JP5267531B2 - 導光パネル - Google Patents

Description

本発明は導光パネルに関する。具体的には、携帯電話などのモバイル機器に組み込まれて照明用又は表示用に用いられる面状発光装置に用いられる発光パネルに関する。

（一般的な面状発光装置）
図１は、導光パネルを用いた面状発光装置を模式的に表した概略平面図であって、発光時を表している。図２は図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。この面状発光装置は、光源から放射された光を導光パネル内に取り込んで面状に広げ、導光パネルの表面の所定発光領域から光を出射させるものである。

図１に示すように、この面状発光装置１１は、基板１２の表面に導光パネル１３を重ねて置き、導光パネル１３の光入射端面１５に対向する位置で基板１２に光源１４を実装したものである。導光パネル１３の裏面には、図２に示すように、光を出射させようとする所定発光領域に対向させて表示エリア１６を形成している。図示例では、導光パネル１３の裏面の、全体として文字「Ａ」を表す領域に、微細な三角プリズム状の拡散パターン１７を多数凹設することによって表示エリア１６を形成している。拡散パターン１７は、光源側の面が約４５°の傾斜面となっている。光源１４は、ＬＥＤチップを樹脂製ケース内に封止したＬＥＤ光源であって、導光パネル１３の光入射端面の幅に比べて小さな幅を有している。光源１４は、その光放出面を導光パネル１３の光入射端面１５に近接させて配置されている。

この面状発光装置１１では、光源１４を点灯させると、光源１４から放射された光は光入射端面１５から導光パネル１３内に入射する。導光パネル１３内に入射した光は、図２に矢印で示すように、導光パネル１３の表面と裏面で全反射を繰り返すことによって導光パネル１３の全体に広がり、その途中で拡散パターン１７により全反射された光は導光パネル１３の表面から前方へ出射される。その結果、面状発光装置１１を前方から観察すると、表示エリア１６（例えば図１の「Ａ」という領域）だけが明るく発光する。

しかしながら、導光パネル１３内には、実際には図１においてドット状のハッチングを施した領域のように光の導光されない領域Ｂが存在する。そのため、図１に示すように領域Ｂ内に表示エリア１６が設けられていると、領域Ｂ内の表示エリア１６が光らず、例えば文字「Ａ」の一部が欠けて表示されることになる。

領域Ｂに光が導光されない理由は次のとおりである。光源１４から出射される光が発光中心軸（光源１４の中心を通り、光源１４の光放出面に垂直な軸）に対して両側に９０°の広がりを有していたとしても、この光が光入射端面１５から導光パネル１３内に入射する際に屈折するため、導光パネル１３内において光が広がる範囲は、発光中心軸を中心としてその両側に角度θ（＜９０°；以下、広がり角という。）で広がった領域となる。この広がり角θは樹脂屈折率による臨界角と等しい値であって、例えば導光パネル１３の屈折率ｎが１.５９であるとすれば、スネルの法則により、θ＝arcsin（１／ｎ）≒３９°となる。よって、光入射端面１５の両端に対向する位置から広がり角θで延ばしたそれぞれの線分よりも外の領域Ｂには光が導光されない。

また、光源１４から放射される光の配向はほぼランバート分布となっているため、導光パネル１３内に入射した光の配向も発光中心軸方向では光強度が大きく、発光中心軸と大きな角度をなす方向ほど光強度が小さくなる。そのため、光の導光されない領域Ｂに重ならないように表示エリア１６を設けていたとしても、表示エリア１６の中央部は明るく光るが、両端部分が暗くなることがある。

これらの不具合を回避するためには、図３に示すように表示エリア１６を光源１４から十分に遠ざけて表示エリア１６が光の導光されない領域Ｂに重ならないようにすればよいが、その場合には表示エリア１６の大きさに比べて導光パネル１３のサイズが大きくなってしまう。そして、導光パネル１３のサイズが大きくなると、導光パネル１３の利用効率が悪くなるとともに、携帯機器（特に小型携帯機器）への組み込みが困難になる。

（一般的な面状発光装置の改良例）
上記のような配光の不均一性を改善するために、導光パネルの光入射端面に加工を施した面状発光装置が提案されている。図４及び図５は、このような改良例の一つを表している。図４は面状発光装置の改良例を示す概略平面図である。図５は当該改良例の概略断面図であって、図１のＸ−Ｘ線に対応する線分に沿った図４の断面図である。

この改良例では、図４に示すように、光源１４と対向させて光入射端面１５の一部に、導光パネル１３の表面に垂直な方向から見て円弧状に湾曲した凹部１８を設けている。光源１４と対向する位置において光入射端面１５に円弧状の凹部１８を設けていると、導光パネル１３内に入射する前後における光の進む方向の変化が、平坦な光入射端面１５の場合と比較して小さくなるので、導光パネル１３内における光の広がりが広くなる。そのため、光の導光されない領域Ｂの面積を小さくすることができる。

しかし、この改良例によれば、図５に示すように凹部１８のために光源１４の光放出面と導光パネル１３の光入射端面１５との間の隙間が大きくなるので、光源１４から出射する光が上方へ漏れて導光パネル１３に入射しにくくなる。そのため、光源１４から放射されて導光パネル１３内に入射する光量が減少して光利用効率が低下するので、表示エリア１６が全体として暗くなる不都合がある。

（特許文献１について）
また、特許文献１には、図６に示すような発光パネルアセンブリが開示されている。特許文献１の発光パネルアセンブリでは、光出力区域２１（光を出射させるための有効領域）の端面に、光源２３からの光を広げて光出力区域２１へ送り込むための光移動区域２２を２つ設け、それぞれの光移動区域２２の端に光源２３を配置している。

このような構造によれば、図６に２点鎖線で示すように１つの光移動区域２４と１つの光源２５で構成する場合と比べて、光移動区域２２の長さを短くすることができる。しかし、いずれか一方の光源２３だけでは、図６において破線で囲む領域には光が送られず暗くなるので、光源２３が２個必要になる（光出力区域２１の幅が広くなるとさらに多数の光源が必要になる）ので、製造コストや消費電力が増加する不具合がある。

特表２００２−５３８５７７号公報（図７）

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、入射した光の配向を広げることによって有効領域を広げることができ、また光利用効率を低下させにくく、しかも配光分布の制御性の高い導光パネルを提供することにある。

本発明に係る導光パネルは、端面から光源の光を取り込んで面状に広げ、光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に設けた拡散パターンによって光を透過又は反射させることで前記光出射面の所定領域から外部へ光を出射させるようにした導光パネルであって、前記端面のうち光源の光が入射する領域の近傍において、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に、導光する光の配向方向を広げるための、プリズム状をした複数個の配光制御パターンを備え、前記配向制御パターンは傾斜面を有し、前記傾斜面の法線方向は、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち前記配向制御パターンが設けられた面に対して非平行となっており、前記配向制御パターンは、それぞれ前記配向制御パターンで反射された光を配光させたい向きに向けて前記光出射面に垂直な軸の回りに傾けて配置され、前記配向制御パターンは、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸を挟む一方の領域と他方の領域とでは互いに反対向きに傾いていることを特徴としている。

本発明の導光パネルにあっては、光源からの光が入射する領域の近傍において、光出射面と光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面にプリズム状をした複数の配向制御パターンを設け、配向制御パターンに設けた傾斜面の法線方向が、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち前記配向制御パターンが設けられた面に対して非平行となるようにしているので、光源から導光パネル内に入射した光の一部を配光制御パターンで反射させることによって導光パネル内を導光する光の範囲を広げることができる。よって、導光パネルの隅や縁に光を送って明るくすることができ、拡散パターンの設けられている表示エリアや有効領域の全体を明るく発光させることができる。しかも、そのために表示エリア等と光源とを離す必要がないので、導光パネルを大きくする必要がない。また、光源の個数を増加させる必要もないので、コストや消費電力を抑えることもできる。

また、本発明の導光パネルにあっては、複数個の配光制御パターンが、当該配向制御パターンで反射された光を配光させたい向きに向けて前記光出射面に垂直な軸の回りに傾けて配置されているので、配光制御パターンを傾けることで配光制御パターンにより反射された光の方向を変化させることができ、また、その傾き（角度）を調整することで反射光の進む方向を制御することができる。

特に、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸を挟む一方の領域と他方の領域とで、前記配光制御パターンを互いに反対向きに傾けているので、配向制御パターンによりそれぞれ外向きに反射光を曲げることができ、導光パネル内の配光分布を広げることができる。

本発明に係る導光パネルのある実施態様は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸に関して、前記配光制御パターンを線対称に配置している。かかる実施態様によれば、導光パネルにおける配光分布を左右均等に広げることができる。

本発明に係る導光パネルの別な実施態様は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記配光制御パターンを、光源から届く光の光量が多い領域では前記配向制御パターン間の距離を長く配置し、光量が少ない領域では前記配向制御パターン間の距離を短く配置している。かかる実施態様によれば、導光パネルの輝度分布を均一化して輝度ムラを低減させることができる。

本発明にかかる導光パネルのさらに別な実施態様は、前記配光制御パターンが、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に設けた三角プリズム状の凹部であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、配光制御パターンの各面のうち前記端面（光入射端面）から遠い側に位置する傾斜面（偏向反射面）で入射光を反射させことができ、その際に光の導光方向を変化させ、光出射面から出射させることなくさらに導光パネル内を進ませることができる。

また、この実施態様においては、導光パネルの構成樹脂の臨界角（全反射の臨界角）をθc［°］とするとき、前記配光制御パターンの前記端面から遠い側に位置する傾斜面の傾斜角が９０°−θcよりも小さくしてあれば（たとえば、導光パネルの構成樹脂がポリカーボネイト樹脂である場合、配光制御パターンの前記端面から遠い側に位置する傾斜面の傾斜角を５１°よりも小さくしてあれば）、配光制御パターンから外部へ光が漏れにくくなり、光量損失を小さくすることができる。

本発明にかかる面状発光装置は、光源と導光パネルとからなり、前記光源の光を前記導光パネルの端面から前記導光パネル内に取り込んで面状に広げ、前記導光パネルの光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に設けた拡散パターンによって光を透過又は反射させることで前記光出射面の所定領域から前記導光パネルの外部へ光を出射させるようにした面状発光装置であって、前記光源の近傍の領域において、前記導光パネルの前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に、前記導光パネル内を導光する光の配向分布を広げるための、プリズム状をした複数個の配光制御パターンを備え、前記配向制御パターンは傾斜面を有し、前記傾斜面の法線方向は、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち前記配向制御パターンが設けられた面に対して非平行となっており、前記配向制御パターンは、それぞれ前記配向制御パターンで反射された光を配光させたい向きに向けて前記光出射面に垂直な軸の回りに傾けて配置され、前記配向制御パターンは、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸を挟む一方の領域と他方の領域とでは互いに反対向きに傾いていることを特徴としている。

本発明の面状発光装置にあっては、光源からの光が入射する領域の近傍において、光出射面と光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面にプリズム状をした複数の配向制御パターンを設け、配向制御パターンに設けた傾斜面の法線方向が、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち前記配向制御パターンが設けられた面に対して非平行となるようにしているので、光源から導光パネル内に入射した光の一部を配光制御パターンで反射させることによって導光パネル内を導光する光の範囲を広げることができる。よって、導光パネルの隅や縁に光を送って明るくすることができ、拡散パターンの設けられている表示エリアや有効領域の全体を明るく発光させることができる。しかも、そのために表示エリア等と光源とを離す必要がないので、導光パネルを大きくする必要がない。また、光源の個数を増加させる必要もないので、コストや消費電力を抑えることもできる。
また、本発明の面状発光装置にあっては、複数個の配光制御パターンが、当該配向制御パターンで反射された光を配光させたい向きに向けて前記光出射面に垂直な軸の回りに傾けて配置されているので、配光制御パターンを傾けることで配光制御パターンにより反射された光の方向を変化させることができ、また、その傾き（角度）を調整することで反射光の進む方向を制御することができる。特に、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸を挟む一方の領域と他方の領域とで、前記配光制御パターンを互いに反対向きに傾けているので、配向制御パターンによりそれぞれ外向きに反射光を曲げることができ、導光パネル内の配光分布を広げることができる。

本発明にかかる面状発光装置のある実施態様は、前記配光制御パターンを設けた領域において、前記導光パネルの前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に反射シートを貼ったことを特徴としている。かかる実施態様によれば、配光制御パターンで反射された光の一部が光出射面にほぼ垂直な方向へ進んで導光パネルから外部へ漏れようとするとき、この光を反射シートで反射させて導光パネル内へ戻すことができるので、光量損失を低減することができる。また、反射シートを粘着剤などで導光パネルに貼り付けている場合には、光が粘着剤で散乱させられるので、配光分布を広げる効果がより高くなる。

また、当該実施態様においては、前記反射シートが、さらに前記導光パネルと前記光源との間のギャップ部分を覆っている場合には、導光パネルの端面から外れた方向へ出射されて無駄になる光源の光を反射シートで反射させて導光パネル内へ入射させることができ、光の利用効率を向上させて導光パネルの輝度を向上させることができる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

図１は、従来の面状発光装置を模式的に表した平面図である。 図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。 図３は、光源を表示エリアから離した面状発光装置を示す平面図である。 図４は、面光源装置の改良例を示す平面図である。 図５は、図４の面光源装置の概略断面図である。 図６は、特許文献１に開示された発光パネルモジュールの説明図である。 図７は、本発明の実施形態１による面状発光装置を模式的に表した平面図である。 図８は、実施形態１の面状発光装置の概略断面図である。 図９（Ａ）は、１つの拡散パターンの斜視図である。図９（Ｂ）は、導光パネルの裏面に設けられた当該拡散パターンの断面図である。 図１０（Ａ）は、異なる形状の１つの拡散パターンの斜視図である。図１０（Ｂ）は、導光パネルの裏面に設けられた当該拡散パターンの断面図である。 図１１（Ａ）は、１つの配光制御パターンの斜視図である。図１１（Ｂ）は、導光パネルの裏面に設けられた当該配光制御パターンの断面図である。 図１２は、配光制御パターンの傾きを説明する図である。 図１３は、配光制御パターンの作用説明図である。 図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ別な形状を有する配光制御パターンの斜視図である。 図１５（Ａ）は、シミュレーションに用いた面状発光装置の平面図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の面状発光装置の概略断面図である。 図１６は、図１５（Ａ）の面状発光装置の配光制御パターン形成領域を示す平面図である。 図１７は、裏面にパターンのない導光パネル内における配光分布を測定した結果を表した図である。 図１８は、配光制御パターンを用いて配光分布を制御したときの強度変化率を表した図である。 図１９は、本発明の実施形態２による面状発光装置を模式的に表した平面図である。 図２０（Ａ）は、実施形態２の面状発光装置の概略断面図である。図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の面状発光装置の一部を拡大した図である。 図２１（Ａ）は、異なる形状の１つの配光制御パターンの斜視図である。図２１（Ｂ）は、導光パネルの裏面に設けられた当該配光制御パターン３８の断面図である。 図２２（Ａ）及び（Ｂ）は、別な形状を有する種々の配光制御パターンを示す斜視図である。 図２３（Ａ）〜（Ｄ）は、さらに別な形状を有する種々の配光制御パターンを示す斜視図である。 図２４（Ａ）は、導光パネルの中央に配置された配光制御パターンを示す概略平面図である。図２４（Ｂ）は、導光パネルの中央から偏った位置に配置された配光制御パターンを示す概略平面図である。 図２５（Ａ）は、規則的に分布した配光制御パターンを示す概略平面図である。図２５（Ｂ）は、ランダムに分布した配光制御パターンを示す概略平面図である。 図２６は、光量の多い領域と光量の少ない領域とで分布の仕方を異ならせた配光制御パターンを示す概略平面図である。 図２７は、それぞれの傾きが異なる配光制御パターンを示す概略平面図である。 図２８（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ一列ごと又は一行ごとに配光制御パターンの回転方向を逆転させた例を示す概略平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

（第１の実施形態）
本発明に係る導光パネルは面状発光装置に用いられるものである。面状発光装置は、光源から放射された光を導光パネルに導入し、導光パネルに入射した光を面状に広げて光出射面の所定領域から出射させる。このような面状発光装置は、たとえば携帯電話等のモバイル機器に組み込まれて照明用又は表示用に用いられる。

図７は、本発明の実施形態１に係る面状発光装置３１を模式的に表した平面図であって、発光時の状態を表している。図８は、図７のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。図７及び図８に示すように、面状発光装置３１においては、基板３２の表面に導光パネル３３が重ねて置かれ、導光パネル３３の光入射端面３５に対向する位置で基板３２に光源３４が実装されている。

光源３４は、光入射端面３５の幅に比べて小さないわゆる点状光源といわれるものであって、光入射端面３５の幅とほぼ等しい幅（長さ）を有する冷陰極線管などを含まない。一般に用いられる光源３４はＬＥＤ光源であって、透明封止樹脂内に１個又は複数個のＬＥＤチップ３４ａを封止し、透明封止樹脂の前面（光放出面）を除く全体を白色樹脂で覆ったものである。そして、ＬＥＤチップ３４ａを点灯させると、光放出面からほぼランバート分布となるように白色光又は有色光が放射される。光源３４は小さなギャップをあけて光入射端面３５と対向し、あるいは光入射端面３５に当接している。光源３４から放射された光は、光入射端面３５のうち光源３４の前面に対向する領域（光入射領域３９）から導光パネル３３内に入射する。

導光パネル３３は、屈折率の大きな透光性樹脂、たとえばポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）などによって矩形の板状又はシート状に成形されている。導光パネル３３の裏面には、拡散パターン３７と配光制御パターン３８がそれぞれ多数個設けられている。なお、基板３２の表面のうち導光パネル３３の裏面と対向する領域には、白色塗料を塗布したり、白色樹脂をコーティングしたり、金属薄膜を形成したりして光反射層を設けてあってもよい。

拡散パターン３７は、導光パネル３３内を導光する光を反射又は全反射させることによって導光パネル３３の表面（光出射面４０）から出射させるものである。拡散パターン３７は、導光パネル３３の有効領域のほぼ全体に設けていてもよく、あるいは、所望の文字やマーク、図柄などを表す表示エリア３６にのみ設けていてもよい。拡散パターン３７を有効領域のほぼ全体に設けた場合には、光出射面４０の有効領域全体が光るので、面状発光装置３１をバックライトなどの照明用に用いることができる。また、所定の表示エリア３６にのみ拡散パターン３７を設けた場合には、表示用に用いることができる。図示例では、主として表示用に用いた場合を示しており、表示エリア３６が文字「Ａ」を表している。以下においては表示用に用いる場合を説明するが、照明用に用いる場合を排除するものではない。

拡散パターン３７は導光パネル３３の裏面に形成した凹部であって、１つの拡散パターン３７は図９（Ａ）に示すように三角プリズム状の形状を有している。反射面３７ａは、導光パネル３３内を導光する光を全反射させるための面であって、光入射端面３５側を向いている。反射面３７ａの傾斜角αは、図９（Ｂ）に示すように全反射した光を光出射面４０にほぼ垂直な方向へ向かわせて光出射面４０から外部へ出射させるような角度に定められており、傾斜角αは約４５°となっている。拡散パターン３７の背面３７ｂの傾斜角βは９０°又はそれよりも若干小さな角度となっている。反射面３７ａで全反射することなく反射面３７ａを透過した光は、背面３７ｂを透過して導光パネル３３内に再入射し、再利用される。

なお、拡散パターン３７は、図９に示した形状以外にも種々の形状が可能である。拡散パターン３７は、反射面３７ａで光を全反射させて光出射面４０から出射させることができればよいので、背面３７ｂの傾斜角はどのようなものであってもよい。たとえば、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示す拡散パターン３７では、背面３７ｂの傾斜角が反射面３７ａの傾斜角と等しくて（すなわち、β＝α）断面形状が２等辺三角形状となっている。

また、拡散パターン３７は、全体が湾曲していて反射面３７ａが凹面状に湾曲したものや凸面状に湾曲したものであってもよい。また、拡散パターン３７は、三角錐パターン、四角錐（ピラミッド状）パターン、略円錐状パターンとなっていてもよい。また、拡散パターン３７は、導光パネル３３の裏面に印刷された白色の光拡散インクなどであってもよい。

配光制御パターン３８は、光入射領域３９から導光パネル３３内に入射した光の配向分布を広げるものであり、光入射領域３９の近傍において導光パネル３３の裏面に設けられている。配光制御パターン３８も導光パネル３３の裏面に形成した凹部であって、１つの配光制御パターン３８は図１１（Ａ）に示すように三角プリズム状の形状を有している。配光制御パターン３８の偏向反射面３８ａは、導光パネル３３内に入射した光を全反射させることにより、光出射面４０に垂直な方向から見て反射前後で光の進む方向を変化させるものである。偏向反射面３８ａの傾斜角εが大きい方が反射した光の配向を変化させる効果が高いが、偏向反射面３８ａに光が入射しにくくなる。

導光パネル３３内を導光する光のうち、導光パネル３３の表面又は裏面（配光制御パターン３８でない部分）に対して全反射の臨界角θc［°］よりも小さな入射角で入射する光は、導光パネル３３の表面又は裏面から外部へ漏れる。従って、導光パネル３３内を導光する光の広がりは、導光パネル３３の表面及び光入射端面３５に垂直な断面内においては、光入射端面３５に垂直な方向を中心として表面側と裏面側へそれぞれ”９０°−臨界角θc”となっている。よって、配光制御パターン３８の偏向反射面３８ａの傾斜角εが、”９０°−臨界角θc”よりも大きい場合には偏向反射面３８ａにまったく光が入射しなくなるので、偏向反射面３８ａに光を入射させてそこで全反射させるためには、偏向反射面３８ａの傾斜角εを”９０°−臨界角θc”以下にする必要がある。たとえば導光パネル３３の屈折率が１.５９（ポリカーボネイト樹脂の屈折率）である場合には、臨界角θcは３９°となるので、導光パネル３３内を導光する光の裏面側への広がりは５１°（＝９０°−３９°）となる。よって、偏向反射面３８ａの傾斜角εは５１°以下であれば、導光パネル３３内を導光する光を全反射させることができる。また、導光パネル３３の屈折率が１.４９（アクリル樹脂の屈折率）である場合には、臨界角θcは４２°となるので、導光パネル３３内を導光する光の裏面側への広がりは４８°（＝９０°−４２°）となる。よって、偏向反射面３８ａの傾斜角εは４８°以下であれば、導光パネル３３内を導光する光を全反射させることができる。その一方で、偏向反射面３８ａの傾斜角εが小さくなると、偏向反射面３８ａに光が当たりやすくなる分だけ光を偏向させる効果は小さくなるので、傾斜角εが小さくなり過ぎると効率が低下する。よって、最適な傾斜角εの値は、実験により、あるいはシミュレーションを用いて決定すればよい。

配光制御パターン３８の前面３８ｂは光入射端面３５側を向いており、前面３８ｂの傾斜角γは９０°又はそれよりも若干小さな角度となっている。前面３８ｂの高さが高いと前面３８ｂに光が当たりやすくなり、光が前面３８ｂを透過して導光パネル３３の外に漏れて光量損失となるので、前面３８ｂの高さは低い方が好ましい。

配光制御パターン３８は、図７及び図１２に示すように、光出射面４０に垂直な方向から見て、光源３４の発光中心軸Ｔに関して線対称に配置されており、発光中心軸Ｔに関して一方領域と他方領域とでは互いに反対向きに傾けられている。すなわち、図７において、発光中心軸Ｔの向かって右側の領域では、各配光制御パターン３８は光出射面４０に垂直な軸の回りで発光中心軸Ｔから時計回りにφ（＞０）だけ回転しており、発光中心軸Ｔの向かって左側の領域では、各配光制御パターン３８は光出射面４０に垂直な軸の回りで発光中心軸Ｔから反時計回りに同じ角度φ（＞０）だけ回転している。従って、光入射領域３９から導光パネル３３内に入射した光が配光制御パターン３８に入射すると、あるいは、導光パネル３３に入射した光が導光パネル３３の表面や裏面で反射して配光制御パターン３８に入射すると、図１３に示すように、右側の配光制御パターン３８の偏向反射面３８ａで全反射した光は右方向へ曲げられ、左側の配光制御パターン３８の偏向反射面３８ａで全反射した光は左方向へ曲げられる。その結果、配光制御パターン３８によって配光分布が広げられ、配光制御パターン３８がなければ光の導光されない領域Ｂとなっていた領域へも光が導光されるようになり、図７に示すように光の導光されない領域Ｂが小さくなる。また、発光中心軸Ｔと比較的大きな角度をなす方向にも光が導光され、導光パネル３３内における輝度が均一化される。よって、図７に示すように、表示エリア３６の全体が発光するようになる。

偏向反射面３８ａに立てた法線をＮとするとき、配光制御パターン３８の傾きφは、図１２に示すように光出射面４０に垂直な方向から見て、法線Ｎが発光中心軸Ｔと平行な方向となす角度として定義することができる。この傾きφは、表示エリア３６の設けられている領域などを考慮して、最適な値を実験又はシミュレーションにより定めることができる。

また、配光制御パターン３８の配置（分布）や密度も光の全体的な配光分布を考慮して決めればよい。しかしながら、これらの配光制御パターン３８は、正常に導光する光を遮断したり妨害したりするため、配光制御パターン３８が多くなると光量低下を生じるおそれがある。従って、配光制御パターン３８は、その形状、サイズ、密度などが最適となるように設計することが必要である。導光パネル３３内を導光する光のすべてが必ずしも拡散パターン３７で反射されて発光表示に寄与する訳ではないから、配光制御パターン３８が最適設計されていれば、光が配光制御パターン３８により妨害されたとしても、面状発光装置３１に大きな効率低下をもたらすことはない。むしろ、広範囲に広げられた光が表示エリア３６の表示のために働く場合が多くなり、光の利用効率が向上し、全体的に輝度効率が向上する。

なお、配光制御パターン３８は、図１１に示したような平らな偏向反射面３８ａを有するものに限らず、図１４（Ａ）に示すように偏向反射面３８ａが凸曲面になったものでもよく、図１４（Ｂ）に示すように、３８ａが凹曲面になったものでもよい。偏向反射面３８ａが凸曲面となった配光制御パターン３８では、偏向反射面３８ａで反射された光を拡散させることができ、偏向反射面３８ａが凹曲面となった配光制御パターン３８では、偏向反射面３８ａで反射された光に集光性を持たせることができる。また、偏向反射面３８ａが平らな配光制御パターン３８と、偏向反射面３８ａが凸曲面となった配光制御パターン３８と、偏向反射面３８ａが凹曲面となった配光制御パターン３８とを混在させても差し支えない。

つぎに、配光制御パターン３８の働きをシミュレーションにより検証した結果を説明する。図１５及び図１６は、シミュレーションに用いた面状発光装置のモデルを表している。図１６に示すように、光源３４は光放出面の幅ｃを１.８ｍｍとし、光入射端面３５との間にｆ＝０.２ｍｍのギャップをあけて配置した。光源３４は、青色ＬＥＤと（黄色）蛍光体との組合せによって白色発光するＬＥＤ光源とし、光源３４からはランパート分布の光が放射されるものとした。配光制御パターン３８は、縦ａ＝１ｍｍ、横幅ｂ＝２ｍｍの領域に、０.１ｍｍの間隔（中心間距離）をあけて２００個配置した。配光制御パターン３８は、発光中心軸Ｔを中心として線対称に配置され、配光制御パターン３８の傾きも発光中心軸Ｔに関して線対称とした。１つの配光制御パターン３８は平面視でｄ＝３０μｍの長さとｅ＝１０６μｍの幅を有し、偏向反射面３８ａの傾斜角εは４５°とした。また、いずれの配光制御パターン３８も等しい角度φ＝３８°だけ傾けた。

導光パネル３３は、裏面に拡散パターン３７も配光制御パターン３８も設けられていなものと、配光制御パターン３８だけを設けたものとを用意した。また、導光パネル３３の屈折率は１.５９（ポリカーボネイト樹脂の屈折率）とした。いずれの導光パネル３３も拡散パターン３７を有していないので、導光パネル３３内を導光する光は光出射面４０から出射することなく、光入射端面３５と反対側の端面に達する。図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、導光パネル３３の光入射端面３５と反対側の端面に沿って光量測定装置４１を設置し、光量測定装置４１の各位置に入射する光の受光強度を測定することによって各方向における光の強度（配光分布）を求めた。図１５（Ａ）に示すように、光量測定装置４１は発光中心軸Ｔと平行な方向（θ＝０°）に対して配光方向θ＝−６５°からθ＝６５°まで測定できるように配置した。

図１７は、裏面に拡散パターン３７も配光制御パターン３８も設けられていない導光パネル３３を用いて、導光パネル３３内で各方向に導光される光の強度（発光強度）を光量測定装置４１で測定した結果を表している。図１７の横軸は発光中心軸Ｔを基準にした角度（配光方向θ）で、縦軸は各配光方向θの発光強度を表している。図１７のグラフから分かるように、配光制御パターン３８を設けていない場合には、導光パネル３３内においては光源３４の真っ直ぐ前方における発光強度が最大となっており、配光方向θ＝±１５°あたりから発光強度が低下し、臨界角に等しい配光方向θ＝±３９°付近では発光強度が０に近くなっている。なお、臨界角よりも大きな配光方向（｜θ｜＞３９°）でも発光強度が０になっていないのは、導光パネル３３内における光の散乱や迷光などを考慮しているためである。

図１８は、裏面に配光制御パターン３８を設けた導光パネル３３を用いた場合の輝度変化率を表した図である。配光方向θにおける輝度変化率とは、（配光制御パターン３８を設けた導光パネル３３を用いた場合の配光方向θにおける発光輝度）÷（配光制御パターン３８を有しない導光パネル３３を用いた場合の同じ配光方向θにおける発光輝度）をいう。図１８によれば、配光制御パターン３８の傾きφよりも小さな配光方向（｜θ｜＜φ＝３８°）では輝度変化率がほぼ１となっているが、配光制御パターン３８の傾きφよりも大きな配光方向（｜θ｜＞φ＝３８°）では輝度変化率は１よりもかなり大きな値を示している。よって、配光制御パターン３８を設けることにより配光分布を広げることができ、配光制御パターン３８の傾きφよりも大きな方向に光を導光させられることが分かる。

（第２の実施形態）
つぎに、本発明の実施形態２による面状発光装置５１を説明するが、実施形態１と同じ構成の部分については説明を省略する。図１９は、実施形態２の面状発光装置５１を模式的に表した平面図である。また、図２０（Ａ）は、実施形態２の面状発光装置の概略断面図であり、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の面状発光装置の一部を拡大した図である。

実施形態２の面状発光装置５１にあっては、実施形態１の面状発光装置において、さらに光源３４と配光制御パターン形成領域を覆うようにして、光源３４及び導光パネル３３の上面に遮光テープ５２を接着している。遮光テープ５２は、光を吸収する黒色シート５３の下面に、光を反射する白色シートやミラーシートからなる反射シート５４を積層し、反射シート５４の下面に両面粘着テープ５５を貼り付けたものである。遮光テープ５２は、両面粘着テープ５５によって光源３４及び導光パネル３３の上面に接着されている。

このような面状発光装置５１によれば、光源３４から直接に光入射端面３５へ入射しないで光源３４と光入射端面３５との間のギャップから上方へ漏れようとする光を反射シート５４で反射させて光入射端面３５から導光パネル３３内へ入射させることができる。よって、導光パネル３３へ入射せず光利用効率を低減させる要因となっているロス光を低減させ、面状発光装置５１の輝度効率を向上させることができる。

また、配光制御パターン３８と対向する位置に反射シート５４が貼られているので、配光制御パターン３８で反射された光が光出射面４０から漏れるのを防止し、光量の減少を小さくできる。

さらに、導光パネル３３内に入射した光は、導光パネル３３の上面で反射シート５４と両面粘着テープ５５によって散乱反射されるので、配光分布をより一層均一化することができる。

なお、配光制御パターン３８は、図１１や図１４に示した形状以外にも種々の形状が可能である。たとえば、図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示す配光制御パターン３８のように、前面３８ｂの傾斜角が偏向反射面３８ａの傾斜角と等しくて（すなわち、γ＝ε）断面形状が２等辺三角形状となっていてもよい。断面２等辺三角形状の配光制御パターン３８でも、図２２（Ａ）に示すように全体を湾曲させて偏向反射面３８ａを凸曲面状に湾曲させてもよく、図２２（Ｂ）に示すように全体を湾曲させて偏向反射面３８ａを凹曲面状に湾曲させてもよい。偏向反射面３８ａを凸曲面状に湾曲させておけば、偏向反射面３８ａで反射される光をより拡散させることができる。また、偏向反射面３８ａを凹曲面状に湾曲させておけば、偏向反射面３８ａで反射された光を集光させることができる。

また、配光制御パターン３８は、図２３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、鋸刃状パターン、三角錐パターン、四角錐（ピラミッド状）パターン、略円錐状パターンなどであってもよい。また、これらの種々の配光制御パターン３８を混在させても差し支えない。

（その他の実施形態）
配光制御パターン３８は、実施形態１で説明した以外にも種々の配置が可能であり、それによって配光分布をより精密に制御することが可能になる。なお、図２４〜図２８においては、導光パネル３３の裏面に設けられた配光制御パターン３８を導光パネル３３の表面に表している。一方、拡散パターン３７は図示を省略している。

一般的には、図２４（Ａ）の面状発光装置６１のように、光源３４を導光パネル３３の中央に対向させて配置し、配光制御パターン３８も光源３４の発光中心軸に対して左右対称に設けて、導光パネル３３に左右均等に光が配向されるようにするのが望ましい。しかし、表示エリア３６が左右非対称である場合や、導光パネル３３の中央部から偏った位置に設けられている場合などには、図２４（Ｂ）の面状発光装置６２のように、導光パネル３３の中央から偏った位置に光源３４と配光制御パターン３８を設け、光源３４の発光中心軸に対して左右対称に配光制御パターン３８を設けてもよい。

また、配光制御パターン３８は、図２５（Ａ）に示す面状発光装置６３のように、配光制御パターン形成領域内に均一に分布させてもよいが、図２５（Ｂ）の面状発光装置６４のようにランダムに分布させてもよい。

また、配光制御パターン３８は、図２６に示す面状発光装置６５のように、光源３４から導光される光量の多い領域（すなわち、光源３４の発光中心軸と比較的小さな角度をなす領域）では配光制御パターン３８の密度を大きくし、光量の少ない領域（光源３４の発光中心軸と大きな角度をなす領域）では配光制御パターン３８の密度を小さくしてもよい。このような配置によれば、光量の多い方向の光を大きく拡散させ、光量の少ない方向の光の拡散を小さくすることができるので、導光パネル３３の全体で光量を均一化することができる。

また、配光制御パターン３８は、図２７に示す面状発光装置６６のように、位置によって傾き（φ）を異ならせてもよい。

また、配光制御パターン３８は、図２８（Ａ）に示す面状発光装置６７や図２８（Ｂ）に示す面状発光装置６８のように、光源３４の発光中心軸の片側においても傾きの異なるものが混在していてもよい。具体的には、図２８（Ａ）に示す面状発光装置６７では、一列ごとに配光制御パターン３８の回転方向を逆向きにしてあり、図２８（Ｂ）に示す面状発光装置６８では、一行ごとに配光制御パターン３８の回転方向を逆向きにしている。

また、配光制御パターン３８は、導光パネル３３の光出射面４０と反対側の面でなく、光出射面４０と同じ面に形成していてもよい。同様に、拡散パターン３７も光出射面４０に形成し、拡散パターン３７で散乱透過した光が光出射面４０から出射されるようにしても差し支えない。

本発明においては、これらの配光制御パターン３８により、あるいはこれらの配光制御パターン３８の組合せにより、導光パネル３３内における配光分布を精密に制御することが可能になる。

また、導光パネル３３の幅が広い場合には、複数個の光源３４を用い、各光源３４の近傍にそれぞれ配光制御パターン３８を設けてもよい。

３１、５１、６１〜６８ 面状発光装置
３３ 導光パネル
３４ 光源
３５ 光入射端面
３６ 表示エリア
３７ 拡散パターン
３７ａ 反射面
３８ 配光制御パターン
３８ａ 偏向反射面
３９ 光入射領域
４０ 光出射面
５２ 遮光テープ
５３ 黒色シート
５４ 反射シート
５５ 両面粘着テープ
Ｂ 光の導光されない領域
Ｔ 発光中心軸

Claims (9)

1. 端面から光源の光を取り込んで面状に広げ、光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に設けた拡散パターンによって光を透過又は反射させることで前記光出射面の所定領域から外部へ光を出射させるようにした導光パネルであって、
   前記端面のうち光源の光が入射する領域の近傍において、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に、導光する光の配向方向を広げるための、プリズム状をした複数個の配光制御パターンを備え、
   前記配向制御パターンは傾斜面を有し、
   前記傾斜面の法線方向は、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち前記配向制御パターンが設けられた面に対して非平行となっており、
   前記配向制御パターンは、それぞれ前記配向制御パターンで反射された光を配光させたい向きに向けて前記光出射面に垂直な軸の回りに傾けて配置され、
   前記配向制御パターンは、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸を挟む一方の領域と他方の領域とでは互いに反対向きに傾いていることを特徴とする導光パネル。
2. 前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸に関して、前記配光制御パターンが線対称に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光パネル。
3. 前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記配光制御パターンは、光源から届く光の光量が多い領域では前記配向制御パターン間の距離を長く配置され、光量が少ない領域では前記配向制御パターン間の距離を短く配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光パネル。
4. 前記配光制御パターンは、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に設けた三角プリズム状の凹部であることを特徴とする、請求項１に記載の導光パネル。
5. 構成樹脂の臨界角をθc［°］とするとき、前記配光制御パターンの前記端面から遠い側に位置する前記傾斜面の傾斜角が９０°−θcよりも小さいことを特徴とする、請求項４に記載の導光パネル。
6. 構成樹脂がポリカーボネイト樹脂であって、前記配光制御パターンの前記端面から遠い側に位置する前記傾斜面の傾斜角が５１°よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載の導光パネル。
7. 光源と導光パネルとからなり、前記光源の光を前記導光パネルの端面から前記導光パネル内に取り込んで面状に広げ、前記導光パネルの光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に設けた拡散パターンによって光を透過又は反射させることで前記光出射面の所定領域から前記導光パネルの外部へ光を出射させるようにした面状発光装置であって、
   前記光源の近傍の領域において、前記導光パネルの前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に、前記導光パネル内を導光する光の配向分布を広げるための、プリズム状をした複数個の配光制御パターンを備え、
   前記配向制御パターンは傾斜面を有し、
   前記傾斜面の法線方向は、前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち前記配向制御パターンが設けられた面に対して非平行となっており、
   前記配向制御パターンは、それぞれ前記配向制御パターンで反射された光を配光させたい向きに向けて前記光出射面に垂直な軸の回りに傾けて配置され、
   前記配向制御パターンは、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、光源から届く光の配光分布の中心軸を挟む一方の領域と他方の領域とでは互いに反対向きに傾いていることを特徴とする面状発光装置。
8. 前記配光制御パターンを設けた領域において、前記導光パネルの前記光出射面と当該光出射面に対向する面のうち少なくとも一方の面に反射シートを貼ったことを特徴とする、請求項７に記載の面状発光装置。
9. 前記反射シートは、さらに前記導光パネルと前記光源との間のギャップ部分を覆っていることを特徴とする、請求項８に記載の面状発光装置。

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