JP5510038B2 - コリメート光源及び面光源装置 - Google Patents

Description

本発明はコリメート光源及び面光源装置に関し、具体的には面光源装置の導光板に平行光を入射させるためのコリメート光源と、当該コリメート光源を用いた面光源装置に関する。

図１は、導光板１４内の複数の発光エリア１４ａ、１４ｂを選択的に発光させるようにした面光源装置である。この面光源装置では、光源ユニット１１ａを発光させると、光源ユニット１１ａから出射した光により、その前方の発光エリア１４ａだけが発光する。また、光源ユニット１１ｂを発光させると、光源ユニット１１ｂから出射した光により、その前方の発光エリア１４ｂだけが発光する。

しかし、このような面光源装置では、例えば光源ユニット１１ａから出射される光の広がりが大きいと、図１に矢印で示すように、光源ユニット１１ａから斜め方向へ出射した光が発光エリア１４ｂに入射し、発光すべきでない他の発光エリア１４ｂまで光ることになる。そのため、この面光源装置では、光源ユニット１１ａ、１１ｂとして、平行光を出射するコリメート光源を用いている。

図２は、上記面光源装置に用いられるコリメート光源１１と導光板１４の構造を示す斜視図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、コリメート光源１１及び導光板１４の平面図及び概略断面図である。このコリメート光源１１は、複数個の光源１２と、透光性を有する板状のコリメートレンズアレイ１３よりなる。コリメートレンズアレイ１３は、入射側レンズ１６と出射側レンズ１７からなる両凸レンズ状をした複数個のコリメートレンズ１５を一体に配列したものである。コリメートレンズアレイ１３は、出射側レンズ１７を導光板１４の入射端面１８に対向させて配置され、各コリメートレンズ１５の入射側レンズ１６に対向する位置にそれぞれ光源１２が配置されている。導光板１４の発光エリア下面には、図３（Ｂ）に示すように、三角プリズム状の偏向パターン１９が多数個凹設されている。

しかして、図３（Ａ）に示すように、光源１２が点灯すると、光源１２から放射された光は各コリメートレンズ１５を透過することによって平行光に変換され、導光板１４の入射端面１８から導光板１４内に入射する。導光板１４内に入射した光は、図３（Ｂ）に示すように、導光板１４の表面と裏面との間で全反射を繰り返しながら導光し、偏向パターン１９で全反射された光は光出射面２０（導光板１４の表面）から出射されて発光エリアが発光する。

しかしながら、図２及び図３のような構造のコリメート光源１１を用いた場合には、隣接したコリメートレンズ１５間の中央を通過しコリメートレンズ１５の光軸に平行な方向の直線（以下、「レンズ間の継ぎ目」という。）の近傍に配光される光量の割合が少ないため、コリメートレンズ１５の中央部前方の領域に比べて暗くなり、レンズ間の継ぎ目に暗線が生じたり、導光板１４の発光エリアに輝度むらが生じたりして面光源装置の見栄えが悪くなるという問題があった。具体的に示せば、２つのコリメートレンズ１５の前方における輝度の分布は図４に示すようになる。図４に示した輝度分布Ｋでは、ドット密度の小さな領域ほど輝度が低く、ドット密度の大きな領域ほど輝度が高くなっている。この輝度分布Ｋによれば、各コリメートレンズ１５の中央部前方で輝度が高く、レンズ間の継ぎ目付近で輝度が低くなっていることが分かる。図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った輝度分布（光出射面２０における輝度分布）を表したグラフであり、図５の横軸はＡ−Ａ線上における位置（Ｙ方向位置）を表している。１つのコリメートレンズ１５の幅Ｗは１０ｍｍとなっており、レンズ間の継ぎ目ＣがＹ方向位置の原点（０ｍｍの位置）となっている。なお、本明細書においては、コリメートレンズの幅方向又は配列方向と平行な方向をＹ方向といい、コリメートレンズの光軸方向に平行な方向をＸ方向という。図５によれば、コリメートレンズ１５の中央部前方で輝度が高く、レンズ間の継ぎ目で輝度が低くなっていることがよりはっきりと分かる。

また、特許文献１には、平行な光を出射する発光モジュールが開示されている。この発光モジュールは、光源の前方にフレネルレンズ状のレンズ部材を設けたものであり、光源から放射された光がレンズ部材を透過することによって平行光に変換されるようにしている。しかし、このような発光モジュールでも、レンズ部材の端には十分な光を分配させることができないので、レンズ部材の中心部に比べて端の部分の光量が不足し、暗くなりやすい。

特開２００８−１４１１５２号公報

本発明は、上記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、コリメートレンズ間又はコリメートレンズの側面に対応する領域に配光される光量を増加させて面光源装置の輝度むらや暗線を低減させることのできるコリメート光源と面光源装置を提供することにある。

本発明にかかるコリメート光源は、複数個の光源と、前記各光源から放射された光を平行光化して出射する複数個のコリメートレンズをその幅方向に沿って連設して構成されたコリメートレンズアレイとを備えたコリメート光源であって、前記コリメートレンズは、前記光源に対向するレンズ入光面と、前記レンズ入光面の両側端から前記光源と反対側へ向けて延出された反射壁と、前記反射壁の前記光源から遠い側の端から延出されたステップ面と、前記レンズ入光面と反対側に設けられた凸レンズ状の出射側レンズを有し、前記レンズ入光面には、入射光を側方へ向けて拡散させるための複数の拡散パターンを形成された拡散領域が設けられ、前記反射壁は、前記出射側レンズ側へ向かうに従って前記反射壁間が広がるように傾斜し、前記ステップ面は、前記レンズ入光面と平行に延びていることを特徴としている。

本発明のコリメート光源によれば、レンズ入光面の拡散領域から入射する光源の光を横方向（側方向）へ拡散させて広げ、大きな角度で横方向へ拡散された光を反射壁で反射させることによって前方へ向け、コリメート光源から出射される光を出射側レンズでコリメート化して平行光として前方へ出射させる。このようなコリメート光源によれば、中央部の光を拡散領域で拡散させて縁の部分へ配光させることができるので、コリメート光源から出射される光の平行性を損ねることなく幅方向にわたって光量を均一化することができる。よって、導光板と組み合わせて面光源装置として用いた場合、コリメートレンズの側面に対向する領域で導光板に暗線が発生するのを防ぐことができ、輝度むらを軽減できる。

さらに、本発明にかかるコリメート光源は、複数個の前記コリメートレンズがその幅方向に沿って連設されてコリメートレンズアレイが構成され、複数個の前記光源が、それぞれ各コリメートレンズのレンズ入光面に対向配置されているので、広い発光エリアに平行光を照射することができる。しかも、コリメート光源の長さ（奥行き）を大きくすることなく幅を広くすることができるので、コリメート光源が大型化するのを避けることができる。また、前記コリメートレンズにおいては、反射壁の光源から遠い側の端からレンズ入光面と平行に延びたステップ面を設けているので、コリメートレンズどうしの継ぎ目部分の長さを長くすることができ、コリメートレンズアレイにおいてコリメートレンズどうしの継ぎ目部分が破損するのを防ぐことができる。

本発明にかかるコリメート光源のある実施態様は、前記拡散領域は、前記拡散パターンと平坦面とを交互に配置して構成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、拡散領域に入射する光の一部だけを拡散させることができ、拡散パターンと平坦面の面積比率を変えることでコリメートレンズ内における配光分布を調整することができる。

本発明にかかるコリメート光源の別な実施態様は、前記レンズ入光面において、前記拡散領域の両側には、拡散パターンのない平坦面領域が形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、レンズ入光面の側端部に入射する光は拡散されないので、両端部の光が拡散されて光量が低下するのを防ぐことができる。

本発明にかかるコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記拡散パターンが、前記レンズ入光面に凹設されたＶ溝であることを特徴としている。Ｖ溝状をした拡散パターンによれば、拡散パターンに入射した光を両側へ向けて広げることができる。

また、Ｖ溝状をした前記拡散パターンの斜面の、前記レンズ入光面に対する傾斜角を３３°以上６２°以下としてあれば、導光板の発光エリアにおいて輝度むらを防止する効果を高くできる。

本発明にかかるコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記反射壁が、前記レンズ入光面を延長した面となす角度が、５２°以上６４°以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、平行光の方向から外れて斜め方向へ出射される光の光量を少なくできるとともに、導光板の発光エリアにおける輝度むらを小さくできる。

本発明にかかるコリメート光源のさらに別な実施態様は、前記出射側レンズが、フレネルレンズによって形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、コリメート光源の長さ（奥行き）を短くでき、コリメート光源をより小型化することができる。

本発明にかかる面光源装置は、導光板と、本発明にかかる１個又は複数個のコリメート光源とからなることを特徴としている。本発明の面光源装置によれば、コリメートレンズの縁にあたる領域や、コリメートレンズどうしの継ぎ目にあたる領域に暗線が生じるのを防止することができ、面光源装置の輝度むらを低減できる。

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、２つの光源ユニットを有する従来の面光源装置を示す平面図である。 図２は、１つのコリメート光源と導光板からなる従来の面光源装置を示す斜視図である。 図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図２の面光源装置を示す平面図及び概略断面図である。 図４は、コリメートレンズアレイの前方における輝度分布を表した面光源装置の平面図である。 図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った輝度分布を表した図である。 図６は、本発明の実施形態１によるコリメート光源の斜視図である。 図７（Ａ）は、実施形態１のコリメート光源の平面図、図７（Ｂ）はその側面図である。 図８は、コリメートレンズのレンズ入光面に設けた拡散領域の拡大斜視図である。 図９（Ａ）は、コリメートレンズのレンズ入光面と反射壁との間の角部に生じたアールを示す図である。図９（Ｂ）は、拡散領域の拡散パターンの端に生じたアールを示す図である。 図１０は、実施形態１のコリメート光源と導光板からなる面光源装置の平面図である。 図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、導光板の裏面に設けられた偏向パターンの平面図及び断面図である。 図１２は、図２に示したコリメートレンズアレイのうちの１つのコリメートレンズの前方における輝度分布（従来レンズの場合）と、本発明の実施形態１によるコリメート光源の前方における輝度分布（実施形態１の場合）を比較して示した図である。 図１３（Ａ）は、青色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ及び緑色ＬＥＤチップを有する光源のチップピッチを説明する図であり、図１３（Ｂ）は、拡散領域に設けられた拡散パターンのパターンピッチを説明する図である。 図１４は、本発明の実施形態２による面光源装置を示す斜視図である。 図１５は、実施形態２の面光源装置に用いるコリメート光源を示す平面図である。 図１６は、図１５のコリメート光源に用いられたコリメートレンズアレイの斜視図である。 図１７は、実施形態２のコリメートレンズアレイのうち２つのコリメートレンズの前方における図１４のＡ−Ａ線に沿った輝度分布を表したグラフであって、図５に示した従来例の輝度分布を併せて表している。 図１８は、コリメートレンズを透過直後のＹ方向指向性を示す図である。 図１９は、拡散パターンの斜面傾斜角βと、従来例との輝度むら比Ｑとの関係を表したグラフである。 図２０は、サイドローブ率の定義を説明するための図である。 図２１は、拡散パターンの斜面傾斜角βが３３°の場合における、反射壁の角度αとサイドローブ率及び従来例との輝度むら比との関係を表した図である。 図２２は、拡散パターンの斜面傾斜角βが５２°の場合における、反射壁の角度αとサイドローブ率及び従来例との輝度むら比との関係を表した図である。 図２３は、拡散パターンの斜面傾斜角βが６２°の場合における、反射壁の角度αとサイドローブ率及び従来例との輝度むら比との関係を表した図である。 図２４は、反射壁の高さとサイドローブ率及び従来例との輝度むら比との関係を表した図である。 図２５は、比較例のコリメート光源を示す平面図である。 図２６は、図２５のコリメート光源に用いるコリメートレンズアレイの斜視図である。 図２７は、図２５の比較例におけるコリメートレンズアレイの変形例を示す斜視図である。 図２８は、本発明の実施形態３によるコリメート光源を示す斜視図である。 図２９は、実施形態３のコリメート光源の平面図である。

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）
以下、図６〜図１３を参照して本発明の実施形態１によるコリメート光源と面光源装置を説明する。

図６は、本発明の実施形態１によるコリメート光源２１を示す斜視図であって、光源２２とコリメートレンズ２３を若干離して描いている。図７（Ａ）は、コリメート光源２１の平面図であって、併せてコリメートレンズ２３の一部（拡散パターン３０）を順次拡大したものを表している。図７（Ｂ）はコリメート光源２１の側面図である。

コリメート光源２１は、光源２２とコリメートレンズ２３（暗線消去レンズ）からなる。光源２２は、内部に１個又は複数個のＬＥＤチップを内蔵しており、前面から通常は白色光を放射する。コリメートレンズ２３は、均一な厚みの板状をしており、その上面及び下面は互いに平行な平滑面となっている。コリメートレンズ２３は、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）などの屈折率の大きな透明樹脂を原料として、射出成形や切削加工などにより作製される。

コリメートレンズ２３は、光源２２を対向させるためのレンズ入光面２４を備えている。レンズ入光面２４の中央部には拡散領域２５（パターン形成面）が形成されており、拡散領域２５の両側にはパターンのない平坦面領域２４ａが形成されている。図７（Ａ）及び図８に示すように、拡散領域２５は、平坦面２５ａを挟んで拡散パターン３０が一定ピッチ毎に配列されたものである。拡散パターン３０は、Ｖ溝形状をしており、均一な断面形状でレンズ入光面２４の厚み方向に延びている。このＶ溝形状（断面二等辺三角形状）をした拡散パターン３０の斜面傾斜角βは、後述のように３３°以上６２°以下が好ましい。光源２２は、レンズ入光面２４に近接させて対向配置される。

レンズ入光面２４の両端から前方へ延びた側面部分は、それぞれ反射壁２６、ステップ面２７及び側壁面２８からなる。反射壁２６はレンズ入光面２４に対してαの角度をなしており、左右の反射壁２６間は前方へ向かうに従って広がっている。なお、反射壁２６の角度αは、後述のように５２°以上６４°以下が好ましい。ステップ面２７は、レンズ入光面２４と平行な面である。左右の側壁面２８は、互いに平行となっている。コリメートレンズ２３の前面は、平面視で円弧状をした出射側レンズ２９（凸レンズ）によって構成されている。

上記のような構造のコリメート光源２１によれば、光源２２から出射された光のうちレンズ入光面２４の両端部（平坦面領域２４ａ）に入射した光は、平坦面領域２４ａで屈折してコリメートレンズ２３内に入射する。これに対し、レンズ入光面２４の中央部（拡散領域２５）に入射した光は、コリメートレンズ２３内に入射する際に拡散パターン３０で拡散されて左右に広げられ、両側面へ広げられた光は反射壁２６で全反射されて前方へ向けられる。そして、コリメートレンズ２３から出射する光は、出射側レンズ２９によってコリメート化されてほぼ平行光となる。したがって、コリメートレンズ２３の中央部では、光が拡散するために配光される光量が少なくなり、コリメートレンズ２３の両側部では拡散領域２５で光が拡散されるために配光される光量が増加し、コリメートレンズ２３の全幅にわたって光量が均一化される。

また、拡散領域２５は平坦面２５ａと拡散パターン３０によって構成しているので、拡散領域２５に入射した光のうち一部分だけを拡散パターン３０によって拡散させることができ、拡散パターン３０のピッチを調整することで拡散パターン３０によって拡散させる光量の比率を調節することができる。また、拡散パターン３０の斜面傾斜角βを調整することで、拡散パターン３０により光を拡散させる方向も調整することができる。

なお、コリメート光源２１から出射される光は、できるだけ完全な平行光に近いことが望ましいが、コリメート光源２１から出射される光の配光特性は、その半値片側角が±１２°以内であれば差し支えない。

また、コリメートレンズ２３を射出成形により作製する場合には、コリメートレンズ２３を成型金型から取り出しやすくするために、出射側レンズ２９には厚み方向に１°程度の傾斜（抜きテーパー角）をつけてもよい。同じく、コリメートレンズ２３を成型金型から取り出しやすくするために、レンズ入光面２４などには、より大きな角度、たとえば厚み方向に３〜５°程度の傾斜（抜きテーパー角）をつけてもよい。成形の場合には、図９（Ａ）に示すように、レンズ入光面２４と反射壁２６との間の角部に曲率半径が０.２ｍｍ程度のアールがつくことがあり、また図９（Ｂ）に示すように、拡散パターン３０の端にも曲率半径が０.２ｍｍ程度のアールがつくことがあるが、この程度のアールは、コリメートレンズ２３の性能上問題はない。

図１０は、コリメート光源２１と導光板３２を組み合わせた面光源装置３１の平面図である。導光板３２は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂等の屈折率が高い透明樹脂によって板状に成形されており、コリメートレンズ２３の厚みと等しいか、あるいはコリメートレンズ２３の厚みよりも大きな厚みを有している。コリメート光源２１は、導光板３２の光入射端面３３に対向させて配置されている。導光板３２には、発光エリア３２ａが定められており、導光板３２の裏面において発光エリア３２ａ内には、多数の偏向パターン３４が設けられている。偏向パターン３４は、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、導光板３２の裏面に形成された三角プリズム状の凹部であって、光源側を向いた偏向反射面３５と光源と反対側を向いた背面３６を有している。偏向反射面３５の傾斜角γは４２°となっており、背面３６の傾斜角εは６０°以上９０°以下となっている。偏向パターン３４は導光板３２内を導光する光を偏向反射面３５で全反射させることにより導光板３２の表面（光出射面）から出射させるものであるので、発光エリア３２ａの全体に偏向パターン３４を配置することで発光エリア３２ａを発光させることができる。

また、発光エリア３２ａは、コリメートレンズ２３の幅Ｗと等しい幅を有しており、コリメート光源２１から出射される平行光の光量はＹ方向で均一化されているので、導光板３２におけるＹ方向での発光輝度も均一化される。特に、発光エリア３２ａのＹ方向における両端部に暗線が生じにくくなっている。

図１２のグラフは、図１０の面光源装置３１を用いた場合における輝度分布を表しており、比較のため従来例の場合における輝度分布を併せて示している。図１２における横軸のＹ方向位置は図１０のＢ−Ｂ線に沿った位置であって、コリメートレンズの光軸上がＹ方向位置の原点（０ｍｍの位置）となっている。また、縦軸は導光板３２の表面から出射する光の輝度（発光輝度）を測定したものである。

図１２における輝度分布の測定に用いた実施形態１のコリメートレンズ２３は、長さＬ＝１１ｍｍ、幅Ｗ＝１０.５ｍｍ、出射側レンズ２９の曲率半径Ｒ＝５.８ｍｍ、反射壁２６の角度α＝５８°、反射壁２６の高さ（レンズ入光面２４とステップ面２７の間の段差距離）Ｄ＝３ｍｍのものであった。また、輝度は、幅１０.５ｍｍの発光エリア３２ａにおいてＢ−Ｂ線に沿って測定した。

図１２における従来例の輝度分布は、図２及び図３に示したような形状のコリメートレンズアレイ１３のうちの一つのコリメートレンズ１５（幅１０.５ｍｍのもの）と、実施形態１の測定に用いたのと同じ光源２２及び導光板３２を用いてＢ−Ｂ線に沿った発光輝度を測定したものである。

図１２における従来例の場合の輝度分布では、発光エリア３２ａのＹ方向中央部で輝度が最大となっており、発光エリア３２ａのＹ方向の端に向かうほど次第に輝度が低下している。これに対し、実施形態１の場合の輝度分布では、発光エリア３２ａのＹ方向全体にわたってほぼ均一な輝度が得られている。従って、図１２によれば、コリメート光源２１の両側面に対応する領域で発光エリア３２ａに暗線の生じにくいことが分かる。

なお、光源２２としては、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体との組合せによって白色光を放射するものでもよいが、面光源装置３１をカラー液晶と組み合わせる場合には、赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤチップを用いて白色発光させる方が表示色が鮮やかになる。また、３色のＬＥＤチップを有していれば、１色だけのＬＥＤチップ、あるいは２色だけのＬＥＤチップを発光させることによって有色光を出射することができ、コリメート光源２１に演色効果を持たせることもできる。

図１３（Ａ）は、青色ＬＥＤチップ２２Ｂ、赤色ＬＥＤチップ２２Ｒ、緑色ＬＥＤチップ２２Ｇを一定のピッチ（チップピッチ）Ｐｃで並べて配置した光源２２と、光源２２に対向する拡散領域２５を示す。このような光源２２を用いる場合には、図１３（Ｂ）に示す拡散パターン３０のピッチ（パターンピッチ）ＰｐはチップピッチＰｃの１／２とし、各ＬＥＤチップ間に２つの拡散パターン３０を対向させることが好ましい。たとえば、チップピッチＰｃが０.５８ｍｍの場合には、拡散パターン３０のパターンピッチＰｐは０．２９ｍｍとなる。また、１つの光源２２に対して拡散パターン３０を６個設けることが望ましい。

（第２の実施形態）
図１４は本発明の実施形態２による面光源装置４１を示す斜視図である。図１５は、面光源装置４１に用いられるコリメート光源４２の平面図である。図１６は、コリメート光源４２に用いられるコリメートレンズアレイ４３の斜視図である。実施形態２に用いるコリメートレンズアレイ４３は、実施形態１のコリメートレンズ２３を幅方向に複数個並べてアレイ化したものである。光源２２は、コリメートレンズアレイ４３の各レンズ入光面２４に対向する位置に配置されている。このようなコリメート光源４２を用いれば、発光領域を広くして広い発光エリアに対応することができる。なお、コリメートレンズアレイ４３の場合、隣接する出射側レンズ２９の端部間に形成されるＶ溝部分にも曲率半径が０.２ｍｍ程度のアールがついていて、なだらかになっていてもよい。

この面光源装置４１の特性について説明する。図１７は、２つのコリメートレンズ２３の前方における図１４のＡ−Ａ線（光入射端面３３から１８ｍｍの位置にあるＹ方向の線分）に沿った輝度分布を表したグラフである。図１７の横軸はＡ−Ａ線上における位置（Ｙ方向位置）を表し、縦軸は導光板３２の表面（光出射面）から出射する光の輝度を表している。１つのコリメートレンズ２３の幅Ｗは１０ｍｍとなっており、レンズ間の継ぎ目がＹ方向位置の原点（０ｍｍの位置）となっている。なお、コリメートレンズ２３の寸法は、幅Ｗ以外については、図１０に示したコリメートレンズ２３と同じである。また、図１７には、比較のため、図５に示した従来例の輝度分布を併せて表している。従来例の場合には、コリメートレンズ１５の光軸（Ｙ方向位置が±５ｍｍの位置）付近で輝度が高く、レンズ間の継ぎ目（Ｙ方向位置が０ｍｍ、±１０ｍｍの位置）付近で輝度が大きく低下し、導光板に顕著な輝度むらが発生している。これに対し、実施形態２の面光源装置４１の場合には、Ｙ方向の全体で輝度がほぼ均一となっている。よって、実施形態２の面光源装置４１によれば、従来例で発生していたような暗線がなくなり、発光エリアにおける輝度むらが大幅に改善されることが分かる。

また、図１８は、コリメートレンズ２３を透過直後のＹ方向指向性を示す図である。ここでいうコリメートレンズ透過直後のＹ方向指向性とは、複数の光源２２を発光させたとき、あるコリメートレンズ２３から出射する光の指向性であって、図１５に示すように、コリメートレンズ２３の光軸から測った角度をθとし、角度θの方向におけるレンズ透過直後の光量を測定したものである。図１８によれば、出射光のＹ方向指向性における半値片側角、すなわち光度が最大値の１／２になるときの角度θは±６°となっており、コリメート光源４２からは良好な平行光が出射されている。よって、実施形態２の面光源装置４１によれば、発光エリアに暗線が生じにくくなって輝度むらの改善効果が高くなり、しかも、コリメート光源４２から広がりの小さな平行光を出射させることができるので、導光板３２に複数の発光エリアが形成されている場合（図１参照）でも、他の発光エリアが光りにくくなる。こうして発光エリアどうしの干渉が起こりにくくなれば、発光エリアどうしを従来よりも接近させることが可能になり、精細な表示も可能になる。

つぎに、拡散パターン３０の斜面傾斜角βの適正角度（３３°以上６２°以下）の根拠について説明する。まず、従来例との輝度むら比Ｑをつぎのように定義する。
輝度むら比Ｑ＝（本発明実施形態における輝度差）÷（従来例における輝度差）
ここで、本発明実施形態における輝度差とは、図１７に示すように、本発明実施形態（実施形態２）の面光源装置４１の輝度分布における最大輝度と最小輝度との差Ｎである。また、従来例における輝度差とは、従来例の輝度分布における最大輝度と最小輝度との差Ｍである。したがって、輝度むら比Ｑ＝Ｎ／Ｍが小さいほど、暗線が発生しにくくて輝度むらの改善効果が高くなるが、従来例との輝度むら比Ｑが０.４以下であれば、輝度むら改善効果としては十分である。

図１９は、拡散パターン３０の斜面傾斜角βを２０°から７５°までの範囲で変化させ、その輝度むら比Ｑを求めた結果をグラフで表したものである。従来例との輝度むら比Ｑは４０％以下であれば輝度むら改善効果としては十分であるので、輝度むら比Ｑが４０％以下となる斜面傾斜角βを図１９から求めると、輝度むら改善のためには斜面傾斜角βを３３°以上６２°以下の範囲とすればよいことが分かる。

つぎに、反射壁２６の角度αの適正角度（５２°以上６４°以下）の根拠について説明する。まず、レンズ透過直後のＹ方向指向性のサイドローブ率を定義する。サイドローブ率とは、たとえば図２０のようなレンズ透過直後のＹ方向指向性において、ピーク位置で測った光度（ピーク強度）をＴ、サイドローブ（第２のピーク）位置で測った光度（サイドローブ強度）をＳとするとき、Ｓ／Ｔである。すなわち、
サイドローブ率＝サイドローブ強度Ｓ／ピーク強度Ｔ
である。サイドローブ率が大きいということは、斜め方向へ光度の大きな光（サイドローブ光）が導光され他の発光エリアを光らせて（図１参照）、面光源装置の見栄えを悪化させることを意味するので、サイドローブ率が小さい方がコリメート光源４２の性能が高い。

斜面傾斜角βは、前記のように３３°以上６２°以下が好ましいので、この両端の値とほぼ中央値として斜面傾斜角βが３３°、５２°、６２°の場合を選択した。そして、β＝３３°、５２°、６２°のそれぞれの場合において、反射壁２６の角度αに対するサイドローブ率及び従来例との輝度むら比Ｑの変化を調べた。図２１は、斜面傾斜角βが３３°の場合において、反射壁２６の角度αに対するサイドローブ率及び従来例との輝度むら比Ｑの変化を測定した結果を示すグラフである。図２２は、斜面傾斜角βが５２°の場合において、反射壁２６の角度αに対するサイドローブ率、従来例との輝度むら比Ｑの変化を測定した結果を示すグラフである。図２３は、斜面傾斜角βが６２°の場合において、反射壁２６の角度αに対するサイドローブ率及び従来例との輝度むら比Ｑの変化を測定した結果を示すグラフである。

面光源装置４１の特性としては、輝度むら比Ｑが６０％以下で、かつ、サイドローブ率が５％以下となることが好ましい。このような条件を満たす反射壁２６の角度αの範囲を図２１〜図２３により求めると、角度αの最適範囲は５２°以上６４°以下となる。さらに望ましくは、輝度むら比Ｑが５０％以下で、かつ、サイドローブ率が３％以下となることが好ましい。この条件の場合には、図２１〜図２３によれば、角度αの最適範囲は５６°以上６２°以下となる。

つぎに、ステップ面２７の働きについて述べる。図２４は、レンズ入光面２４の幅が３.６８ｍｍ、反射壁２６の角度αが５８°、拡散パターン３０の斜面傾斜角βが３７°、コリメートレンズ２３の配列ピッチが１０.５ｍｍの場合における、反射壁２６の高さＤによるサイドローブ率および輝度むら比Ｑの変化をグラフ化したものである。前記のようにサイドローブ率は小さければ小さいほど望ましいが、５％以下であれば使用上問題はない。また、輝度むら比Ｑは６０％以下であることが好ましく、特に４０％以下であることが望ましい。図２４においてサイドローブ率が最小となるのは、反射壁２６の高さＤが最大となる５.４ｍｍのときである。このとき、従来例との輝度むら比Ｑも４０％以下であるので、性能上最適であるといえる。

しかし、反射壁２６の高さＤが最大値５.４ｍｍの場合には、図２５及び図２６に示すように、コリメートレンズアレイ４３は、隣接するコリメートレンズ２３の反射壁２６どうしが会合してステップ面２７のない形状となる。しかも、コリメートレンズ２３どうしの継ぎ目部分の長さｄは約２ｍｍと短くなる。そのため、コリメートレンズアレイ４３は継ぎ目部分で破損する可能性がある。ただし、１つのコリメートレンズ２３だけで用いる場合には、破損のおそれがないので、ステップ面２７のない形状であってもよい。

また、反射壁２６の高さＤが最大値５.４ｍｍの場合には、コリメートレンズアレイ４３の長さＬを短くするために、コリメートレンズ２３どうしの継ぎ目部分の長さｄを０ｍｍとした場合には、コリメートレンズアレイ４３の形状は図２７のようになる。この場合には、コリメートレンズアレイ４３のＹ方向指向性が広がってしまって±１２.５°となるので、出射光の平行度が落ちてしまい、コリメート光源４２としては好ましくない。

このため、実使用のコリメートレンズアレイ４３では、サイドローブ率を若干犠牲にして輝度むら比Ｑが最小値付近となるように設計し、反射壁２６の高さＤが３ｍｍ以上４ｍｍ以下となるようにし、図１５や図１６のように反射壁２６間にステップ面２７を橋渡しした構造としている。

（第３の実施形態）
図２８は、本発明の実施形態３によるコリメート光源５１を示す斜視図である。また、図２９は、コリメート光源５１の平面図である。このコリメート光源５１は、コリメートレンズアレイ５２の各出射側レンズ５３としてフレネルレンズを用いた点を特徴としている。このコリメート光源５１では、出射側レンズ５３にフレネルレンズを用いているので、コリメートレンズアレイ５２の長さＬを短くすることができ、コリメート光源５１の機器組み込み時における占有面積を小さくすることができる。

２１、４２、５１ コリメート光源
２２ 光源
２３ コリメートレンズ
２４ レンズ入光面
２４ａ 平坦面領域
２５ 拡散領域
２５ａ 平坦面
２６ 反射壁
２８ 側壁面
２９、５３ 出射側レンズ
３０ 拡散パターン
３１、４１ 面光源装置
３２ 導光板
３２ａ 発光エリア
３４ 偏向パターン
４３、５２ コリメートレンズアレイ
α 反射壁の角度
β 斜面傾斜角

Claims (8)

1. 複数個の光源と、前記各光源から放射された光を平行光化して出射する複数個のコリメートレンズをその幅方向に沿って連設して構成されたコリメートレンズアレイとを備えたコリメート光源であって、
   前記コリメートレンズは、前記光源に対向するレンズ入光面と、前記レンズ入光面の両側端から前記光源と反対側へ向けて延出された反射壁と、前記反射壁の前記光源から遠い側の端から延出されたステップ面と、前記レンズ入光面と反対側に設けられた凸レンズ状の出射側レンズを有し、
   前記レンズ入光面には、入射光を側方へ向けて拡散させるための複数の拡散パターンを形成された拡散領域が設けられ、
   前記反射壁は、前記出射側レンズ側へ向かうに従って前記反射壁間が広がるように傾斜し、
   前記ステップ面は、前記レンズ入光面と平行に延びていることを特徴とするコリメート光源。
2. 前記拡散領域は、前記拡散パターンと平坦面とを交互に配置して構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
3. 前記レンズ入光面において、前記拡散領域の両側には、拡散パターンのない平坦面領域が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
4. 前記拡散パターンは、前記レンズ入光面に凹設されたＶ溝であることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
5. Ｖ溝状をした前記拡散パターンの斜面の、前記レンズ入光面に対する傾斜角が、３３°以上６２°以下であることを特徴とする、請求項４に記載のコリメート光源。
6. 前記反射壁が、前記レンズ入光面を延長した面となす角度が、５２°以上６４°以下であることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
7. 前記出射側レンズは、フレネルレンズによって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコリメート光源。
8. 導光板と、請求項１に記載した１個又は複数個のコリメート光源とからなる面光源装置。

Images