JPH0943435A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源からの入射光の利用効率を向上させるこ
とにより、低消費電力且つ高輝度の面光源装置を提供す
る。 【解決手段】 面光源装置の導光体１において、光源ラ
ンプ２ａからの光が入射する側端面５を含む側端部１
ｂ、光源ランプ２ｂからの光が入射するプリズム部１
ｃ、および反射面４近傍の底部１ｄの内の少なくとも１
つを、出光面３に比較して高屈折率の透明樹脂で形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば透過型液晶
表示装置等のバックライトとして使用可能なエッジライ
ト方式の面光源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置のバックライトとし
て用いられる面光源装置としては、液晶表示パネルの背
面に蛍光管を配置して直接的に液晶表示パネルを照明す
る直下方式のものと、液晶表示パネルの端面側に蛍光管
を配置して間接的に液晶表示パネルを照明するエッジラ
イト方式のものが知られている。このエッジライト方式
の面光源装置は、導光体（あるいは導光板）と一般的に
呼ばれる透明樹脂の側面部あるいは液晶表示パネルの表
示領域直下域に対応する位置に光源ランプを配置し、光
源ランプからの光を導光体内部で反射させることにより
導光体の出光面部に伝送し、さらに、出光面部に施され
た面処理等によりこの出光面から液晶表示パネルに向け
て出射させる構成である。

【０００３】上記の出光面部の面処理の一種としては、
従来、拡散材を印刷することにより形成された拡散パタ
ーンが知られているが、この拡散パターンを用いた構成
では拡散による光の損失が大きいという問題があった。
このため、導光体での光束の利用効率を向上させること
を目的としたものとして、例えば特開平２−１６５５０
４号公報に開示されている構成がある。

【０００４】上記公報に開示された構成では、導光体の
出光面に対向する反射面に複数条の溝を形成することに
より、上記反射面が常に全反射面となっていると見なし
ている。この構成では、拡散による損失光はないもの
の、光源から出光面に平行に入射する光のみを全反射さ
せるように溝を設計しているため、現実には、導光体内
での平行光以外の屈折光は上記反射面を透過してしま
い、有効光として活用することができない。

【０００５】このため、導光体への入射光の利用効率を
向上させることを目的として、例えば、特開平６−３１
３８８５号公報には、導光体の反射面に鋸刃を複数条形
成した構成が開示されている。また、特開平５−８８１
６６号公報には、導光体への入射光が導光体の反射面に
できるだけ平行になるように、光源ランプ側の導光体の
端面を凸面とした構成が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者は、上記の特開平６−３１３８８５号公報および特
開平５−８８１６６号公報に開示された構成のいずれに
おいても、導光体の外部へ出射してしまう光が少なくは
ないことを見出した。

【０００７】例えば、上記の特開平６−３１３８８５号
公報に開示されている構成では、鋸刃状の斜面での反射
は実際は全反射ではなく、上記斜面から導光体の外部へ
大量の光が出射することとなる。すなわち、上記従来の
構成では、光源ランプからの光を充分に有効利用するこ
とができないという問題点を有している。

【０００８】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
で、光源ランプからの光の利用効率をさらに向上させる
ことにより、低消費電力且つ高輝度の面光源装置を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の請求項１記載の面光源装置は、光源と導
光体とを備えたエッジライト方式の面光源装置におい
て、上記導光体の反射面が、出光面と比較して高い屈折
率を有する透明樹脂からなることを特徴としている。

【００１０】上記の構成によれば、導光体へ入射して全
反射される光線の入射角の範囲を、出光面よりも反射面
において広くすることができるため、導光体へ入射した
光を反射面では全反射させて出光面から出射させるよう
にすることができる。この結果、光源から導光体へ入射
した光の利用率を向上させることができ、低消費電力で
且つ高輝度の面光源装置を実現することが可能となる。

【００１１】請求項２記載の面光源装置は、請求項１記
載の面光源装置において、上記反射面が上記出光面に対
して傾斜させて設けられ、上記出光面の臨界角から上記
反射面に対する出光面の傾斜角度を減じた角度が、上記
反射面の臨界角よりも大きいことを特徴としている。

【００１２】上記の構成によれば、反射面を出光面に対
して傾斜させて設けたことにより、光源から遠い部分で
の出光面の輝度が低くなることを防止することができ、
出光面および反射面の屈折率を、上記出光面の臨界角か
ら上記反射面に対する出光面の傾斜角度を減じた角度が
上記反射面の臨界角よりも大きくなるように設定するこ
とにより、反射面を透過して導光体外部へ出射してしま
う光の量を減らすと共に、出光面側から出射させるよう
にできる。この結果、導光体へ入射した光の利用効率を
向上させて、低消費電力で且つ高輝度の面光源装置を実
現することが可能となる。

【００１３】請求項３記載の面光源装置は、請求項１記
載の面光源装置において、上記出光面の表面に、所定の
角度範囲の出射角で出光面から出射した光の進行方向を
出光面法線と平行な方向へ近づける光制御シートを備え
ると共に、導光体内部から上記出光面を通って出射する
光の輝度が最大となる角度が、上記角度範囲の中心とな
る角度に一致することを特徴としている。

【００１４】上記の構成によれば、出光面の表面に設け
られた光制御シートが、例えばある角度よりも大きい出
射角で出光面から出射した光の進行方向を出光面法線と
平行な方向へ近づけることにより、出光面の法線方向か
ら見た場合の明るさを向上させることができる。さら
に、この光制御シートが光の進行方向を変える角度範囲
の中心となる角度と、導光体内部へ入射して上記出光面
から出射する光の輝度が最大となる角度とが一致するよ
うに、例えば出光面および反射面の屈折率や、反射面の
角度等を設定することにより、光の利用効率を向上させ
て、より明るい面光源装置を実現することができる。こ
の結果、低消費電力で且つ高輝度の面光源装置を提供す
ることが可能となる。

【００１５】請求項４記載の面光源装置は、光源と導光
体とを備えたエッジライト方式の面光源装置において、
上記導光体において上記光源からの光が入射する端面
が、出光面と比較して高い屈折率を有する透明樹脂から
なることを特徴としている。

【００１６】上記の構成によれば、上記端面の屈折率を
高くしたことにより、光源から導光体へ照射された光が
上記端面から導光体内部へ入射する際に端面法線となす
角が小さくなるため、導光体の出光面と平行な方向へ、
すなわち導光体の中央方向へ向けて光を送り込むことが
できると共に、出光面の屈折率は相対的に小さいため、
上記の光を出光面から効率的に出射させて光の利用率を
向上させることができる。また、一般的に透明樹脂は屈
折率が高いものほど光の透過率が悪いため、導光体全体
を高屈折率の透明樹脂で構成することは好ましくない
が、このように、光が入射する端面に部分的に使用する
構成によれば、光の利用効率が向上するという効果が大
きいために、光の透過率が悪いという欠点は相殺されて
実使用に供することができる。この結果、低消費電力で
且つ高輝度の面光源装置を実現することができる。

【００１７】請求項５記載の面光源装置は、光源と導光
体とを備えたエッジライト方式の面光源装置において、
上記導光体が、反射面および上記光源からの光が入射す
る端面の少なくとも１つの面に積層される透明膜を備
え、上記透明膜は導光体本体よりも高い屈折率を有する
ことを特徴としている。

【００１８】上記の構成によれば、導光体の反射面およ
び光源からの光が入射する端面の少なくとも１つの面
が、上記導光体の出光面に比較して高い屈折率を有する
こととなる。このため、例えば導光体の反射面に上記透
明膜を積層した場合は、前記請求項１と同様に、導光体
へ入射して全反射される光線の入射角の範囲を、出光面
よりも反射面において広くすることができ、導光体へ入
射した光を反射面では全反射させて出光面から出射させ
るようにすることができる。また、例えば導光体の光源
からの光が入射する端面に上記透明膜を積層した場合に
は、前記請求項４と同様に、導光体の中央方向へ向けて
光を送り込むことができると共に、出光面の屈折率は相
対的に小さいため、上記の光を出光面から効率的に出射
させて光の利用率を向上させることができる。この結
果、光源から導光体へ入射した光の利用率を向上させる
ことができ、低消費電力で且つ高輝度の面光源装置を実
現することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１ないし図３に基づいてそれぞれ説明すれば、以下の
とおりである。

【００２０】図１は、本発明に係る面光源装置の実施の
一形態の概略構成を示す断面図である。同図に示すよう
に、上記面光源装置は、後述するように屈折率が異なる
透明樹脂を接合あるいは融合させて一体的に形成される
導光体１と、円柱状の２本の光源ランプ２ａ・２ｂとを
備えている。本面光源装置は、上記導光体１の上面側の
出光面３から光を出射するようになっており、液晶表示
パネルの背面側に配置して液晶表示装置のバックライト
として用いることができる。なお、上記のように液晶表
示装置のバックライトとして本面光源装置を使用した場
合に、図示しない液晶表示パネルの表示領域に対応する
範囲を、図中に領域Ａとして表示した。以降では、上記
の範囲を、液晶表示直下域と称することとする。

【００２１】なお、本発明の面光源装置はエッジライト
方式の面光源装置であり、光源ランプ２ａは、上記の液
晶表示直下域の外側に、導光体１の側端面５に対向する
ように配置されている。また、光源ランプ２ｂは、液晶
表示直下域の内側寄りに、且つ図示しない液晶表示パネ
ルに対して導光体１の背面側に配置されている。

【００２２】また、光源ランプ２ａ・２ｂの導光体１に
対する背面側は、光源ランプ２ａ・２ｂからの光を無駄
なく導光体１へ入射させて光の利用効率を向上させるた
めに、例えば銀シート等の金属薄膜からなる反射部材
（図示せず）によって覆われている。

【００２３】なお、本実施形態では、面光源装置とし
て、上記のように光源ランプを２本備え、１本が導光体
１の側端面５に沿って設けられ、もう１本が導光体１の
背面側に設けられた非対称的な構成を例示したが、光源
ランプは少なくとも１本設けられていれば良い。また、
導光体の両側端面が対称的な形状に形成されていても良
い。要は、本面光源装置を例えば液晶表示装置等のバッ
クライトとして用いた場合に、光源ランプからの光線が
導光体の液晶表示直下域に対して側面から入射するよう
なエッジライト方式の面光源装置であれば、本発明が適
用可能である。

【００２４】また、導光体１の光源ランプ２ｂ側は、三
角柱状のプリズム部１ｃとなっている。上記プリズム部
１ｃは、内面８ａおよび８ｂのなす角が略直角になるよ
うに形成されている。光源ランプ２ｂは、上記プリズム
部１ｃの側面の一部である端面６に対向するように配置
され、光源ランプ２ｂからの光は、端面６からプリズム
部１ｃへ入射する。プリズム部１ｃへ入射した光は、上
記の内面８ａおよび８ｂで反射され、導光体１の中央部
１ａへ向かって入射して行く。このように、光源ランプ
２ｂを導光体１の背面側に配置したことにより、面光源
装置の額縁面積を小さくすることが可能となると共に、
出光面３の光源ランプ２ｂに近い側の輝度が他の部分に
比較して極端に高くなってしまうことを防止できる。

【００２５】なお、この時、一部の光はこれら内面８ａ
および８ｂを透過して導光体１の外へ出射してしまうの
で、上記プリズム部１ｃの外側に光を反射させる直角コ
ーナー９・９を形成し、この直角コーナー９・９により
プリズム部１ｃを透過した光を反射させて導光体１内部
へ戻すようにしている。これにより、上記プリズム部１
ｃにおける光の損失を削減し、このプリズム部１ｃの機
能を、屈折率が充分に大きいプリズムと同等にまで向上
させている。この結果、光源ランプ２ｂからの光の利用
効率を向上させて、消費電力を低く抑えつつバックライ
ト光の輝度を向上させることが可能となる。

【００２６】また、上記導光体１の底面、すなわち反射
面４の裏側には、反射面４を透過して導光体１の外部へ
出射する光を導光体１内部へ戻すための反射板１０が積
層されている。なお、同図では、導光体１の反射面４
は、導光体１の中央部へ向かうにつれて徐々にその厚み
が小さくなるように傾斜が付けられているが、これはあ
くまでも導光体１の形状の一形態であり、導光体１は、
後の各実施例において説明するように、その厚みが均一
になるように形成されていても良く、また、反射面４
は、Ｖ字溝が形成されたり、その表面にシボ状加工や錐
体状の窪み等が施されたりしていても良い。

【００２７】前記したように、導光体１は、屈折率が異
なる透明樹脂を接合あるいは融合させて一体的に形成さ
れている。導光体１において、比較的高い屈折率の透明
樹脂で構成することによって後述する様に面光源装置で
の光の利用率を向上させ得る領域は、（１）導光体１の
反射面４の底部１ｄ、（２）光源ランプ２ａからの光が
入射する側端面５を含む側端部１ｂ、および、（３）光
源ランプ２ｂからの光が入射する端面６を含み、この光
を導光体１の中央部１ａまで導く働きをするプリズム部
１ｃ、の３つの領域である。

【００２８】なお、これらの３つの領域すべてを高屈折
率の透明樹脂とすれば、面光源装置での光の利用率を最
も効果的に向上させることができるが、少なくとも１つ
の領域のみを高屈折率の透明樹脂とするだけでも光の利
用率の向上は図れる。つまり、上記の３つの領域の少な
くとも１つに対して、出光面３の屈折率が相対的に低く
なるようにすれば良い。

【００２９】このように、出光面３の屈折率を他の部分
よりも相対的に低い屈折率の透明樹脂で構成することに
より、導光体１に入射した光の利用効率を向上させるこ
とができ、低消費電力で且つ高輝度のバックライトを提
供することができるという効果を奏する。

【００３０】また、図２に示すように、導光体１におけ
る出光面３以外の表面部分に、導光体１を形成している
透明樹脂よりも高屈折率の透明膜１５を被覆した構成と
しても良く、あるいは、図３に示すように、導光体１に
おける出光面３の表面部分のみに、導光体１を形成して
いる透明樹脂よりも低い屈折率の透明膜１６を被覆した
構成とすることも可能であり、いずれの構成によっても
上記と同様の効果が得られる。

【００３１】なお、図１ないし図３に示した各構成は、
いずれも本発明の実施の形態の一例であり、本発明を限
定するものではない。つまり、光源ランプの数およびそ
の位置や、導光体の形状等において、種々の構成を適用
することができる。

【００３２】また、一般的に、例えば 1.8程度の高屈折
率を有する透明樹脂は、従来導光体の材料として一般的
に使用されている1.5 程度の屈折率を有するＰＭＭＡ等
の透明樹脂に比較すると光の透過率が悪いという理由に
よって、導光体全体をこの高屈折率の透明樹脂で形成す
ることは好ましくないが、上記のように導光体の一部に
用いる場合には、光の利用効率を向上させる効果が光の
透過率が悪いという欠点を上回るために、実使用が可能
となる。

【００３３】

【実施例】まず、本発明の各実施例の説明に先立って、
以下の各実施例に係る面光源装置が備えている光源ラン
プの構造および特性の一例について、図４を参照しなが
ら説明する。

【００３４】本実施例の面光源装置が備える光源ランプ
２ａ・２ｂは、面光源装置の薄型化を目的として、管状
のランプガラスの外径Ｄが 3.0mm以下になるように形成
されている。光源ランプ２ａ・２ｂの発光部分は、円筒
状の発光層からなり、ランプガラスの内径が上記円筒の
外径ｄとなる。上記発光部分は、発光材である蛍光体の
粒子をバインダー材に混ぜた液体をランプガラスの内面
に塗布し、乾燥硬化させてなる。この発光部分は、乾燥
硬化させた後は軽石状で空気を多く含んでいるため、そ
の実質的な密度は甚だ小さいものとなっている。さら
に、ランプガラスの管端に水銀含有の電極を取付け、管
端を閉じてランプ内部の空気を抜き、低圧の稀ガスを封
入して、光源ランプ２ａ・２ｂが完成する。なお、低圧
の稀ガスを封入することにより、完成した光源ランプの
発光層の密度は、先の空気を含んでいた工程の場合より
もさらに小さいものとなる。

【００３５】以上のように完成された光源ランプ２ａ・
２ｂの発光層の屈折率の測定は甚だ困難であるが、この
屈折率を仮に 1.0としても以後の論議に支障はない。簡
略化のために、上記発光層のランプガラスに対する相対
屈折率を 1/1.5とする。なお、ランプガラスの屈折率
は、約1.55である（以下では1.55とする）。

【００３６】以下では、光源ランプ２ａ・２ｂのランプ
ガラス外径Ｄが 3.0mm、ランプガラス内径ｄが 2.0mmで
ある場合について説明する。なお、光源ランプ周囲の空
気の屈折率は 1.0とする。

【００３７】この光源ランプの発光径Φを測定すると、
ランプガラス内径ｄよりも僅かに大きい2.06〜2.07mm程
度となった。発光径Φの中心からランプ中心を通る線に
平行な線と、ランプガラスの外径面の法線とのなす角度
θ_o は、 θ_o ＝ sin^-1（Φ／Ｄ） より求めることができ、Φ＝2.07mmの場合にθ_o ＝43.3
6 °、Φ＝2.06mmの場合にθ_o ＝43.63 °となる。

【００３８】また、ランプガラスからの出射角が上記の
角度θ_o となるための入射角θ_i の値は、 θ_i ＝ sin^-1(sinθ_o / 1.55） から、Φ＝2.07mmの場合にθ_i ＝26.41 °、Φ＝2.06mm
の場合にθ_i ＝26.29 °となる。

【００３９】一方、発光層からの光線がランプガラスの
内径面の法線となす角度αは、 １／ sinθ_i ＝ 1.5／ sin(180°−α） となる関係から求めることができ、Φ＝2.07mmの場合に
α＝41.86 °、Φ＝2.06mmの場合にα＝41.64 °とな
る。

【００４０】これより、発光層のランプガラスに対する
相対屈折率ｎ_r は、 ｎ_r ＝１／ sinα から、Φ＝2.07mmの場合にｎ_r ＝1.498 °、Φ＝2.06mm
の場合にｎ_r ＝1.505 °となる。

【００４１】従って、ランプガラスの外径面の法線とな
す角度θ_o が 43.63°よりも大きくなるように出射する
光線は、発光層とランプガラスとの相対屈折率ｎ_r によ
る臨界角により、存在しないと言うことができる。

【００４２】次に、上記した光源ランプから導光体の側
端面への光が入射する様子について、図１に示した光源
ランプ２ａおよび側端面５を拡大して示す図５を参照し
ながら説明する。なお、この場合、同図に示すように、
光源ランプ２ａの側端面５に対する正面側以外の部分
は、金属薄膜等からなる反射シート１１により覆われて
おり、導光体１の出光面３および反射面４は互いに平行
であり、且つ、出光面３および反射面４と側端面５とは
互いに直角になるように形成されているものとする。

【００４３】今、同図に示すように、側端面５の中心を
ｘ−ｙ座標の原点（０，０）、光源ランプ２ａの中心を
点Ｐ（−２，０）、側端面５の出光面３側の端部を点Ｑ
（０，２）、側端面５の反射面４側の端部を点Ｒ（０，
−２）とする。また、導光体１の厚みＴは 4.0mmであ
り、上記反射シート１１は、−２≦ｘ≦０の範囲で直線
状に形成された直線部を有し、一方、−４≦ｘ≦−２の
範囲で光源ランプ２ａのランプガラスの曲面に沿って半
円状に形成されている。

【００４４】ここで、光源ランプ２ａが線光源であると
見なすと、光源（点Ｐ）から側端面５へ直接入射する光
の最大入射角は、側端面５の両端部（点Ｑおよび点Ｒ）
に入射する際の±45°である。導光体１の屈折率が 1.5
である場合には、側端面５に対する光線の入射角θ_i と
出射角θ_o との関係は、 θ_o ＝ sin^-1（ sinθ_i ／ 1.5） となる。この関係より、導光体１内部に入射する光線が
側端面５の法線に対してなす角度の最大値は28.1°であ
り、導光体１の出光面３および反射面４の法線に対して
なす角度の最小値は61.9°となる。

【００４５】光源のｙ座標をｙ₀ とすると、この光源か
ら出射され、反射シート１１の直線部においてｎ回反射
された光の入射角θ_i は、ｎ回目の反射が反射面４側の
直線部での反射である場合は、 θ_i ＝ tan^-1｛（ｙ₀ −４ｎ）／２｝ となる。すなわち、この場合、光源が座標（−２，ｙ₀
−４ｎ）にあるものと見なして良く、この座標を、発光
点、あるいは光源のｎ次ミラー像と呼ぶ。なお、ｎ回目
の反射が出光面３側の直線部での反射である場合は、 θ_i ＝ tan^-1｛−（ｙ₀ −４ｎ）／２｝ となる。光源ランプ２ａ・２ｂが線光源であると見なさ
れる場合には、ｙ₀ ＝０とすることができる。

【００４６】このことより、光源（点Ｐ）から出射さ
れ、上記反射シート１１の反射面４側の直線部において
１回反射された後に側端面５へ入射する光の入射角θ_i
の範囲は、 45°＜ θ_i ＜ tan^-1(6/2) ＝ 71.5 ° である。

【００４７】尚、ｎの値を大きくしても、上記のθ_i は
いずれも90°以上にはならない。また、光源（点Ｐ）か
ら反射シート１１の半円状の部分へ向けて出射された光
については、反射シート１１で１回反射された後に光源
（点Ｐ）へ戻るので、前記と同様に考えることができ
る。

【００４８】〔実施例１〕本発明の一実施例について図
１、図６及び図７に基づいて説明すれば、以下のとおり
である。なお、前記した発明の実施の形態の欄で説明し
た構成と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付
記し、その詳細な説明を省略する。以降の各実施例にお
いても同様とする。

【００４９】本実施例では、図１に示す導光体１におい
て反射面４側の底部１ｄが、導光体１の他の部分に比較
して高屈折率の透明樹脂で形成されている構成について
説明する。

【００５０】本実施例に係る面光源装置が備える導光体
１は、図６に示すように、反射面４が出光面３に対して
傾きＸ₁ を有してなると共に、図示しない光源ランプか
らの光が入射する側端面５と出光面３とが直角に形成さ
れている。尚、出光面３に平行な面（以下、出光面基準
と称する）と入射光線とのなす角度をθ₁ とする。な
お、導光体１と外部との境界面では、実際には、全反射
でなくても常に４％程度の反射があるが、本実施例で
は、光が反射される際は全反射され、透過する際には上
記のような反射は生じないものとする。

【００５１】出光面基準に対して角度θ₁ で入射した入
射光線は、出光面３によって上記出光面基準に対して角
度−θ₁ の反射光線となる。よって、この反射光線は前
記入射光線に対して角度−２θ₁ だけ傾いている。この
反射光線が次に入射する反射面４は、この光線に対して
−（Ｘ₁ ＋θ₁ ）だけ傾いているので、反射面４で反射
された光線は、入射角度に対して２（Ｘ₁ ＋θ₁ ）だけ
傾いた角度で反射されることとなり、出光面基準となす
角は、２Ｘ₁ ＋θ₁ となる。

【００５２】すなわち、出光面３と反射面４とにより１
回ずつ反射された光線は、導光体１へ入射した際の角度
θ₁ に対して２Ｘ₁ だけ回る。つまり、出光面３と反射
面４とによりｎ回ずつ反射された光線は、入射した際の
角度θ₁ に対して２Ｘ₁ のｎ倍だけ回ることとなる。

【００５３】ここで、側端面５からの入射光の出光面基
準に対する角度θ₁ が側端面５における臨界角θ_C 以上
にはなり得ず、また、側端面５から入射した光線が反射
面４の斜面で全反射されることより、 θ_C ＞ 90°−（Ｘ₁ ＋θ_C ） との関係が成り立ち、導光体１の屈折率が 1.5である場
合には、臨界角θ_C ＝41.8°となることから、Ｘ₁ ＞6.
4 °となる。

【００５４】Ｘ₁ ＝6.4 °のとき、導光体１へ入射した
光線は、例えば、出光面３および反射面４にて各４回反
射された後、入射した際の角度に対して48.2°以上回っ
ているので、出光面３あるいは反射面４から外部へ出射
される。反射面４で全反射され、出光面３で出射されず
に反射面４へ再び戻ってきた光線を、反射面４で全反射
させるための条件は、出光面３の臨界角をθ_CT、反射面
４の臨界角をθ_CRとすると、 （90°−θ_CR）＞（90°−θ_CT）＋Ｘ₁ すなわち、 θ_CR＜θ_CT−Ｘ₁ となる。出光面３側の屈折率が 1.5、臨界角θ_CT＝41.8
°であるので、反射面４側の臨界角θ_CRは、θ_CR＜35.4
°となる。すなわち、導光体１における反射面４側の屈
折率を1.73以上にすれば良いことが導き出された。

【００５５】以上のように、導光体１の反射面４側を屈
折率1.73以上の透明樹脂で構成することにより、導光体
１内部で全反射を繰り返す光線が反射面４側から導光体
１の外部へ出射してしまうことを防止できる。例えば、
反射面４側の屈折率を 1.8とすると臨界角は33.7°とな
り、屈折率 1.5の場合の臨界角41.8°と比較して明らか
なように、反射面４から外部へ出ようとする光線の角度
範囲が狭くなり、反射面４を透過する光の量を減らすこ
とができる。これにより、光源ランプから導光体１へ入
射した光の利用効率を向上させることができる。

【００５６】また、反射面４を透過した光は、反射面４
の外側に積層される銀シートあるいは白色反射シート等
からなる反射板１０（図１参照）により反射されて導光
体１内に戻されるようになっている。この反射板１０に
より導光体１に戻された光は、反射面４側の屈折率が高
い方が、反射面４の法線方向へ絞り込まれるような角度
で導光体１内部へ戻されることとなり、出光面３の輝度
を向上させることができる。

【００５７】また、出光面３の輝度分布が一様になるよ
うに、反射面４側に、斜面の反射方向を僅かずつ変えた
り、ピッチを変化させたＶ字溝を形成しても良い。更
に、使用時に視角により輝度および指向性が問題となら
ないように、光の損失を伴うが、反射面４の表面に、ス
リガラス加工あるいはシボ状加工によって必要最小限の
微細凹凸を付けても良い。あるいは、小さな線状の溝・
山や、小さな錐体状の窪み等を付けても良い。

【００５８】ここで、反射面４にＶ字溝により複数の斜
面を形成した構成の例について、図７を参照しながら説
明する。上記の構成では、同図に示すように、導光体１
の反射面４の裏側に、互いに平行な複数条の略Ｖ字型の
Ｖ字溝１８・１８…が形成されることにより、導光体１
内部の反射面４の表面に斜面１９・１９…が形成されて
いる。なお、以下では、反射面４のＶ字溝が形成されて
いない部分を基準的反射面２０と呼ぶ。

【００５９】また、出光面３の表面には、図示しない光
制御シートが積層されている。上記光制御シートは、出
光面３の表面にほぼ平行な方向へ出射される光線を、出
光面３の法線方向へ方向変換させるものである。導光体
１へ出光面３にほぼ平行に入射された光線は、出光面３
にほぼ平行な方向を中心とした輝度ピークを持ち、上記
方向から傾くに従って輝度が低下するが、出光面３にほ
ぼ平行な光線が出光面３から出射したとしても、出光面
３に対向して位置する液晶パネル等の照明に有効的に使
用することはできない。この光制御シートは、出光面３
から７０°〜９０°の出射角で出射される光線の出射方
向を法線方向に近づけるように変換し、これにより、出
光面３の法線方向の輝度を向上させるものである。

【００６０】出光面３に入射する光が全反射されるため
には、導光体１の出光面３側の屈折率ｎ_D が 1.5である
場合の臨界角は41.8°であるため、出光面３に対する入
射角θ₄ が、θ₄ ＞41.8°であることが必要である。

【００６１】一方、出光面３から出射された光が上記光
制御シートで方向変換されるためには、出光面３に対す
る入射角θ₄ は、 sin ^-1（sin70 °/ ｎ_D ) ＞ θ₄ ＞ sin ^-1（si
n90 °/ ｎ_D ) であることが必要であり、ｎ_D ＝ 1.5より、 38.7° ＜ θ₄ ＜ 41.8 ° となる。上記光制御シートの方向変換機能を最大限に発
揮させるためには、光制御シートが方向変換可能な角度
範囲の中心、すなわち出射角70°〜90°の中心である出
射角80°の方向に、光線の輝度ピークが一致することが
好ましい。すなわち、出光面３への入射角θ₄ が、38.7
°〜 41.8 °の角度範囲の中心である40.25 °となるよ
うにすれば、上記光制御シートの機能を有効に利用し
て、出光面３の法線方向の輝度を向上させることが可能
となる。

【００６２】ここで、図７において、出光面基準（図中
に点線で示した）に対する基準的反射面２０の傾きを
3.0°とし、Ｖ字溝により導光体１内部に形成される斜
面１９の出光面基準に対する傾きをＸ_b とする。また、
上記斜面１９の頂点を互いに結んだ線の傾きは、基準的
反射面２０の傾き 3.0°と等しい。なお、基準的反射面
２０と、上記斜面１９との近傍は、屈折率 1.8程度の高
屈折率の透明樹脂で形成されている。この時、側端面５
からの光の進路において１つ手前の斜面１９の頂点の僅
か上を通って、斜面１９の頂点付近に当たって全反射さ
れる光線が出光面基準となす角θ₅ は、反射面である斜
面１９の臨界角をθ_CR（＝33.7°）とすると、 −3 °＜θ₅ ＜90°−θ_CR−Ｘ_b …（１） の範囲にある。なお、斜面１９の元、すなわち基準的反
射面２０に近い側では、上記の（90°−θ_CR−Ｘ_b ）の
値が−3 °に近づくことになる。導光体１の側端面５か
ら斜面１９へ直接入射する光線の出光面基準に対する角
度は−3 °であり、この光線が斜面１９で反射されて屈
折率 1.5の樹脂からなる出光面３に対してその臨界角4
1.8°で入射するようにすれば良い。このため、 41.8°＝90°−（−3 °＋ 2Ｘ_b ） より、Ｘ_b ＝25.6°となる。また、上記の（90°−θ_CR
−Ｘ_b ）の値は、 90°−33.7°−25.6°＝30.7° となる。

【００６３】以上から明らかなように、斜面１９におい
て全反射される光線が出光面基準となす角の範囲は、−
3 °〜30.7°である。要は、基準的反射面２０と、上記
斜面１９との近傍が出光面３と比較して高屈折率の樹脂
で構成されていることにより、臨界角θ_CRの値が比較的
小さくなる。すなわち、上記（１）式から明らかなよう
に、θ_CRの値が小さくなると、θ₅ の角度範囲が広くな
る。これにより、導光体１全体が比較的低屈折率の樹脂
のみで構成されている場合と比較して、上記θ₅ の上限
値を大きくすることができ、側端面５から入射して斜面
１９で全反射され、且つ出光面３から出射される光線の
割合を多くすることができる。すなわち、斜面１９を透
過して導光体１の外部へ出射してしまう光線の量を減少
させて、光の利用効率を向上させることが可能となる。

【００６４】〔実施例２〕本発明の他の実施例を図１、
図８及び図１０に基づいて説明すれば以下のとおりであ
る。本実施例に係る面光源装置は、光源ランプからの光
が入射する側端面部分が、出光面近傍よりも屈折率が高
い透明樹脂で形成された導光体を備えている。

【００６５】図８に示すように、本実施例に係る面光源
装置が備える導光体３０は、光源ランプ２ａからの光が
入射する側端面３５を含む側端部３５ｂが、出光面３近
傍に比較して比較的高屈折率（ 1.8程度）の透明樹脂で
形成され、且つ上記側端面３５が円弧状に形成されてい
る。上記導光体３０は、出光面３および反射面３４が互
いに平行になるように形成されている。また、導光体３
０の出光面３近傍は、屈折率 1.5程度の透明樹脂で構成
されている。

【００６６】まず、比較のために、屈折率が 1.5程度の
比較的低屈折率の透明樹脂で全体が均一に構成された従
来の導光体４０を用いた場合を、図１０を参照しながら
検討する。なお、光源ランプ２ａは、前述したように線
光源と見なせるものであり、同図中の点Ｐに光源が位置
する。また、光源ランプ２ａを線光源と見なした場合の
光源（点Ｐ）の位置を座標（−２，０）とし、導光体４
０の側端面４５の端部の位置がＱ（０，２）およびＲ
（０，−２）であるとする。また、導光体４０の側端面
４５は、円弧状に形成されており、この円弧の中心点を
図中に点Ｃで示した。つまり、点Ｃから点Ｑ（あるいは
点Ｒ）までの距離が側端面４５の曲率半径となる。

【００６７】光源（点Ｐ）からＱ（０，２）に入射した
光線が導光体４０内で出光面３に平行な光線となるため
には、この入射光線がＱ（０，２）で円弧の法線となす
角度をα_E とすると、 1.5 × sinα_E ＝sin(45°＋α_E ) ＝(1/2) ^0.5 ×（ cosα_E ＋ sinα_E ） …（２） となり、また、上記側端面４５の曲率半径をｒとする
と、 ｒ sinα_E ＝２ …（３） となる。

【００６８】上記の（２）および（３）式より、 ｒ≒3.00 および、 ｒ cosα_E ≒2.24 となる。

【００６９】この結果、点Ｃの座標は、概ね（2.24，
０）となり、導光体４０の側端面４５の円弧上の点
（Ｘ，Ｙ）は、点Ｃからこの点（Ｘ，Ｙ）への法線の傾
きをαとすると、それぞれ、 Ｘ＝ｒ（ cosα_E − cosα） Ｙ＝−ｒ sinα と表すことができる。但し、αの大きさは、α_E を超え
ない。

【００７０】また、発光点の座標を（Ｘ_L ，Ｙ_L ）とす
ると、この発光点から上記の点（Ｘ，Ｙ）への光線の傾
きθ_L は、 tanθ_L ＝（Ｙ_L −Ｙ）／（Ｘ_L −Ｘ） ＝（Ｙ_L ＋ｒ sinα）/(Ｘ_L −ｒ(cosα_E − cosα)) となる。この光線の導光体４０の出光面３との傾きをθ
_p とすると、 1.5× sin（θ_p ＋α）＝ sin（θ_L ＋α） となる。

【００７１】この光線が導光体４０の両平面から外へ出
射しないためには、平面法線となす角度が臨界角（屈折
率 1.5のとき41.8°) よりも大きければ良いので、 41.8 °＜ 90 °− θ_p であれば良い。

【００７２】また、発光点としての一次ミラー像（−
２，−４）からの光線が導光体４０内部に入射後に導光
体４０の両平面（出光面３および反射面４４）となす角
をθ_Lとすると、導光体４０の側端面４５の円弧端であ
る点Ｒ（０，−２）での入射光線は、α＝41.73 °且つ
θ_p ＝45°より、θ_L ＝43.9°となる。つまり、この入
射光線が導光体４０の両平面の法線となす角は、46.1°
である。この角度は、臨界角よりも大きいので、上記入
射光線は両平面において全反射され、導光体４０の奥へ
向かって送り込まれることとなる。

【００７３】また、発光点としての一次ミラー像（−
２，−４）から、導光体４０の側端面４５の円弧に接線
となるように入射する光線は、α＝−29.4°、θ_L ＝4
1.8°から、導光体４０の両平面に対して12.4°で入射
することとなり、両平面のいずれかにおいて全反射され
る。

【００７４】また、発光点としての一次ミラー像（−
２，−４）から、導光体４０の側端面４５において最も
光源（点Ｐ）に近い位置へ入射する光線は、 α＝０° θ_p ＝ tan^-1｛４／（５^1/2 −１）｝＝72.8° から、θ_L ＝39.6°となり、導光体４０の両平面の法線
に対して50.4°となって全反射される。

【００７５】また、発光点としての二次ミラー像（−
２，−８）より導光体４０への入射光線の導光体４０の
両平面との傾きをθ_L とすると、入射端面の円弧端
（０，−２）での入射光線は、 α＝41.73 ° θ_p ＝ tan^-1（６／２）＝71.56 ° より、θ_L ＝61.10 °となる。つまり、上記光線は、導
光体４０の両平面の法線に対して28.9°で入射すること
となり、この角度が臨界角よりも小さいので、上記両平
面のいずれかより外へ出射する。

【００７６】同図に示すように、これらのミラー像から
の光線は、実際には光線が両平面間を往復する間に入射
端面の円弧に入射する場合があるが、実際の光源ランプ
２ａからの光はランプ表面から出射し、導光体４０内で
上記のθ_L が臨界角より小さくなって両平面のいずれか
から外へ抜けてしまう光線が存在する。

【００７７】さらに、前述のように算出した曲率半径ｒ
を図１０に図示したことから明らかなように、光源ラン
プ２ａのランプガラス外面と導光体４０の側端面４５と
が干渉することとなり、実現は不可能である。また、光
源ランプ２ａを包む銀シート等での反射光線も考える
と、導光体４０内に臨界角よりも大きい角度となる光線
が発生する。

【００７８】近年は、面光源装置を小型化するために、
光源ランプの径を細く、且つ導光体の厚みを薄くし、導
光体の入光端面を光源ランプに極めて近接させ、また、
入光端面と出光面との距離を小さくすることが要求され
ている。この場合、入光面に接近した部分に生じる輝度
の明暗縞をなくし、且つ入光面に接近した部分と出光面
の中央部との輝度をできるだけ均一にすることは極めて
困難である。

【００７９】ここで、光源ランプから光が入光する入光
端面近傍を比較的高い屈折率（1.8)の透明樹脂で形成
し、その他の部分を入光端面近傍に比較して低い屈折率
（1.5)の透明樹脂で構成した場合について、図８を参照
しながら説明する。

【００８０】同図に示すように、線光源の一次ミラー像
からの光線が、途中で導光体３０の側端面３５に交差す
ることなく側端面３５の端部で接線となる場合は、 tan^-1（６／２）＝71.5° から、側端面３５の曲率半径は約２×（５）^1/2 mmとな
る。この場合、側端面３５の光源ランプ２ａ側への飛び
出しは約0.32mmであり、ランプ管との間に0.18mm程度の
隙間を設けることができる。すなわち、側端面３５の曲
率半径が、最低限、上記の値をとる場合には、側端面３
５と光源ランプ２ａとが干渉することがなく、実使用が
可能であると言える。

【００８１】また、前記したように、図４に示す光源ラ
ンプ２ａの表面からの出射光線がランプ管の表面の法線
に対して所定の角度を持つことにより、一次ミラー像
（−２，−４）からの光線は、ランプ内径の接線程度ま
での角度でしか出光しない。このため、側端面３５の曲
率半径を、前記したように、約２×（５）^1/2 mmとして
良い。

【００８２】さらに、導光体３５の側端部３５ｂの透明
樹脂と、出光面３近傍の透明樹脂との境界面における屈
折率の差を利用して、レンズの光学系設計と同様に考え
て特性を改善できる。この場合、屈折率の高い側端部３
５ｂが凸レンズ状になるように、上記の境界面を形成す
ることが好ましい。

【００８３】〔実施例３〕本発明のさらに他の実施例に
ついて図１及び図９に基づいて説明すれば以下のとおり
である。本実施例に係る面光源装置が備える導光体１
は、図１に示すように、プリズム部１ｃが中央部１ａよ
りも高い屈折率の透明樹脂で構成されている。前記した
ように、プリズム部１ｃは、内面８ａおよび８ｂのなす
角が略直角になるように形成され、光源ランプ２ｂは、
上記プリズム部１ｃの側面の一部である端面６に対向す
るように配置されている。

【００８４】図９は、上記プリズム部１ｃおよび光源ラ
ンプ２ｂの近傍を拡大して示す断面図である。光源ラン
プ２ｂから端面６を通ってプリズム部１ｃへ入射した光
線が、その進行方向を略 180°回転させて導光体１の中
央部１ａへ入射するためには、まず、プリズム部１ｃの
内面８ｂで全反射され、さらに内面８ａで全反射される
ことが必要である。そのためには、プリズム部１ｃの屈
折率が 1.5である場合には、上記内面８ｂに対して45°
± 3.2°で入射することが必要である。つまり、 180°
回転されて導光体１へ入射することができる光の範囲は
6.4°幅しかないことになり、プリズム部１ｃを透過し
て外部へ漏れる光の量は少なくない。同図中に二点鎖線
でその光路を示す光線６１・６２は、プリズム部１ｃの
屈折率が1.5である場合には、上記内面８ｂに対して45
°± 3.2°の角度で入射する光線の範囲の両端となる光
線を示している。

【００８５】本実施例の構成では、プリズム部１ｃの屈
折率を 1.5よりも高くすることにより、進行方向が 180
°回転されて導光体１へ入射する光の範囲を広くするこ
とが可能となっている。図９に示す光線６３・６４は、
プリズム部１ｃを構成する透明樹脂の屈折率を 1.8とし
た場合の、プリズム部１ｃの内面８ａ・８ｂによって全
反射される光の範囲の両端となる光線である。前記した
光線６１・６２と、これらの光線６３・６４とによって
それぞれ示される範囲を比較することから明らかなよう
に、プリズム部１ｃの屈折率を高くした方が、プリズム
部１ｃの外へ出射する光線を少なくすることができる。

【００８６】さらに、上記プリズム部１ｃの外側に光を
反射させる材料からなる直角コーナー９・９を形成し、
この直角コーナー９・９によりプリズム部１ｃを透過し
た光を反射させて導光体１内部へ戻すことにより、光の
利用効率をさらに向上させることができる。

【００８７】また、一般的に 1.8程度の高屈折率を有す
る透明樹脂は、1.5 程度の屈折率を有するＰＭＭＡ等の
透明樹脂に比較して光の透過率が悪いという理由によっ
て、導光体全体をこの高屈折率の透明樹脂で形成するこ
とは好ましくないが、上記のように導光体の一部に用い
る場合には、光の利用効率を向上させる効果が光の透過
率が悪いという欠点を上回るために、実使用が可能とな
る。

【００８８】また、プリズム部１ｃを高屈折率の透明樹
脂で構成したことにより、プリズム部１ｃでの反射を全
反射に近づけることが可能となっているため、プリズム
部１ｃの外側に設ける直角コーナー９・９の材料とし
て、材料・製造コストが高い銀シート等を用いずに、例
えば、比較的安価な白色印刷シート等を使用しても導光
体１の中央部へ充分な光線を送り込めることとなり、面
光源装置の製造コストを削減することが可能となるとい
う効果をも奏する。

【００８９】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１記載の
面光源装置は、導光体の反射面が、出光面と比較して高
い屈折率を有する透明樹脂からなる構成である。これに
より、導光体へ入射した光を反射面では全反射させて出
光面から出射させるようにすることができ、光源から導
光体へ入射した光の利用率を向上させて、低消費電力で
且つ高輝度の面光源装置を提供することができるという
効果を奏する。

【００９０】請求項２記載の面光源装置は、反射面が上
記出光面に対して傾斜させて設けられ、上記出光面の臨
界角から上記反射面に対する出光面の傾斜角度を減じた
角度が、上記反射面の臨界角よりも大きい構成である。
これにより、光源から遠い部分での出光面の輝度が低く
なることを防止すると共に、反射面を透過して導光体外
部へ出射してしまう光の量を減らすことができる。この
結果、導光体へ入射した光の利用効率を向上させて、低
消費電力で且つ高輝度の面光源装置を実現することが可
能となるという効果を奏する。

【００９１】請求項３記載の面光源装置は、出光面の表
面に、所定の角度範囲の出射角で出光面から出射した光
の進行方向を出光面法線と平行な方向へ近づける光制御
シートを備えると共に、導光体内部から上記出光面を通
って出射する光の輝度が最大となる角度が、上記角度範
囲の中心となる角度に一致する構成である。これによ
り、出光面の法線方向から見た場合の明るさを向上さ
せ、光の利用効率を向上させることができる。この結
果、低消費電力で且つ高輝度の面光源装置を提供するこ
とが可能となるという効果を奏する。

【００９２】請求項４記載の面光源装置は、導光体にお
いて上記光源からの光が入射する端面が、出光面と比較
して高い屈折率を有する透明樹脂からなる構成である。
これにより、導光体の中央方向へ向けて光を送り込むこ
とができると共に、この光を出光面から効率的に出射さ
せて光の利用率を向上させることができる。この結果、
低消費電力で且つ高輝度の面光源装置を提供することが
できるという効果を奏する。

【００９３】請求項５記載の面光源装置は、導光体が、
反射面および上記光源からの光が入射する端面の少なく
とも１つの面に積層される透明膜を備え、上記透明膜は
導光体本体よりも高い屈折率を有する構成である。これ
により、導光体の反射面および光源からの光が入射する
端面の少なくとも１つの面が、上記導光体の出光面に比
較して高い屈折率を有することとなるため、例えば導光
体の反射面に上記透明膜を積層した場合は、前記請求項
１と同様に、導光体へ入射した光を反射面では全反射さ
せて出光面から出射させるようにすることができ、ま
た、例えば導光体の光源からの光が入射する端面に上記
透明膜を積層した場合には、前記請求項４と同様に、導
光体の中央方向へ向けて光を送り込むことができると共
にこの光を出光面から効率的に出射させて光の利用率を
向上させることができる。この結果、光源から導光体へ
入射した光の利用率を向上させることができ、低消費電
力で且つ高輝度の面光源装置を提供することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る面光源装置の実施の一形態を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る面光源装置の実施の他の形態を示
す断面図である。

【図３】本発明に係る面光源装置の実施のさらに他の形
態を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施例に係る面光源装置が備える光
源ランプから光が出射される様子を模式的に示す説明図
である。

【図５】上記面光源装置が備える導光体と光源ランプと
の位置関係を示す説明図である。

【図６】上記面光源装置が備える導光体の反射面の構成
の一例を示す説明図である。

【図７】上記導光体の反射面の構成の他の例を示す説明
図である。

【図８】本発明の他の実施例に係る面光源装置が備える
導光体の側端面と光源との位置関係を示す説明図であ
る。

【図９】本発明のさらに他の実施例に係る面光源装置に
おける導光体のプリズム部近傍の構成と、上記プリズム
部に入射した光線の光路とを示す説明図である。

【図１０】上記図８に示した面光源装置において従来の
導光体を用いた場合の導光体と光源との位置関係を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ 導光体 ２ａ・２ｂ 光源ランプ（光源） ３ 出光面 ４ 反射面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と導光体とを備えたエッジライト方式
   の面光源装置において、 上記導光体の反射面が、出光面と比較して高い屈折率を
   有する透明樹脂からなることを特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】上記反射面が上記出光面に対して傾斜させ
   て設けられ、上記出光面の臨界角から上記反射面に対す
   る出光面の傾斜角度を減じた角度が、上記反射面の臨界
   角よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の面光源
   装置。
3. 【請求項３】上記出光面の表面に、所定の角度範囲の出
   射角で出光面から出射した光の進行方向を出光面法線と
   平行な方向へ近づける光制御シートを備えると共に、 導光体内部から上記出光面を通って出射する光の輝度が
   最大となる角度が、上記角度範囲の中心となる角度に一
   致することを特徴とする請求項１記載の面光源装置。
4. 【請求項４】光源と導光体とを備えたエッジライト方式
   の面光源装置において、 上記導光体において上記光源からの光が入射する端面
   が、出光面と比較して高い屈折率を有する透明樹脂から
   なることを特徴とする面光源装置。
5. 【請求項５】光源と導光体とを備えたエッジライト方式
   の面光源装置において、 上記導光体が、反射面および上記光源からの光が入射す
   る端面の少なくとも１つの面に積層される透明膜を備
   え、上記透明膜は導光体本体よりも高い屈折率を有する
   ことを特徴とする面光源装置。