面発光装置と面発光装置用導光板

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【発明の名称】	面発光装置と面発光装置用導光板
【発明者】	【氏名】中西栄二【氏名】塩田信俊【氏名】国方孝一
【要約】	【課題】発光面における出射光の面内均一性を向上させることができる面発光装置用導光板と面発光装置を提供する。【解決手段】互いに対向する発光面と反射面とを有し、一端面から入射される光を発光面から均一の輝度で出射するように、反射面の全面に複数のドットが形成されてなる面発光装置の導光板において、複数のドットを、発光面における輝度がより均一になるように、一端面から離れるに従って光拡散量が順次増加するように変化する基本分布において基本分布より光拡散量が少ない小拡散領域を設けてなる最適光拡散分布にしたがって形成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】互いに対向する発光面と反射面とを有し、一端面から入射される光を上記発光面から略均一の輝度で出射するように、該反射面の全面に複数のドットが形成されてなる面発光装置の導光板において、上記複数のドットは、上記発光面における輝度がより均一になるように、上記一端面から離れるに従って光拡散量が順次増加するように変化する基本分布において該基本分布より光拡散量が少ない小拡散領域を設けてなる最適光拡散分布にしたがって、形成されていることを特徴とする面発光装置用導光板。
【請求項２】上記複数のドットは略同一の形状を有し、該ドットの密度を上記光拡散分布に従って変化させた請求項１記載の面発光装置用導光板。
【請求項３】上記複数のドットは略同一の平面形状を有し、かつ上記反射面において略均一の密度になるように形成され、上記複数のドットの深さが、上記光拡散分布に従って変化するように形成されている請求項１記載の面発光装置用導光板。
【請求項４】上記ドットは、径が３０μｍ～２００μｍの範囲に設定された円形又は１辺が３０μｍ～２００μｍの範囲に設定された方形である請求項１～３のうちのいずれか１つに記載の面発光装置用導光板。
【請求項５】互いに対向する発光面と反射面とを有し、一端面から入射される光を上記発光面から出射する面発光装置の導光板において、上記反射面において、上記一端面から離れるに従って光拡散量が順次増加する基本分布に対応する複数のドットが形成され、上記発光面において、上記基本分布に対応する複数のドットにより発光面に形成される明帯の両側に、光を拡散させる複数のドットが形成されたことを特徴とする面発光装置用導光板。
【請求項６】上記発光面に形成されたドットは、径が３０μｍ～１２０μｍの範囲に設定された円形又は１辺が３０μｍ～１２０μｍの範囲に設定された方形である請求項５記載の面発光装置用導光板。
【請求項７】請求項１～６のうちのいずれか１つに記載の面発光装置用導光板を備えた面発光装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面発光装置の導光板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶バックライトなどの光源として、点光源であるＬＥＤチップからの光を面状に発光させる面発光装置が用いられている。この面発光装置は、対向する主面を有する導光板の一端面から１又は２以上の発光ダイオードからの光を入射してその導光板の一方の主面全体から光を出射させるように構成される。すなわち、面発光装置は、図６の平面図に示すように、外枠３に、第１の主面と第２の主面とを有し透過性樹脂からなる導光板１０１と、その導光板１０１の端面に対向するように設けられた発光ダイオード２と、導光板の第２の主面側に設けられた反射体（図示せず）とを有してなり、発光ダイオード２からの光を導光板１０１の一方の主面全体から光を出射させる【０００３】以上のように構成された面発光装置では、発光ダイオード２から出力された光が導光板１０１を伝播されるにしたがって減少し、光源から離れるにしたがって光量が減少するので、反射面である第２の主面に光拡散ドットパターンを形成し均一な面発光を得ようとしている。この光拡散ドットパターンは光源から離れるにしたがって、ドットの密度又は各ドットの面積を順次増加させる等により、光拡散ドットが占める面積を順次増加させて発光面内における輝度の均一化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例のドットの占める面積が順次変化する光拡散ドットパターンでは、帯び状に明帯と暗帯が形成され、発光面から放射される出射光が面内で均一にならないという問題点があった。
【０００５】そこで、本発明は、発光面における出射光の面内均一性を向上させることができる面発光装置用導光板と面発光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するために、本発明に係る第１の面発光装置用導光板は、互いに対向する発光面と反射面とを有し、一端面から入射される光を上記発光面から略均一の輝度で出射するように、該反射面の全面に複数のドットが形成されてなる面発光装置の導光板において、上記複数のドットは、上記発光面における輝度がより均一になるように、上記一端面から離れるに従って光拡散量が順次増加するように変化する基本分布において該基本分布より光拡散量が少ない小拡散領域を設けてなる最適光拡散分布にしたがって、形成されていることを特徴とする。
【０００７】また、本発明に係る第１の面発光装置用導光板では、上記複数のドットを略同一の形状とし、上記ドットの密度を上記光拡散分布に従って変化させるように形成してもよい。
【０００８】また、本発明に係る第１の面発光装置用導光板では、上記複数のドットは略同一の平面形状とし、かつ上記反射面において略均一の密度になるように形成し、上記複数のドットの深さを、上記光拡散分布に従って変化するように形成してもよい。
【０００９】また、本発明に係る第１の面発光装置用導光板においては、上記ドットは、径が３０μｍ～２００μｍの範囲に設定された円形又は１辺が３０μｍ～２００μｍの範囲に設定された方形であることが好ましい。
【００１０】また、本発明に係る第２の面発光装置用導光板は、互いに対向する発光面と反射面とを有し、一端面から入射される光を上記発光面から出射する面発光装置の導光板において、上記反射面において、上記一端面から離れるに従って光拡散量が順次増加する基本分布に対応する複数のドットが形成され、上記発光面において、上記基本分布に対応する複数のドットにより発光面に形成される明帯の両側に、光を拡散させる複数のドットが形成されたことを特徴とする。
【００１１】また、本発明に係る第２の面発光装置用導光板は、上記発光面に形成されたドットは、径が３０μｍ～１２０μｍの範囲に設定された円形又は１辺が３０μｍ～１２０μｍの範囲に設定された方形であるであることが好ましい。
【００１２】さらに、面発光装置は、上記第１の面発光装置用導光板又は第２の面発光装置用導光板のうちのいずれか１つの面発光装置用導光板を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．本発明に係る実施の形態１の面発光装置は、図６に示す従来例の面発光装置において、導光板１０１に代えて図１に示す導光板１を用いて構成した点が従来例とは異なり、導光板以外は部分は図６の従来例と同様に構成される。
【００１４】本実施の形態１において、導光板１は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、発光面１２と反射面１３とを有し、一端面１１から入射される発光ダイオードの光を発光面１２から略均一の輝度で出射するように、該反射面１３の全面に複数のドット１０が以下のような分布となるように形成されている。第１に、本実施の形態１の導光板１の反射面１３には、複数のドット１０が、一部分の領域（後述の小拡散領域３２）を除いて、一端面１１から離れるに従って光拡散量が順次増加するように、ドット１１の形成密度を一端面１１から離れるに従って増加させている。尚、本明細書において、複数のドットを、発光面１２における発光輝度を均一にするように、一端面１１から離れるに従って光拡散量が順次増加するように分布させることを基本分布という。
【００１５】そして、本実施の形態１の導光板１ではさらに、上述の基本分布の一部に、発光面１２における輝度がより均一になるように基本分布に対して光拡散量の少ない小拡散領域３２を形成して、基本分布に小拡散領域３２を有する最適光拡散分布に基づいて一端面１１からの距離に対応するドット密度を設定している。図２のグラフにおいて、基本分布は３１の符号を付した実線で示し、小拡散領域は、３２の符号を付した破線で示している。
【００１６】また、図２のグラフには、基本分布３１にしたがった密度にドットを形成した時の発光面における輝度分布を３３の符号を付した実線で示し、その基本分布３１の一部に小拡散領域３２を形成した最適光拡散分布に従った密度にドットを形成した時の発光面の輝度分布を３４の符号を付した破線で示している。図２に示す破線３４と実線３３とを比較することにより分るように、本実施の形態１の導光板１では、基本分布３１に対して小拡散領域３２を設けたことにより、特に一端面に比較的近い部分における輝度分布の均一性を改善することができる。
【００１７】また、本実施の形態１では、基本分布３１において、輝度分布３３における第１ピークＰ１と第２ピークＰ２とに対応する位置に小拡散領域３２が形成される。ここで、基本分布３１における、輝度分布３３における第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２に対応する位置とは、基本分布３１に小拡散領域３２を形成することにより、発光面１２における第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２の輝度を下げることができる位置をいい、主として導光板の形状等を考慮してその形状に応じて決定される。図２に示す例において、導光板１の形状は、幅３０ｍｍ、長さ６５ｍｍ、入射面（光源側）の厚さ３ｍｍ、入射面の反対側に位置する端面における厚さ１ｍｍであり、この例では、反射面１３において小拡散領域３２を形成する一端面１１からの距離は、発光面１２における第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２の一端面１１からの距離より概ね３ｍｍ程度短く設定される。
【００１８】また、小拡散領域３２における、基本分布に対する光拡散量の減衰量は、実施の形態１のようにドット密度により光拡散量を調整する場合には、基本分布に対してドット密度を約５～３０％の範囲でピークＰ１，Ｐ２の高さに応じて減少させることにより、発光面１３における輝度の分布を図２に示すように均一にできる。
【００１９】（最適光拡散分布の設定方法）以下、実施の形態１における最適光拡散分布の設定方法について簡単に説明する。本方法ではまず、反射面及び発光面にドットを形成していない場合の、導光板１の発光面１２における、光源からの距離に対する光の減衰量を求める（ステップ１）。この減衰量は、例えば発光面１２における輝度分布を測定することにより求めることができる。次に、この減衰量に基いて、発光面１２における輝度分布を略均一にするような反射面１３における光拡散分布（基本分布）を求める（ステップ２）。次に、ステップ２で求めた光拡散分布（基本分布）に従って、例えば、反射面１３におけるドット密度分布を求める（ステップ３）。
【００２０】さらに、例えば、ステップ３で求めたドット密度分布のドットを反射面１３に形成した場合の、発光面１２における輝度分布を求める（ステップ４）。次に、ステップ４で求めた輝度分布に基いて、その輝度分布における明帯の両側の位置に対応させて、反射面１３において小拡散領域を設定し、輝度分布に基いて小拡散領域における光拡散量を決定する（ステップ５）。以上のようにして、本発明に係る反射面における最適光拡散分布を設定することができる。
【００２１】（ドット密度分布の一例）以下、ドット密度分布の一例を図３を参照しながら説明する。図３は、図１の導光板１における、発光ダイオードに比較的近い部分１４に設定されるドット密度分布を示す図である。図３において、３２ａの符号を付して示す領域は、基本分布３１に従ってドット密度を設定した時の第１ピークＰ１に対応して設けられた小光拡散領域であり、３２ｂの符号を付して示す領域は、基本分布３１に従ってドット密度を設定した時の第２ピークＰ２に対応して設けられた小光拡散領域である。
【００２２】ここで、本明細書において、ドット密度とは、単位面積においてドットが占める面積（面積占有率）をいう。また、図３における１マス（１つの領域）の横方向の１辺ｘは、０．６ｍｍであり、縦方向の１辺ｙは、０．７２ｍｍである。図３に示すドット密度に従って、１マスに形成するドット個数を示すと図４のようになる。尚、図４に示す例では、１つのドットの径は、１２０μｍとした。図４に示すように、小光拡散領域３２ａ，３２ｂは、必ずしも導光板１の一方の側面から他方の側面に至るように形成する必要はなく、小光拡散領域３２ａ，３２ｂの幅は、発光面の明帯が消失するように所定の幅に設定すればよい。
【００２３】以上のように構成された本実施の形態１の面発光装置は、導光板１の反射面に、上記最適光拡散分布（基本分布３１に小拡散領域３２を設けた分布）にしたがって複数のドットを形成しているので、導光板１の発光面における輝度分布を従来例に比較してより均一にできる。また、本実施の形態１の導光板１は、金型で成形するときに上述の分布のドットを一体で成形することができるので、容易に作製できる。これにより、導光板１の発光面における輝度分布をより均一にできる面発光装置を容易に製造することができる。
【００２４】以上の実施の形態１では、ドットの密度により反射面における光拡散量を制御するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、ドットの深さにより光拡散量を制御するようにしてもよい。この場合、ドット密度を１０％変化させた場合における光拡散量の変化量を、ドットの深さを変化させることにより得ようとすると、ドットの深さを、ドットの径に応じて２０％～４０％変化させる必要があることが確認された。すなわち、ドット密度を１０％減少させた場合に対応する光拡散量の変化量を得るためには、ドットの深さを、ドットの径に応じて２０％～４０％浅くする。
【００２５】また、本実施の形態１では、ドットの密度により反射面における光拡散量を制御するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、ドットの径を変化させることによりドットの占有面積を変化させて光拡散量を制御するようにしてもよい。
【００２６】以上のように、本発明に係る実施の形態１の面発光装置においては、導光板に所定のドットを形成することにより、導光板１の発光面における輝度分布の均一にすることができるが、形成するドット又はドット分布は、視認性及び製造の容易性を考慮して以下の条件を満足するように形成することが好ましい。すなわち、ドットの直径は、３０μｍ～２００μｍの範囲内に設定することが好ましい。直径が３０μｍより小さいと金型で成形することが困難になり、２００μｍより大きいとドットが輝点として観測されるようになるからである。また、本発明において、ドットの形状は円形に限られるものではなく、正方形又は長方形等の方形であってもよく、その場合は、ドットの１辺を、３０μｍ～２００μｍの範囲内に設定することが好ましい。また、ドットが占める面積占有率は、所定の光拡散量を得る為に７％～７８％に設定することが好ましい。
【００２７】実施の形態２．本実施の形態２は、実施の形態１の面発光装置において、導光板１に代えて、発光面５２にさらにドットを形成した導光板５１を用いて構成したことを特徴とし、それ以外の部分は実施の形態１と同様に構成される。すなわち、本実施の形態２の導光板５１は、反射面には実施の形態１で説明した基本分布（小光拡散領域３２が形成されていないもの）に従って分布するように形成された複数のドットを有し、基本分布において小光拡散領域３２を設けることなく、発光面５２の第１光拡散領域５５と第２光拡散領域５６とにそれぞれ複数のドットを形成している。このように発光面１２の第１光拡散領域５５と第２光拡散領域５６において、複数のドットを形成することによって第１光拡散領域５５と第２光拡散領域５６の光の拡散量を大きくできるので、第１光拡散領域５５と第２光拡散領域５６の輝度を高くできる。これにより、第１ピークＰ１の両側の輝度を高くできるので、発光面１２の輝度分布をより均一にできる。
【００２８】すなわち、発光面５２における第１光拡散領域５５と第２光拡散領域５６は、第１ピークＰ１の両側に位置し、図５に示す例では、第１光拡散領域５５には複数のドットが単位面積あたりのドットの占有面積が１３％になるように形成され、第２光拡散領域５６には複数のドットが単位面積あたりのドットの占有面積が１０％になるように形成される。尚、図５に示す例では、径が０．１ｍｍの円形のドットを形成した。発光面に形成するドットの深さは、１０μｍ以上になるとドットが輝点として観測されるので、１０μｍ以下に設定することが好ましい。また、発光面に形成するドットの径は、３０μｍ～１２０μｍに設定することが好ましい。ドットの径が３０μｍより小さいと金型による成形が困難になり、１２０μｍより大きくなると、ドットが輝点として観測されやすくなるからである。また、本発明において、発光面に形成されるドットの形状は、円形に限られるものではなく、正方形や長方形等の方形であってもよく、その場合は、ドットの１辺を３０μｍ～１２０μｍに設定することが好ましい。
【００２９】以上のように構成された実施の形態２の面発光装置において、導光板５１の発光面５２の第１光拡散領域５５及び第２光拡散領域５６では、形成されたドットにより光が拡散され、発光面５２から外部に放射される光が多くなる。その結果、発光面における第１ピークＰ１の両側の輝度を向上させることができるので、図５に示すように輝度の均一化が図れる。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に係る上記第１又は第２の面発光装置用導光板によれば、従来例に比較して発光面における出射光の面内均一性を向上させることができる面発光装置用導光板を提供できる。また、本発明に係る面発光装置によれば、従来例に比較して発光面における出射光の面内均一性を向上させることができる面発光装置を提供することができる。

【出願人】	【識別番号】０００２２６０５７【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
【出願日】	平成１２年１２月２６日（２０００．１２．２６）
【代理人】	【識別番号】１０００７４３５４【弁理士】【氏名又は名称】豊栖康弘（外１名）
【公開番号】	特開２００２－１９７９１３（Ｐ２００２－１９７９１３Ａ）
【公開日】	平成１４年７月１２日（２００２．７．１２）
【出願番号】	特願２０００－３９５１４０（Ｐ２０００－３９５１４０）