以下、図面を参照して、本発明に係る面発光装置および画像形成装置の実施形態について説明する。ただし、図面において、同一又は類似の部材や部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的に図示しており、実際の寸法や比率等とは必ずしも一致しない。さらに、図面相互間において、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれることがある。
〔第1の実施形態〕
まず、図1から図3を参照して、第1実施形態に係る面発光装置の構成について説明する。図1は第1の実施形態に係る面発光装置の側断面図である。図2は第1の実施形態に係る面発光装置を構成する導光板の入射部を光源側から観た正面図である。図3は第1の実施形態に係る面発光装置の入射部近傍の要部拡大図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る面発光装置101は、光源20、導光板30、および反射フィルム50を主に備える。以下、第1実施形態に係る面発光装置101について、構成要素ごとに説明する。
光源20は、プリント基板等の配線基板10上に実装される。配線基板10には不図示の配線パターンが形成されている。光源20は、配線基板10の導光板30側に臨んだ面の配線パターン上に実装されている。配線基板10は、導光板30と離間させて配設される。
光源20としては、面発光装置101の省電力化、高効率化、および長寿命化を図るために、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)を採用することが好ましい。本実施形態のLEDとしては、例えば、青色光を発光するチップタイプLEDを採用する。チップタイプLEDとしては、例えば、1W/チップ以上の出力を有し、光量が大きく高輝度を有するハイパワーLEDを採用してもよい。LEDの発光色は必ずしも青色光に限定されず、例えば、赤色光、緑色光、もしくは紫外線光などの他の発光色であってもよい。また、LEDは、単一のLEDで構成されるものに限定されず、複数のLEDを電気的に並列もしくは直列に接続して用いても構わない。さらに、波長の異なる複数色のLEDを組み合わせて用いても構わない。光源20は必ずしもLEDに限定されず、有機EL等のLED以外の発光素子を採用しても構わない。
導光板30は、全体として四角柱状もしくは平板状(扁平な直方体状)を呈している。導光板30は、例えば、アクリル(PMMA;Polymethyl methacrylate)やシクロオレフィンポリマー(COP)、ポリカーボネート(PC;polycarbonate)等の透明合成樹脂材により構成することが好ましいが、例示の合成樹脂材に限定されず、ガラス材等の他の透明部材を採用してもよい。導光板30は、無色透明体であることが好ましいが、光源20の発光色と同色、もしくは後述する蛍光体60を通過した光と同色の有色透明体であっても構わない。
導光板30の肉厚方向(前後方向)Tに沿った四側面の一面には、光源20に臨んで窪んだ光入射部40が形成されている。図1に示す光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向断面において、光入射部40は略多角形状に形成されている。また、図2に示す光源20側から観た光入射部40の正面視において、光入射部40は多段同心面状(本実施形態では、多段同心円状)に形成されている。光源20と光入射部40との間には、気体層Gが存在する。光入射部40の入射面41は、中心軸Sに近い傾斜側面42ほど窪みが大きく、光源20からの距離が離れている。導光板30の表面側(図1から図3における上面側)は、光源20から当該導光板30に導入された光の出射面31となっている。
光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向断面において、入射面41は複数の傾斜側面42から形成されている。本実施形態では、図1に示すように、当該肉厚方向断面において、光入射部40の入射面41は8つの傾斜側面42から形成されている。光入射部40を構成する入射面41の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、20度以上45度以下の範囲に設定されている。なお、図1および図3における傾斜側面42の数は例示であって、肉厚方向断面において8つに限定されるものではない。傾斜角θの大きさの変化に伴って、傾斜側面42の幅寸法や数も適宜変化する。
隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θを20度以上としたのは、差分傾斜角θが20度未満であると、光源20から照射された光は光入射部40の傾斜側面42において全反射しやすく、光入射部40から導光板30内に入射する光の割合が少なくなるからである。すなわち、差分傾斜角θが20度以上の場合は、光源20から照射された光は光入射部40の傾斜側面42において全反射し難くなり、光入射部40から導光板30内に入射する光の割合が多くなる。導光板30に入射した光は、出射面31、当該出射面31と対向する反射面(裏面)32、およびこれらを結ぶ肉厚方向Tに沿った反射面34等に向かう。
他方、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θを45度以下としたのは、差分傾斜角θが45度を超えると、光源20から照射された光が光入射部40近傍において径方向外方に向かって拡散しやすくなるからである。すなわち、差分傾斜角θを45度以下とした場合には、光源20から照射された光は傾斜側面42にて屈折しやすくなり、光が光入射部40近傍において径方向外方に向かって拡散し難くなる。このため、出射面31から出射する光を当該出射面31の全体に亘って適度に拡散させることができる。
導光板30の裏面(後面)の反射面32側へ向かって屈折した光は、当該反射面32にて全反射して表面の出射面31側へと到達する。このように、入射面41から入射する光は、屈折や全反射を経て出射面31に到達する。差分傾斜角θを20度以上45度以下の範囲内に設定することで、入射面41から入射する光は、導光板30の全体に亘って適度に拡散され、出射面31から表面前方へと出射する。すなわち、導光板30から出射する光は、出射面31方向に適度に拡散された状態で表面前方に向かう率が多くなる。また、差分傾斜角θを20度にしたり、25度にしたり、30度にしたり、35度にしたり、また他の値としたりすることで、出射面31から特定方向に集中した光を出射させたり、逆に出射面31から広い範囲に拡散させたりすることができる。
本実施形態では、光入射部40の入射面41の断面形状は、中心軸Sに対して対称な略多角形状を呈している(図1および図3参照)。光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、光入射部40の中心から径方向外方へ向けて、もしくは径方向外方から中心へ向けて、20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少するように設定される。具体的には、中心軸Sに対して前後で対称な差分傾斜角となるθ1とθ4、θ2とθ5およびθ3とθ6をそれぞれ同じ角度に形成し、θ1(θ4)とθ2(θ5)とθ3(θ6)を異なる角度に設定することができる。そして、光入射部40の開口端43,43側の差分傾斜角θ1およびθ4から中心軸S側の差分傾斜角θ3およびθ6に向かうにつれて大きな角度、すなわち、θ1<θ2<θ3、θ4<θ5<θ6となるように、20度以上45度以下の範囲で差分傾斜角θが増加するように設定してもよい。あるいは逆に、差分傾斜角θ1およびθ4から中心軸S側の差分傾斜角θ3およびθ6に向かうにつれて小さな角度、すなわち、θ1>θ2>θ3、θ4>θ5>θ6となるように、20度以上45度以下の範囲で差分傾斜角θが減少するように設定してもよい。
径方向外方から光入射部40の中心(中心軸S側)へ向かうにつれて大きな角度とする場合は、例えば、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの増加率を一定(本例では、10度ずつ増加)にして、差分傾斜角θ1およびθ4を20度、差分傾斜角θ2およびθ5を30度、並びに差分傾斜角θ3およびθ6を40度に設定することができる。さらに、隣り合う差分傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの増加率を変動させて、例えば、差分傾斜角θ1およびθ4を20度、差分傾斜角θ2およびθ5を30度、並びに差分傾斜角θ3およびθ6を45度に設定することができる。
他方、径方向外方から光入射部40の中心(中心軸S)に向かうにつれて小さな角度とする場合は、例えば、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの減少率を一定(本例では、10度ずつ減少)にして、差分傾斜角θ1およびθ4を45度、差分傾斜角θ2およびθ5を35度、並びに差分傾斜角θ3およびθ6を25度とすることができる。さらに、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの減少率を変動させて、例えば、差分傾斜角θ1およびθ4を45度、差分傾斜角θ2およびθ5を35度、並びに差分傾斜角θ3およびθ6を20度とすることができる。なお、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの値は例示であって、光入射部40の中心から径方向外方へ向けて、もしくは径方向外方から中心へ向けて、20度以上45度以下の範囲で差分傾斜角θが増加もしくは減少していればよい。
反射フィルム50は、光源20および導光板30の少なくとも出射面31と対向する面面(反射面)32を覆うように配設される。本実施形態の反射フィルム50は、導光板30の出射面31を露出させるとともに、上記反射面32に加え、光入射部40を有する一側面以外の肉厚方向Tに沿った側面(反射面)34等を覆うように配設される。反射フィルム40としては、例えば、ポリプロピレン(PP;polypropylene)やポリエチレンテレフタレート(PET;Polyethylene terephthalate)等の合成樹脂フィルムに、酸化チタンや硫酸バリウム等のフィラーと気泡を内填したものが挙げられるが、例示の材質に限定されない。光源20から導光板30に導入された光は、導光板30を通過して、もしくは反射フィルム50で覆われた反射面32,34等で反射されて、導光板30の出射面31から出射する。
また、光源20と光入射部40との間には、蛍光体60が介設されている。本実施形態の蛍光体60は、図1から図3に示すように、光入射部40の内縁部に、該光入射部40の開口部を塞ぐように張設されている。入射面41と蛍光体60との間には、気体層Gが存在する。蛍光体60は円形状を呈しており、その外周部が光入射部40の内縁部に接着固定される。本実施形態の蛍光体60は、光入射部40の開口形状に合わせて、円形状の蛍光板もしくは蛍光体フィルムとして形成されている。蛍光体60の大きさは、光入射部40の開口端43内に納まる程度の大きさに設定される。なお、蛍光体60は、光入射部40の内縁部もしくは外縁部に張設することに限定されず、例えば、光入射部40の入射面41に直接貼付してもよく、あるいは、入射面41に蛍光塗料を塗布して、当該入射面41に蛍光塗料層(図示せず)を積層してもよい。
本実施形態の蛍光体60としては、例えば、光源20である青色LEDの青色光が通過して白色に発色する黄色蛍光体が採用される。蛍光体60の肉厚は、青色チップLEDの光量に応じて、黄色蛍光体フィルムを通過した光が白色に発色するに十分な厚みに設定される。また、青色LEDと黄色蛍光体との組み合わせに限定されず、面発光装置101における白色光の発光方式に応じて、蛍光体60は適宜好ましいものを採用する。例えば、励起方式を採用する場合は、近紫外線LEDとRGB蛍光体を組み合わせてもよい。また、3波長方式を採用する場合は、RGB3色の光の混合によって白色光を得るために、蛍光体60として、赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体の3種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。
蛍光体60としては、例えば、シリコーン樹脂もしくはエポキシ樹脂等の合成樹脂材に窒化物等の蛍光材を混合したものが挙げられるが、例示の材質に限定されず、白色LEDに適用される各種の材質を採用することができる。
導光板30の出射面31上には、不図示の拡散フィルムを積層してもよい。導光板30の出射面31上に拡散フィルムを積層することにより、当該出射面31から出射される光を更に均一に拡散放射させることができる。また後述するように、本実施形態に係る面発光装置101では、光入射部40の入射面41がプリズムとして機能するため、導光板30上にプリズムシートを積層することが不要となるか、もしくはプリズムシートを積層する場合にも、当該プリズムシートの積層数を低減することができる。
次に、図1から図4を参照して、第1の実施形態に係る面発光装置101の作用について説明する。図4は第1の実施の形態に係る面発光装置の光の作用の説明に供する図である。
図1から図3に示すように、本実施形態の面発光装置101に電源を投入して、光源20を点灯させると、該光源20から導光板30へ向けて光が照射される。本実施形態では、光源20として青色チップLEDを採用しているので、導光板30へ向けて青色光が照射される。光源20から照射された青色光は、光源20と光入射部30との間に介設された蛍光体60に入射する。光源20と導光板30との離間距離を調整することにより、光源20から出射する青色光の入射部30へ入射する光量を調節することができる。
本実施形態では、蛍光体60として、青色の補色である黄色の蛍光板もしくは蛍光体フィルムを採用している。したがって、蛍光体60を通過した光は、青色光と黄色光とを合成した白色光として発色する。なお、黄色蛍光体フィルムからなる蛍光体60を通過する青色光の波長は350〜460nmの範囲とすることが好ましい。また、3波長方式により赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体の3種類の蛍光体を組み合わせて用いる場合には、光源20から照射される青色光の波長を、例えば、365nmとすることが可能である。さらに、青色光に限らず、光源20から照射される光の波長を、例えば、420〜440nmもしくは450〜455nmの範囲としてもよいし、460nmとしてもよい。
図4に示すように、蛍光体60を通過して生成された白色光は、気体層Gを通過して、入射面41から導光板30内へと入射する。光源20から照射された光のうち、中心軸Sより前方側の入射面41aから導光板30に入射した光は、例えば、図4中の矢印B1,B2およびB3に示すように、該入射面41aにて斜め前方へ向けて屈折される。その後、導光板30内にて直接または全反射して出射面31まで導かれ、該出射面31にて前方へ向けて屈折される。なお、図4中の矢印B1,B2およびB3に示すように、中心軸Sより前方側の入射面41aから入射する場合、該入射面41aにおける入射位置が中心軸S側に近づくほど光源20から離れた位置で出射面31から出射する。他方、中心軸Sより後方側の入射面41bから導光板30に入射した光は、図4中の矢印B4,B5およびB6に示すように、該入射面41bにて斜め後方に向けて屈折した後、反射面32,34などにて全反射する。そして、導光板30内にて出射面31まで導かれ、該出射面31にて前方へ向けて屈折される。
上述したように、光源20から照射された光は、断面形状が略多角形状の入射面41にて斜め前方または斜め後方へ屈折される。このように、光源20からの光が入射面41にて屈折されることで、導光板30に入射する光は適度に拡散された状態で出射面31まで導かれる。なお、入射面41bにて斜め後方へ屈折される光は、反射面32などで全反射し、出射面31に導かれる。光入射部40の断面形状を従来のように完全な半円形とすると、導光板30に入射する光の量が少なくなる。
また、本実施形態に係る面発光装置101では、入射面41の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、20度以上45度以下の範囲に設定されている。差分傾斜角θが20度以上に設定されているので、光源20から照射された光は光入射部40の傾斜側面42において全反射し難くなり、光入射部40から導光板30内に入射する光の割合が多くなる。また、差分傾斜角θが45度以下に設定されているので、光源20から照射された光は傾斜側面42にて屈折しやすくなり、光が光入射部40近傍において径方向外方に向かって拡散し難くなる。したがって、光源20から照射された光は、入射面41で屈折し、さらにそのうちの一部は反射面32や肉厚方向Tに沿った反射面34などで全反射して、出射面31から前方に出射される。したがって、光源20から照射される光は、導光板30にて全体に亘って適度に拡散され、出射面31から前方に向かって出射される。すなわち、本実施形態の光入射部40の入射面41の略多角形状は、プリズムとして機能する。
さらに、本実施形態に係る面発光装置101では、光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、光入射部40の中心から径方向外方へ向けて、もしくは径方向外方から中心へ向けて20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少するように設定される。隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θを20度以上45度以下の範囲で徐々に増加もしくは減少させることにより、光源20から照射される光は、導光板30の全体に亘って略均一に拡散され、出射面31から表面前方に向かって出射されることになる。
以上説明したように、第1の実施形態に係る面発光装置101では、光入射部40の入射面41の略多角形状がプリズムとして機能するので、導光板30上に積層するプリズムシートの積層数を低減しても所望の明るさを得ることができる。あるいは、光入射部40の入射面41の傾斜側面42の数によっては、導光板30上にプリズムシートを積層する必要がなくなる。すなわち、第1の実施形態に係る面発光装置101では、プリズムシートの積層を要しないか、プリズムシートの積層数が低減されるので、部品点数が削減され、当該面発光装置101の組立工数および材料費を低減することができる。かつ、プリズムシートの積層数の低減により、面発光装置101の薄型化を図ることができる。
また、第1の実施形態に係る面発光装置101では、入射面41は差分傾斜角θ(θ1〜θ6)とする複数の傾斜側面42からなる断面多角形状を呈している。このため、差分傾斜角θ(θ1〜θ6)の角度ならびに傾斜側面42の長さを変えることにより、出射面31から出射される光の照度や照射範囲を調節することが可能となる。また、差分傾斜角θや傾斜側面42の数を変えることにより、出射面31から出射される光の照度や照射範囲を調節することも可能となる。したがって、出射面31から出射される光の照度や照射範囲を調節することが容易となる。
また、第1の実施形態に係る面発光装置101では、光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向断面において、入射面41は光源20に臨んで窪むような略多角形状を呈しており、その差分傾斜角θ(θ1〜θ6)は20度以上45度以下の範囲とされている。したがって、光源20から照射される光は、導光板30にて全体に亘って適度に拡散され、出射面31から前方に向かって出射される。すなわち、第1の実施形態に係る面発光装置101は、出射面31の全体に亘ってより高い照度の光を拡散放射させることが可能となる。その結果、面発光装置101における輝度が向上し、製品の品質が向上する。
さらに、本実施形態に係る面発光装置101では、光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、光入射部40の中心から径方向外方へ向けて、もしくは径方向外方から中心へ向けて20度以上45度以下の範囲で徐々に増加もしくは減少させることにより、微細なプリズムの如く、導光板30の全体に亘って略均一に所望の光量を得ることができる。
そして、第1の実施形態に係る面発光装置101では、光源20は蛍光体60から離間させて配置されている。また、導光板30には光源20に臨んで窪んだ多段同心円状の光入射部40が形成されているため、光源20と入射面41との間には気体層Gが形成される。したがって、光源20で発生する熱が導光板30に直接伝わるのを防止することができ、面発光装置101の製品寿命を延ばすことが可能となる。
また、第1の実施形態に係る面発光装置101では、入射面41は中心軸Sに対して前後で対称に形成されている。このため、入射面41に入射した光をむらなく拡散させることが可能となる。したがって、出射面31から出射する光量のばらつきを抑えることができ、製品の品質や安定性が向上する。
さらに、第1の実施形態に係る面発光装置101では、光源20と光入射部40との間に蛍光体60が介設されている。このため、蛍光体60に含まれる蛍光材や光源20から照射される光の種類を変えることにより、出射面31から出射する光の色や種類を容易に変えることが可能となる。そして、導光板30の出射面31上に拡散フィルム(図示せず)を積層する場合には、当該出射面31から出射される光を更に均一に拡散放射させることができる。
〔第2の実施形態〕
次に、図5および図6を参照して、第2の実施形態に係る面発光装置について説明する。図5は第2の実施形態に係る面発光装置の一例における入射部近傍の要部拡大図である。図6は第2の実施形態に係る面発光装置の他例における入射部近傍の要部拡大図である。なお、第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する内容については説明を省略する。
図5および図6に示すように、第2の実施形態に係る面発光装置201では、光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向Tの断面において、光入射部40の断面形状は、中心軸Sの上下で非対称な略多角形状を呈している。当該肉厚方向断面において、光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、光入射部40の径方向の一方から他方へ向けて、20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少するように設定される。具体的には、当該肉厚方向断面において、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θ11〜θ17をそれぞれ異なる角度に設定することができる。図5に示すように、光入射面41の差分傾斜角θ11からθ17に向かうにつれて大きな角度、すなわち、θ11<θ12<θ13<θ14<θ15<θ16<θ17となるように、20度以上45度以下の範囲で差分傾斜角θが増加するように設定してもよい。あるいは逆に、図6に示すように、光入射面41の差分傾斜角θ11からθ17に向かうにつれて小さな角度、すなわち、θ11>θ12>θ13、θ14>θ15>θ16>θ17となるように、20度以上45度以下の範囲で差分傾斜角θが減少するように設定してもよい。
図5に示すように、径方向外方から光入射部40の径方向の一方から他方へ向うにつれて大きな角度とする場合は、例えば、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの増加率を一定(本例では、4度ずつ増加)にして、差分傾斜角θ11を20度、θ12を24度、θ13を28度、θ14を32度、θ15を36度、θ16を40度、およびθ17を44度に設定することができる。さらに、隣り合う差分傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの増加率を変動させて、例えば、差分傾斜角θ11を20度、θ12を22度、θ13を25度、θ14を29度、θ15を34度、θ16を39度、およびθ17を45度に設定することができる。
他方、図6に示すように、径方向外方から光入射部40の径方向の一方から他方へ向うにつれて小さな角度とする場合は、例えば、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの減少率を一定(本例では、4度ずつ減少)にして、差分傾斜角θ11を45度、θ12を41度、θ13を37度、θ14を33度、θ15を29度、θ16を25度、およびθ17を21度に設定することができる。さらに、隣り合う差分傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの減少率を変動させて、例えば、差分傾斜角θ11を45度、θ12を38度、θ13を32度、θ14を27度、θ15を24度、θ16を22度、およびθ17を20度に設定することができる。なお、隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θの値は例示であって、光入射部40の径方向一方から他方へ向けて、20度以上45度以下の範囲で差分傾斜角θが増加もしくは減少していればよい。
肉厚方向断面において、光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θを光入射部40の径方向の一方から他方へ向けて、20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少するように設定するには、略多段同心円状の入射面41の各傾斜側面42をその周方向に沿って徐々に傾斜角度を増加もしくは減少させることが必要である。
第2実施形態に係る面発光装置201は、基本的に第1実施形態に係る面発光装置101と同様の作用効果を奏する。特に、第2実施形態に係る面発光装置201によれば、光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向断面において、光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θを光入射部40の径方向の一方から他方へ向けて、20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少させることにより、光源20から照射される光を導光板30にて全体に亘って万遍なく、より均一に拡散させることができるという有利な効果を奏する。
第2の実施形態に係る面発光装置201においても、導光板30の出射面31上に、不図示の拡散フィルムが積層されていてもよい。導光板30の出射面31上に拡散フィルムを積層することにより、当該出射面31から出射される光を更に均一に拡散放射させることができる。また、本実施形態に係る面発光装置201では、第1の実施形態に係る面発光装置101と同様に、光入射部40の入射面41が微細なプリズムとして機能するため、所望の光量が得られ、導光板30上にプリズムシートを積層することが不要となるか、もしくはプリズムシートを積層する場合にも、当該プリズムシートの積層数を低減することができる。すなわち、第2の実施形態に係る面発光装置201では、プリズムシートが不要であるか、プリズムシートの積層数が低減されるので、部品点数が削減され、当該面発光装置201の組立工数および材料費を低減することができる。かつ、プリズムシートの積層数の低減により、面発光装置201の薄型化を図ることができる。
〔第3の実施形態〕
次に、図7を参照して、第3の実施形態に係る面発光装置について説明する。図7は第3の実施形態に係る面発光装置の側断面図である。なお、第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する内容については説明を省略する。
図7に示すように、第3の実施形態に係る面発光装置301は、光源20と光入射部40との間に蛍光体を介設していない点と、導光板30の反射面32が光源20からの距離が離れるにつれて順次出射面31側に傾斜している点が、第1の実施形態に係る面発光装置101と異なっている。第3の実施形態に係る面発光装置301は、光源20、導光板30、および反射フィルム50から主に構成される。本実施形態では、光源20と光入射部40との間に蛍光体を介設していないため、光源20として白色光を発光するLEDが採用されている。導光板30は、第1の実施形態と同様の材質によって、無色透明体として構成される。本実施形態に係る面発光装置301は、光源20から照射される光を導光板30で方向転換させて、該導光板30の出射面31から前方(図7における上方)に出射する。
図7に示すように、導光板30は、配線基板10に実装された光源20と離間して配置される。導光板30は、光源20からの距離が遠ざかる程肉厚が小さくなるような略四角柱形状もしくは略平板状を呈している。すなわち、導光板30の裏面の反射面32は、光源20からの距離が遠ざかるにつれて順次出射面31側へ傾斜している。導光板30の一側面には、光源20に臨んで窪んだ光入射部40が形成されている。光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向Tの断面において、光入射部40は略多角形状に形成されている。当該肉厚方向断面において、入射面41は複数の傾斜側面42から形成されている。入射面41と光源32との間には、気体層Gが存在する。
第1の実施形態の場合と同様に、入射面41の断面は8つの傾斜側面42で構成される略多角形状となっている。また、入射面41を構成する隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、20度以上45度以下の範囲に設定されている。また、入射面41の断面形状は、中心軸Sに対して前後に対称な多角形状を呈している。このため、中心軸Sより前方の入射面41aから入射し、斜め前方(図7における左斜め上方)に屈折した光は直接または間接的に出射面31に導かれ、該出射面31にて前方に向かって屈折される。他方、中心軸Sより後方の入射面41bから入射し、斜め後方(図7における左斜め下方)に屈折した光は、導光板30の傾斜する反射面32や肉厚方向に沿った反射面などにて全反射した後、出射面31に導かれ、該出射面31にて前方に向かって屈折される。このため、光源20から照射される光は、導光板30の全体に亘って万遍なく、適度に拡散されて出射面9から前方に向かって出射されることになる。
第3の実施形態に係る面発光装置301は、基本的に第1実施形態に係る面発光装置101と同様の作用効果を奏する。特に、第3実施形態に係る面発光装置301によれば、光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向断面において、導光板30の反射面32が光源20からの距離が離れるにつれて出射面31側に傾斜しているので、光源20から離れた位置における光路が短縮される。したがって、光源20から照射される光を導光板30にて全体に亘って万遍なく、適度に拡散させることができるという有利な効果を奏する。
また、第3の実施形態に係る面発光装置301では、第1の実施形態と同様に、光源20と入射面41との間には気体層Gが存在するので、光源20で発生する熱が導光板30に直接伝わるのを防止できる。その結果、面発光装置301の製品寿命を延ばすことが可能となる。
さらに、第3の実施形態に係る面発光装置301では、入射面41の断面形状は光源20に臨んで窪むような略多角形状を呈しており、入射面41を構成する隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、20度以上45度以下の範囲に設定されている。このため、光源20から照射された光は、入射面41で屈折し、さらにそのうちの一部は反射面32などで全反射して出射面31から前方に放射される。したがって、入射面41に入射した光は、入射部40の径方向外方に漏れることなく、出射面31から出射される。このため、出射面31からむらなくより高い照度の光を拡散放射させることが可能となる。
第3の実施形態に係る面発光装置301においても、導光板30の出射面31上に、不図示の拡散フィルムが積層されていてもよい。導光板30の出射面31上に拡散フィルムを積層することにより、当該出射面31から出射される光を更に均一に拡散放射させることができる。また、本実施形態に係る面発光装置301では、第1の実施形態に係る面発光装置101と同様に、光入射部40の入射面41がプリズムとして機能するため、所望の光量が得られ、導光板30上にプリズムシートを積層することを要しない、もしくはプリズムシートを積層する場合にも、当該プリズムシートの積層数を低減することができる。すなわち、第3の実施形態に係る面発光装置301では、プリズムシートが不要であるか、プリズムシートの積層数が低減されるので、部品点数が削減され、面発光装置301の組立工数および材料費を低減することができる。かつ、プリズムシートの積層数の低減により、面発光装置301の薄型化を図ることができる。
〔第4の実施形態〕
次に、図8および図9を参照して、第4の実施形態に係る面発光装置について説明する。図8は第4の実施形態に係る面発光装置の一例の平面図である。図9は第4の実施形態に係る面発光装置の他例の平面図である。なお、図8および図9においては、反射フィルムを省略図示している。また、第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する内容については説明を省略する。
図8および図9に示すように、第4の実施形態に係る面発光装置401は、導光板30に複数の光入射部40が形成されている。各光入射部40の入射面41は、第1から第3の実施形態と同様に、光源20に臨んで窪むような略多角形状を呈しており、入射面41を構成する隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、20度以上45度以下の範囲に設定される。入射面41を構成する隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、光入射部40の中心から径方向外方へ向けて、もしくは径方向外方から中心へ向けて、または径方向の一方から他方へ向けて、20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少するように設定される(図3、図5および図6参照)。そして、各光入射部40に臨ませて、該光入射部40に対応する数の光源20が設けられている。複数の光源20は、導光板30の各側面において、それぞれ共通の配線基板10上に実装されている。
図8に示す面発光装置401の一例では、導光板30の相対向する側面33,34に、それぞれ複数の光入射部40が形成されている。各対向する側面33,34において、複数の光入射部40は並列配置されている。相対向する側面33,34の各光入射部40に臨んで、対応する数の光源20が設けられている。図8に示す面発光装置401の一例では、相対向する位置に存する複数の光源20から光が照射され、各光入射部40の入射面41から導光板30内に光が入射する。このため、導光板30内に入射した光は、屈折や全反射を経て、導光板30の全体に亘って万遍なく、略均一に高い照度の光で出射面31から拡散されることになる。
図9に示す面発光装置401の他例では、導光板30の隣接する側面33,35に、それぞれ複数の光入射部40が形成されている。各側面33,35において、複数の光入射部40は並列配置されている。隣接する側面33,35の各光入射部40に臨んで、対応する数の光源20が設けられている。図9に示す面発光装置401の他例では、隣接する側面33,35に臨んだ複数の光源20から光が照射され、各光入射部40の入射面41から導光板30内に光が入射する。このため、導光板30内に入射した光は、屈折や反射を経て、導光板30の全体に亘って万遍なく、略均一に高い照度の光で出射面31から拡散されることになる。
第4の実施形態に係る面発光装置401は、基本的に第1実施形態に係る面発光装置101と同様の作用効果を奏する。特に、第4実施形態に係る面発光装置401によれば、導光板30に光入射部40が複数形成され、該光入射部40に対応する数の光源20を有するので、面発光装置401の照度を大幅に増大させることができるという有利な効果を奏する。また、第4の実施形態に係る面発光装置401では、導光板30の対向する側面33,34、もしくは隣接する側面33,35にそれぞれ光入射部40が形成され、各光入射部40に臨んで光源20を有するので、光源20から照射される光を導光板30にて全体に亘って万遍なく、略均一に高い照度の光を出射面31から拡散させることができるという有利な効果を奏する。
さらに、第4の実施形態に係る面発光装置401では、入射面41の断面形状は光源20に臨んで窪むような略多角形状を呈しており、入射面41を構成する隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θは、20度以上45度以下の範囲に設定されている。このため、光源20から照射された光は、入射面41で屈折し、さらにそのうちの一部は反射面32などで全反射して出射面31から前方に放射される。したがって、入射面41に入射した光は、入射部40の径方向外方に漏れることなく、出射面31から出射される。このため、出射面31からむらなくより高い照度の光を拡散放射させることが可能となる。
そして、第4実施形態に係る面発光装置401によれば、光入射部40の中心軸Sを通る導光板30の肉厚方向断面において、光入射部40の隣り合う傾斜側面42,42同士の差分傾斜角θを光入射部40の中心から径方向外方へ向けて、もしくは径方向外方から中心へ向けて、または径方向の一方から他方へ向けて、20度以上45度以下の範囲で増加もしくは減少させることにより、光源20から照射される光を導光板30にて全体に亘って万遍なく、より均一に出射面31から拡散させることができるという有利な効果を奏する。
第4の実施形態に係る面発光装置401においても、導光板30の出射面31上に、不図示の拡散フィルムが積層されていてもよい。導光板30の出射面31上に拡散フィルムを積層することにより、当該出射面31から出射される光を更に均一に拡散させることができる。また、本実施形態に係る面発光装置401では、第1の実施形態に係る面発光装置101と同様に、光入射部40の入射面41がプリズムとして機能するため、所望の光量が得られ、導光板30上にプリズムシートを積層することを要しないか、もしくはプリズムシートを積層する場合にも、当該プリズムシートの積層数を低減することができる。すなわち、第4の実施形態に係る面発光装置401では、プリズムシートが不要であるか、プリズムシートの積層数が低減されるので、部品点数が削減され、当該面発光装置401の組立工数および材料費を低減することができる。かつ、プリズムシートの積層数の低減により、面発光装置401の薄型化を図ることができる。
〔他の実施形態〕
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
すなわち、上記の実施形態では、光入射部40は、光源20側から正面視して略多段同心円状を呈している。光入射部40の形状は、略多段同心円状に限定されるものではなく、略多段同心多角形等の多段同心矩形状に形成してもよい。また図10に示すように、光入射部40は、例えば、光入射部40を左右方向となる中心軸S方向に沿って断面多角形の略半角柱状に切り欠いた形状としてもよい。この場合、図10に示すY方向に沿って切断した断面が図1等に示す略多角形状となり、その傾斜側面42は図10に示す左右方向(幅方向)に沿って延びる形状に形成される。このため、光源20から照射されるより多くの光を入射面41で前後方向に屈折させて出射面31に導くことが可能となる。したがって、出射面31から出射される光の照度が上がり、面発光装置501の輝度が向上する。
また、上述の各実施の形態では、導光板30の外形形状は略四角柱形状もしくは略平板状とされているが、導光板30の外形形状は略四角柱形状もしくは略平板状に限定されるものではなく、略五角柱形状等の他の形状に形成するようにしてもよい。また、図11に示すように、面発光装置601の導光板30の出射面31と対向する反射面32を直線状とせず、円弧状の曲面で構成してもよい。また、反射面32を図7に示すように傾斜面とする構成を他の実施形態に適用してもよい。
さらに、上述の実施形態では、光源20は導光板30から離間した位置に配置されているが、たとえば、基板10を導光板30の開口端43の端面に当接させて、光源20を導光板30から離間させずに光照射部40の内部に配置させるように構成してもよい。また、蛍光板からなる蛍光体60を光入射部40の内縁部もしくは外縁部に張設するのではなく、光入射部40の入射面41に蛍光体フィルムを直接貼付してもよいし、蛍光体60を蛍光塗料で入射面に塗布して蛍光塗料層を形成する場合は、光源20を導光板30から離間させずに光入射部40の内部に配置するようにしてもよい。なお、蛍光体60の外形状は光入射部40の開口形状に合わせて、適宜、四角形等の他の形状とすることができる。
そして、上述の各実施の形態では、傾斜角θを20度以上45度以下の範囲としたが、仕様などに合わせて、一部の差分傾斜角θが20度を下回るように形成したり、45度を上回るように形成してもよい。また、導光板30の反射面32が光源20から遠ざかるにつれて前方側に傾斜する構成は、第3の実施形態の導光板30の他に、他の実施形態の導光板30にも採用することができる。
上記の実施形態に係る面発光装置101,201,301,401,501,601上に、液晶ディスプレイ(LCD)を配設して、薄型ディスプレイ等の画像形成装置を構成することができる(図示せず)。すなわち、第1から第4の実施形態に係る面発光装置101,201,301,401,501,601は、液晶ディスプレイのバックライトアセンブリとして構成される。
液晶ディスプレイは、面発光装置101,201,301,401,501,601上に、拡散フィルムおよびプリズムシートを積層して配設することができる。しかし、第1から第4の実施形態に係る面発光装置101,201,301,401,501,601では、光入射部40の入射面41が複数の傾斜側面42から構成されており、当該入射面41はプリズムとして機能する。よって、面発光装置101,201,301,401,501,601において所望の光量が得られ、導光板30上にプリズムシートを積層することを要しないか、もしくはプリズムシートを積層する場合にも、当該プリズムシートの積層数を低減することができる。すなわち、本実施形態に係る画像形成装置では、プリズムシートが不要であるか、プリズムシートの積層数が低減されるので、部品点数が削減され、当該画像形成装置の組立工数および材料費を低減することができる。かつ、プリズムシートの積層数の低減により、画像形成装置の薄型化を図ることができる。
このように、上記の実施形態に係る面発光装置101,201,301,401,501,601は、液晶ディスプレイのバックライト光源として用いられるが、各種ディスプレイや看板などを照らす目的で用いてもよい。また、面発光装置101,201,301,401,501,601は、案内灯、表示灯、非常灯もしくは各種検査用照明として用いてもよく、当該面発光装置101,201,301,401を構成要素の一部として含む各種機器・装置全般に適用可能である。