散乱する効果は低く、導光棒の端部の暗部を解消する効果は低い。また、溝深さが６８０μｍより大きくなると、溝の存在がはっきりと視認できるようになり、逆に視覚上の悪影響を与えてしまう。

図１２は、光散乱面の粗さを変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。

サンプルＮｏ．１９〜サンプルＮｏ．２３は、同じ溝幅（２２０μｍ）及び同じ溝深さ（３５μｍ）を有する溝部を調整して形成し、同じ平坦部率（約７０％）となるようにして、光散乱面の算術平均粗さのみを変化させて作成したものである。図１２は、作成したＮｏ．１９〜Ｎｏ．２３のサンプルについて、前述した方法によって、平坦部率（％）、暗部解消率（％）及びコントラスト比を測定した結果である。なお、前述した切削加工用バイトの切削条件（切削速度等）を変更することにより、様々な粗さを有するサンプルを作成した。

図１２に示すように、測定したサンプルＮｏ．１９〜Ｎｏ．２３では、全て暗部解消率が５０％以上且つコントラスト比が１２以下であって、良好な面発光装置を構成することが可能となる。以上より、少なくとも、光散乱面の算術平均粗さが０．２μｍ以上、２４μｍ以下の場合に、良好な面発光装置を提要することが可能となることが理解できる。なお、光散乱面の算術平均粗さが０．２μｍより小さくなると、光散乱面が実質上平滑面に近くなり、十分な光散乱を発生させることができなくなる。また、光散乱面の算術平均粗さが２４μｍより大きくなると、端面１６で光を散乱しすぎて、中央輝度の低下を引き起こし、コントラスト比のバランスが崩れてしまう。

次に、図１に示す面発光装置における発光方法について説明する。

まず、第１のＬＥＤ光源部３０の各ＬＥＤ３１から射出した光は、導光棒１１の端面１６及び／又は１７の一方側から導光棒１１内に進入する。端面１６及び／又は１７から入射した光は、端面１６及び／又は１７に設けられた溝部６０の光散乱面Ｐ１及びＰ２で散乱されて、左右方向に広がる。また、導光棒１１内に入射した光は、導光棒１１の裏面１３、側面１４及び１５で反射しながら反対側に配置されたＬＥＤ４１に向かって進んで行く（例えば、図２の光Ｌ₁参照）。しかしながら、導光棒１１の発光面１２全体に光偏向手段（Ｒ₁）を設けられているので、導光棒１１内に入射した光は光偏向手段に入射して、散乱を起こす（例えば、図２の点Ｐ₁参照）。散乱を起こした光の内の所定量は、発光面１２側から外部に出光される。なお、散乱して再度導光棒１１内に戻る光もあるが、導光棒１１の裏面１３、側面１４及び１５、反射シート２５等によって反射され、何れは、再度反射面１２で散乱して、面発光装置１の外部へ出光することとなる。

前述したように、導光棒１１は、裏面１３、側面１４及び１５を全て、平滑に磨き仕上げがなされているため、導光棒１１に進入した光は、実質的に進入した導光棒１１内のみを進むか又はその導光棒１１の発光面１２から出光し、隣り合う他の導光棒１１へはほとんど拡散していかない構成となっている。

図１３は、積層体の発色を説明するための図である。

図１３は、複数の導光棒１１から構成される導光体として機能する積層体１０を利用した場合を示している。前述したように、導光棒１１は、裏面１３、側面１４及び１５を全て、平滑に磨き仕上げがなされているため、導光棒１１に進入した光は、実質的に進入した導光棒１１内のみを進み、進入した導光棒１１の発光面１２からのみ出光し、隣り合う他の導光棒１１へは拡散していかない。すなわち、制御部３８により、ストライプ柄を積層体１０上に表示することができる。

したがって、図１３に示すように、各導光棒１１に対応するＬＥＤ３１が、Ｒ光とＢ光を交互に射出する場合、導光棒１１の発光面１２も交互にＲ色とＢ色を発光することとなる。さらに、端面１６及び／又は１７に溝部（サンプルＮｏ．７に相当）が形成されているため、暗部が良好に解消された上に、端部と中央部のコントラスト比が小さく、全体として良好な面発光装置として機能する。

図１４は、積層体の他の発色を説明するための図である。

図１４は、複数の他の導光棒７１から構成される積層体７０を利用した場合を示している。他の導光棒７１では、導光棒１１と異なり、発光面と隣り合う側面について、平滑な磨き仕上げを行っていない。即ち、導光棒７１では、発光面と隣り合う側面も、発光面と同様に、粗面化処理がなされている。したがって、導光棒７１に進入したＲ色及びＢ色は、導光棒７１が隣り合う側面近傍（領域８２）でのみ加法混色し、赤紫色となって、導光棒７１の発光面側から出射する。また、導光棒７１の発光面側の中央部分（領域８０がＲ色、領域８１がＢ色）では、Ｒ色及びＢ色の概ねストライプ柄が表現できる。

本発明に係る壁掛けパネル型面発光装置の発光面側から見た正面図である。 図１に示す壁掛けパネル型面発光装置の断面図である。 ＬＥＤ光源部の概略構成を示す図である。 導光棒の一例を示す図である。 積層体とＬＥＤ光源部との関係を示す斜視図である。 導光体の端部の発光状況を示す図である。 コントラスト比の測定方法を説明するための図である。 導光棒の端面の断面拡大図である。 平坦部率を変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。 溝幅を変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。 溝深さを変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。 光散乱面の粗さを変化させた場合の暗部解消率及びコントラスト比の測定結果を示す図である。 積層体の発色を説明するための図である。 積層体の他の発色を説明するための図である。

符号の説明

１ 壁掛けパネル型面発光装置
１０ 積層体
１１ 導光棒
１２ 発光面
１６、１７ 端面
２０ 枠体
３０ 第１のＬＥＤ光源部
３１、４１ ＬＥＤ
３３、４３ カバー部
６０ 溝部
６１ 平滑部
Ｒ 光偏向手段

Claims (6)

1. 面発光装置であって、
   端面及び発光面を有する導光棒を複数有する積層体と、
   前記導光棒の前記端面から光を入射するＬＥＤ素子と、
   前記導光棒の前記端面から入射された光を前記導光棒の発光面から出光させるための光偏向手段と、
   光散乱面を有し、前記導光棒の前記端面に設けられた溝部と、
   を有することを特徴とする面発光装置。
2. 前記溝部は、前記導光棒の端部の暗部解消率が５０％以上且つ前記導光棒の端部と中央部とのコントラスト比が１２以下となるように形成されている、請求項１に記載の面発光装置。
3. 前記導光棒の前記端面における平坦部の比率が３０％以上、８０％以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載の面発光装置。
4. 前記溝部の溝幅は、５０μｍ以上、５００μｍ以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載の面発光装置。
5. 前記溝部の深さは、２０μｍ以上、６８０μｍ以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載の面発光装置。
6. 前記光散乱面の算術平均粗さは、０．２μｍ以上、２４．０μｍ以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載の面発光装置。

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