(57)【要約】【課題】光導入部を有する導光板において、出射光学パターンを透過した光の指向特性を、導光板に設けた偏向パターンの指向特性と同じようにする。【解決手段】導光板３３は、平板状をした導光板本体３５と、導光板本体３５の端に一体成形されたクサビ状の光導入部３４からなる。光導入部３４の上面には傾斜面３８が形成され、光導入部３４は光入射端面側から導光板本体３５へ向けて次第に厚みが薄くなる。導光板本体３５の光出射面３９には、光出射面３９から出射する光の指向特性を幅方向で変化させるための複数の出射プリズム４０が形成され、出射プリズム４０は光入射端面３６に垂直な方向に延びている。出射プリズム４０を透過して出射する光の指向特性は、光出射面３９の反対面で反射して光出射面３９から出射する光の指向特性と同じような特性となっている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面から入射した光を閉じ込めるための光導入部と、
前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて入射した光を光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、
前記光導入部が、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を有する導光板において、
前記導光板本体の前記光出射面には、前記光出射面から出射する光の指向特性を前記導光板本体の幅方向で変化させるための複数の出射光学パターンが形成され、
前記出射光学パターンは、それぞれ前記端面に垂直な方向に延びていて、前記光出射面の幅方向に配列され、
前記出射光学パターンを透過して出射する光の指向特性が、前記光出射面の反対面で反射して前記光出射面から出射する光の指向特性と同じような特性であることを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記出射光学パターンの表面は、円筒状の曲面によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記出射光学パターンは、断面が台形状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項４】
前記出射光学パターンは、断面が三角形状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項５】
光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、幅方向に沿って稜線と谷線が交互に並んだ指向性変換パターンが形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項６】
前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記端面に対向させて配置される光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分は、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とが、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在していることを特徴とする、請求項５に記載の導光板。
【請求項７】
前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心の両側の領域においてそれぞれ、内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の導光板。
【請求項８】
前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記指向性変換パターンは、山形状又はＶ溝状をしたパターン素子を配列したものであり、前記パターン素子は、前記端面に垂直な方向と平行に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項１０】
前記指向性変換パターンは、山形状又はＶ溝状をしたパターン素子を配列したものであり、前記パターン素子は、放射状に配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項１１】
前記指向性変換パターンは、山形状又はＶ溝状をしたパターン素子を配列したものであり、前記パターン素子は、光軸中心の両側でそれぞれ平行に揃い、かつ、前記導光板本体の上面に垂直な方向から見て、光学中心の両側で互いに反対方向へ傾いていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載した導光板と、
前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源と、
を備えた面光源装置。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか１項に記載した導光板と、
前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源と、
前記導光板の前記光出射面に対向させて配置した液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載した液晶表示装置を備えたモバイル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導光板及び面光源装置に関し、具体的には、光源の高さよりも薄い導光板に光を効率よく入射させるための面光源装置や導光板などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、面光源装置を組み込むモバイル機器の薄型化に伴い、面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置を薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが必要になる。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くできたとしても、ＬＥＤからなる光源の高さを小さくすることには限界がある。そのため、平板状をした薄い導光板を用いた場合には、光源の高さが導光板の端面（光入射端面）の厚みよりも大きくなり、導光板の光入射端面に対向させて配置した光源が導光板の上面よりも上に飛び出ることになる。こうして光源が導光板よりも上に飛び出ていると、光源から出射した光がすべて導光板の光入射端面に入らず、一部が外部へ漏れてしまって光利用効率が悪くなる。
【０００３】
このような不具合を解決するため、平板状をした導光板本体の端に導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を設け、光導入部の最大厚みの箇所から導光板本体に向けて傾斜した傾斜面を光導入部の上面に設けた導光板を用いる場合がある。このような導光板によれば、光導入部の端面（光入射端面）の厚みを光源の高さと同程度かそれよりも大きくすることによって光源の光を効率よく光導入部に取り込み、光導入部に取り込まれた光を厚みの薄い導光板本体へ導びくことができる。
【０００４】
このような導光板を用いた面光源装置の一例を図１（Ａ）に示す。なお、図面においては、光入射端面１６に垂直な方向をｘ方向とし、光出射面１８に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向とする。図１（Ａ）に示す面光源装置１１は、光源１２と導光板１３からなる。導光板１３は、くさび状をした光導入部１４と平板状の導光板本体１５を一体成形したものである。光導入部１４の上面には、光入射端面側の端から導光板本体１５に向けて傾斜した傾斜面１７が形成されている。導光板本体１５の上面、すなわち光出射面１８には、光入射端面１６と垂直な方向（ｘ方向）に延びたレンチキュラーレンズ１９が幅方向（ｙ方向）に沿って配列されている。くさび状をした光導入部１４を有する導光板１３の場合には、図１（Ｂ）に示すように、レンチキュラーレンズ１９の長さ方向に垂直な断面（ｙｚ面と平行な断面）は、レンチキュラーレンズ１９の端に接する接線の角度αが７.５°程度の円弧となっている。また、導光板本体１５の下面には、図２（Ａ）に示すようなプリズム状をした微細な偏向パターン２０が多数凹設されていて、各偏向パターン２０はその長さ方向が光入射端面１６と平行となるように配置されている。
【０００５】
このような面光源装置１１によれば、光入射端面１６から光導入部１４内に入射した光は、光導入部１４の下面と傾斜面１７との間で反射されて導光板本体１５へ導かれる。そして、導光板本体１５へ導かれた光は、導光板３３の下面に設けられた偏向パターン２０で反射して光出射面１８から出射される。このとき光出射面１８から出射する光は、レンチキュラーレンズ１９を透過することによって導光板１３の幅方向へ指向特性を狭められる。なお、出射用の光学パターンを有する面光源装置としては、たとえば特許文献１に記載されたものがある（ただし、光導入部は備えていない）。
【０００６】
しかし、上記のような面光源装置１１における光の挙動を詳細に検討すると、その問題点が明らかとなる。図２（Ａ）は、導光板下面に設けられたプリズム状の偏向パターン２０の斜視図である。図２（Ｂ）は、偏向パターン２０で全反射され、平滑な光出射面１８から出射した光のｚ方向から見た指向特性を示す図である。なお、指向特性図は、光線方向を球面上の点として表したものである。また、指向特性図においては、光線の方向を灰色又は黒色の点で示し、最大強度の光線方向（輝線）を黒色ドットＱで表している（以下の指向特性図においても同様）。
【０００７】
導光板１３の光出射面１８が平滑である場合（レンチキュラーレンズ１９が設けられていない場合）には、図２（Ａ）の偏向パターン２０で反射されて光出射面１８から出射する光の指向特性は、図２（Ｂ）に示すようにｚｘ平面と平行な方向に最大強度Ｑが生じる（すなわち、ｚ方向から見てｘ方向へ光が出射される）。
【０００８】
しかし、図１（Ｂ）のようなレンチキュラーレンズ１９が光出射面１８に設けられている場合には、レンチキュラーレンズ１９を透過して光出射面１８から出射する光の指向特性は図３のようになる。すなわち、ｚ方向から見るとｘ方向に対して斜めに傾いた方向へ光が出射し、ｚｘ面を挟んでｘ方向から傾いた２方向で光強度が最大となる。こうして指向特性は斜め２方向で最大強度Ｑとなって斜め方向に輝線が発生する。従来の面光源装置１１では、このような輝線が原因で、液晶パネルのバックライトとして用いたとき液晶表示装置の画面の見栄えが低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１４２３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的とするところは、光導入部を有する導光板において、出射光学パターンを透過した光の指向特性を、導光板に設けた偏向パターンの指向特性に適合させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る導光板は、端面から入射した光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて入射した光を光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、前記光導入部が、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を有する導光板において、前記導光板本体の前記光出射面には、前記光出射面から出射する光の指向特性を前記導光板本体の幅方向で変化させるための複数の出射光学パターンが形成され、前記出射光学パターンは、それぞれ前記端面に垂直な方向に延びていて、前記光出射面の幅方向に配列され、前記出射光学パターンを透過して出射する光の指向特性が、前記光出射面の反対面で反射して前記光出射面から出射する光の指向特性と同じような特性であることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る導光板にあっては、出射光学パターンを透過して出射する光の指向特性が、光出射面の反対面で反射して光出射面から出射する光の指向特性と同じような特性であるので、出射光学パターンを透過した光による輝線が目立たなくなる。
【００１３】
本発明に係る導光板においては、前記出射光学パターンは、表面が円筒状の曲面によって構成されたものでもよく、断面が台形状のものでもよく、断面が三角形状のものでもよい。
【００１４】
本発明に係る導光板のある実施態様においては、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、幅方向に沿って稜線と谷線が交互に並んだ指向性変換パターン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、指向性変換パターンを設けることにより傾斜面からの光漏れを低減させることができる。
【００１５】
特に、この実施態様においては、前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記端面に対向させて配置される光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分は、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とが、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在していることが好ましい。
【００１６】
さらには、前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において光源中心の両側の領域においてそれぞれ、内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴が望ましい。
【００１７】
さらに、前記端面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることが望ましい。
【００１８】
本発明に係る導光板の別な実施態様においては、前記指向性変換パターンが、山形状又はＶ溝状をしたパターン素子を配列したものであり、前記パターン素子が、前記端面に垂直な方向と平行に延びていてもよい。あるいは、前記パターン素子が、放射状に配列されていてもよい。あるいは、前記パターン素子が、光軸中心の両側でそれぞれ平行に揃い、かつ、前記導光板本体の上面に垂直な方向から見て、光学中心の両側で互いに反対方向へ傾いていてもよい。
【００１９】
本発明に係る面光源装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源とを備えたことを特徴としている。かかる面光源装置にあっては、本発明に係る導光板を用いているので、斜め方向の輝線を抑制することができる。
【００２０】
本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板における前記光導入部の前記端面に光を送り込むための光源と、前記導光板の前記光出射面に対向させて配置した液晶パネルとを備えたことを特徴としている。かかる液晶表示装置にあっては、本発明に係る導光板を用いているので、斜め方向の輝線を抑制することができ、画面の見栄えが向上する。
【００２１】
また、本発明に係る液晶表示装置は、スマートフォンやタブレット型コンピュータ、電子ブックリーダー、電子辞書などのモバイル機器にも用いることができる。
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１（Ａ）は、従来の面光源装置を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の面光源装置において導光板表面に形成されたレンチキュラーレンズの拡大断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、導光板の裏面に形成された偏向パターンの斜視図である。図２（Ｂ）は、偏向パターンで反射されて平滑な光出射面から出射する光の出射指向特性を示すシミュレーション図である。
【図３】図３は、図１（Ａ）に示した面光源装置の導光板表面から出射する光の出射指向特性を示すシミュレーション図である。
【図４】図４（Ａ）は、本発明の実施形態１による面光源装置を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の面光源装置において導光板表面に形成された出射プリズムの拡大断面図である。
【図５】図５は、実施形態１の面光源装置において出射プリズムを透過して導光板表面から出射する光の出射指向特性を示すシミュレーション図である。
【図６】図６（Ａ）は、面光源装置を用いた液晶表示装置を示す概略断面図である。図６（Ｂ）は、光出射面の上に重ねられた２枚のプリズムシートの一部分を示す斜視図である。図６（Ｃ）は、導光板の裏面に設けられた一つの偏向パターンを示す斜視図である。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は、接線角度を１０°から５０°まで変化させたときの出射指向特性を示すシミュレーション図である。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、出射光学パターンの異なる断面形状を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２による面光源装置の一部を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３による面光源装置の斜視図である。
【図１１】図１１は、光源の前方における指向性変換パターンの断面図であり、併せてその一部分を拡大して示す。
【図１２】図１２（Ａ）は、図１１に示す指向性変換パターンの作用説明図である。図１２（Ｂ）は、図１１に示す指向性変換パターンの異なる断面形状を示す概略断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、実施形態３の別な変形例を示す平面図である。図１３（Ｂ）は、実施形態３のさらに別な変形例を示す平面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、単純な導光板の、ｘ方向から見た指向特性図である。図１４（Ｂ）は、傾斜面に指向性変換パターンを形成された導光板の、ｘ方向から見た指向特性図である。
【図１５】図１５は、接線角度が７.５°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。
【図１６】図１６（Ａ）は、接線角度が４０°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。図１６（Ｂ）は、接線角度が５０°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）は、指向特性図とベクトルダイアグラムとの関係を説明する図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施形態４による面光源装置の斜視図である。
【図１９】図１９は、本発明に係るスマートフォンの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（実施形態１）
以下、図４を参照して本発明の実施形態１による面光源装置を説明する。図４（Ａ）は、本発明の実施形態１による面光源装置３１を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、面光源装置３１の導光板表面に形成された出射プリズム４０（出射光学パターン）の拡大断面図である。なお、以下においては光入射端面３６に垂直な方向をｘ方向とし、光出射面３９に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向とする。
【００２６】
面光源装置３１は、光源３２と導光板３３からなる。光源３２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵しており、正面の光出射窓から白色光を出射する。この光源３２は、点光源と呼ばれることがある。
【００２７】
導光板３３は、導光板本体３５の端部に光導入部３４を一体に成形したものである。導光板３３は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、シクロオレフィン系材料、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高屈折率の透明樹脂によって成形されている。
【００２８】
光導入部３４はくさび状をしており、導光板本体側へ向けて次第に厚みが薄くなっている。すなわち、光導入部３４の上面のうち光入射端面側の端部は水平面３７となっており、水平面３７の端から導光板本体３５の端にかけて平滑な傾斜面３８が形成されている。傾斜面３８は、導光板３３の一方側面から他方側面まで帯状に延びており、水平面３７の端から導光板本体３５の端へ向けて下り傾斜している。
【００２９】
導光板本体３５は表面と裏面が平行な平板状をしている。導光板本体３５は、ほぼ均一な厚みを有しており、導光板本体３５の厚みは光導入部３４の最大厚みよりも薄くなっている。導光板本体３５は導光板３３の大部分の面積を占めている。導光板本体３５の上面が光出射面３９となっており、光出射面３９と反対面には、図６（Ｃ）に示すような円錐形状をした微細な偏向パターン４２又は図２に示すようなプリズム状をした微細な偏向パターン２０が多数形成されている。図６（Ｃ）に示すような円錐形状をした偏向パターン４２で反射されて光出射面３９から出射する光の指向特性は、導光板３３の光出射面３９が平滑である場合（出射プリズム４０が設けられていない場合）には、図２（Ｂ）と同じような特性を示し、ｚｘ平面と平行な方向に最大強度Ｑが生じる（すなわち、ｚ方向から見てｘ方向へ光が出射される）。なお、以下においては、偏向パターンは、円錐状の偏向パターン４２として説明するが、プリズム状の偏向パターン２０であってもよい。また、偏向パターン４２、２０に代えて、光源３２から遠くなるに従って次第に薄くなったクサビ状の導光板を用いてもよい。
【００３０】
導光板本体３５の光出射面３９には、出射光学パターン、すなわち光入射端面３６と垂直な方向（ｘ方向）に延びた出射プリズム４０が、導光板本体３５の幅方向（ｙ方向）に沿って配列されている。出射プリズム４０の長さ方向（ｘ方向）に垂直な断面（ｙｚ面と平行な断面）は二等辺三角形状となっており、出射プリズム４０の端に接する接線の角度α（以下、接線角度という。）、すなわち図４（Ｂ）に示す斜辺の角度が４０°以上５０°以下となっている。
【００３１】
また、導光板３３の下面には、導光板３３の下面から漏れた光を反射させて導光板３３内へ戻すための反射シート４１が配置されている。
【００３２】
この面光源装置３１にあっても、図１（Ａ）に示した面光源装置１１と同様な光の挙動を示す。しかし、面光源装置３１では、出射プリズム４０の接線角度αが４０°以上５０°以下となっている。そのため、出射プリズム４０を透過して光出射面３９から出射する光の指向特性は、図５に示すようにｚｘ平面と平行な方向で最大強度Ｑとなる（すなわち、ｚ方向から見てｘ方向へ光が出射される）。よって、光出射面３９に出射プリズム４０を設けてあっても、出射プリズム４０が設けていない場合と同じ方向へ光が出射され、出射光が輝線として認識されなくなる。
【００３３】
図６（Ａ）は、面光源装置３１を用いた液晶表示装置５１を示す概略断面図である。導光板３３の下面には、反射シート４１が配置されている。また、光出射面３９の上面には２枚のプリズムシート５２、５３と拡散シート５４が順次重ねられ、その上に液晶パネル５５が設置されている。プリズムシート５２、５３は、断面三角形状をした微細なプリズムパターンを平行に並べたものであり、図６（Ｂ）に示すようにプリズムシート５２とプリズムシート５３はプリズムパターンの方向が直交するように重ねられる。
【００３４】
偏向パターン４２で全反射されることによりｘ方向へ向けて光出射面３９から出射した光Ｌは、図６（Ａ）に示すように２枚のプリズムシート５２、５３を透過することによって光出射面３９に垂直な方向へ揃えられ、ついで拡散シート５４によって適度の指向角に広げられる。その結果、液晶パネル５５の裏面を垂直方向から照明することができ、液晶パネル５５の正面を中心とする適度な広がりの範囲で液晶パネル５５の画面を明瞭に見ることができるようになる。
【００３５】
出射プリズム４０の表面は傾斜しているので、導光板３３内を導光する光の一部は、偏向パターン４２で全反射されなくても、直接に出射プリズム４０から漏れる。しかし、出射プリズム４０の接線角度が４０°〜５０°であれば、図５のように出射プリズム４０から漏れる光はｘ方向を向いているので、偏向パターン４２で全反射された出射光と同じようにプリズムシート５２、５３によって光出射面３９に垂直な方向の光に変換され、照明用に用いられる。よって、本実施形態の面光源装置３１を用いた液晶表示装置５１によれば画面の見栄えを向上させることができる。
【００３６】
（シミュレーション結果）
図５は、面光源装置３１の光出射面３９から出射する光の出射指向特性をｚ方向から見た様子を示すシミュレーション図である。図５は、出射プリズム４０の接線角度αが５０°の場合である。図５から分かるように、実施形態１の面光源装置３１では、出射プリズム４０を透過して光出射面３９から出射する光は、導光板３３の幅方向に狭められて最大強度の方向Ｑがｘ方向を向いている。したがって、接線角度αが５０°の出射プリズム４０を透過した光の指向特性は、接線角度αが７.５°のレンチキュラーレンズ１９のように（図３参照）斜め２方向に輝線が発生せず、偏向パターン４２で全反射した光の指向特性（図２（Ｂ）参照）と同じような特性を有する。
【００３７】
図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は、それぞれ出射プリズム４０の接線角度αを１０°、２０°、３０°、４０°、５０°と変化させたときの出射指向特性を表わしている。図７（Ａ）−図７（Ｅ）から分かるように、接線角度αが１０°から３０°の場合には、光の出射方向の分布がｘ方向を挟んでくびれており、出射光強度がｘ方向から傾いた斜め２方向に最大光強度Ｑの箇所が生じて輝線が発生している。これに対し、接線角度αが４０°から５０°では、光の出射方向の分布がｘ方向にまとまっており、ｘ方向のみで最大光強度Ｑが生じている。よって、このシミュレーション結果からは、出射プリズム４０の接線角度を４０°以上５０°以下とすれば、偏向パターン４２で全反射した光と同様な指向特性を得られることが分かる。
【００３８】
（出射光学パターンの他の断面形状）
図４（Ｂ）には断面三角形状の出射光学パターン、すなわち出射プリズム４０を示したが、出射光学パターンは図８（Ａ）に示すような接線角度αが４０°以上５０°以下のレンチキュラーレンズ５６であってもよい。また、図８（Ｂ）に示すような接線角度αが４０°以上５０°以下の断面台形状をした出射光学パターン５７でもよく、図８（Ｃ）に示すような接線角度αが４０°以上５０°以下の断面多角形状をした出射光学パターン５８でもよい。なお、断面台形状の出射光学パターン５７では、図８（Ｂ）に破線で示すように平らな面に当たった光は反射される。
【００３９】
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２による面光源装置６１の一部、すなわち光源３２と導光板３３の光入射端面３６の一部を示す概略斜視図である。この面光源装置６１では、光入射端面３６の光源３２と対向する部分に拡散パターン６２を配列している。拡散パターン６２は、たとえば円弧状やプリズム状などの凸部であって、光入射端面３６の上端から下端まで延びている。また、拡散パターン６２は光入射端面３６の幅方向に並んでいる。光入射端面３６に拡散パターン６２を設ければ、光源３２の光が光入射端面３６から導光板３３内に入射する際に光を横方向に広げることができ、導光板３３のコーナー部に光を送ることができる。なお、図９には示していないが、この実施形態でも、光出射面３９には接線角度が４０°以上５０°以下の出射光学パターンが設けられている。
【００４０】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３による面光源装置７１の斜視図である。実施形態３の面光源装置７１では、複数のパターン素子７３からなる指向性変換パターン７２を傾斜面３８に形成している。パターン素子７３は、山形形状又はＶ溝状となっている。
【００４１】
図１１は、面光源装置７１に形成された指向性変換パターン７２の断面形状を示す。すなわち、図１１は、光入射端面３６と平行に切った指向性変換パターン７２の断面のうち、光源３２の前方に位置し、かつ、光源３２と等しい幅（光源幅Ｗ）を持つ領域（つまり、光源中心Ｃから左右両側へＷ／２の領域）内にある部分を示す。ここで、光源中心Ｃとは、光源３２の発光中心を通過し、かつ、導光板３３の光入射端面３６及び光出射面３９に垂直な平面をいう。また、光源幅Ｗとは、光源３２のパッケージの幅をいうものではなく、発光面（光出射窓）の幅をいう。図１１では、指向性変換パターン７２は、光源中心Ｃに関して左右対称な形状を有しているが、かならずしも左右対称である必要はない。
【００４２】
実施形態３の面光源装置７１においては、指向性変換パターン７２は、光入射端面３６と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、左右非対称な形状を有している。光源幅Ｗの外側の領域においても、光源幅Ｗの領域と同様な構造を有していてもよいが、光源３２から離れた領域では、供給される光量や光強度が小さいので、光源幅Ｗの外側では特に指向性変換パターン７２の構造は限定されない。
【００４３】
光入射端面３６と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、指向性変換パターン７２を構成する大部分またはすべてのパターン素子７３は非対称な形状を有している。すなわち、ある稜線（断面の極大点）と当該稜線に隣接する一方の谷線（断面の極小点）とを結ぶパターン斜面７４ａと、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線（断面の極小点）とを結ぶパターン斜面７４ｂが、当該稜線を通り光出射面３９に垂直な直線に関して左右非対称となっている。ただし、一部のパターン素子７３（たとえば、光源中心Ｃの位置にあるパターン素子）は左右対称であってもよい。ここで、パターン斜面７４ａ、７４ｂとは、隣り合った稜線と谷線との間に位置する指向性変換パターン７２の表面である。図１１に示す指向性変換パターン７２では、パターン斜面７４ａ、７４ｂは平面となっているが、曲面や屈曲面などであってもよい。
【００４４】
光源中心Ｃとそこから向かって左側へＷ／２の領域（以下、光源中心Ｃの左側領域という。）においては、導光板３３の内部から外部へ向けて各パターン斜面７４ａ、７４ｂに法線Ｎを立てたとき、法線Ｎが光源中心側へ傾いているパターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２の、幅Ｗ／２の左側領域における合計値）が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面７４ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面７４ａの横幅Ｄ１の、幅Ｗ／２の左側領域における合計値）よりも大きくなっている。
【００４５】
同様に、光源中心Ｃとそこから向かって右側へＷ／２の領域（以下、光源中心Ｃの右側領域という。）においては、導光板３３の内部から外部へ向けて各パターン斜面７４ａ、７４ｂに法線Ｎを立てたとき、法線Ｎが光源中心側に向いて傾いているパターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２の、幅Ｗ／２の右側領域における合計値）が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面７４ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面７４ａの横幅Ｄ１の、幅Ｗ／２の右側領域における合計値）よりも大きくなっている。
【００４６】
このような形態を実現するためには、隣接する２つのパターン斜面７４ａ、７４ｂ（パターン素子）において、法線Ｎが光源中心側へ傾いているパターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面７４ａの横幅Ｄ１よりも大きいか、又は一部において同じであればよい。光源幅Ｗの領域にある少なくとも一部のパターン素子７３が、この条件を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子７３が、この条件を満たしていることが好ましいが、必ずしもすべてのパターン素子７３に要求されるものではない。
【００４７】
実施形態３における指向性変換パターン７２の異なる形態としては、図１２（Ｂ）に示すように、各パターン素子７３の断面が左右対称となっていてもよい。図１２（Ｂ）には、左右対称な断面形状を有するパターン素子７３からなる指向性変換パターン７２における、発光中心３２ａから出射した光の挙動を表している。この場合、発光中心３２ａから出射した光のうち、発光中心３２ａから前方へ向けて出射された光は指向性変換パターン７２で反射されるので、パターン素子７３の傾斜面からは漏れにくい。しかし、パターン素子７３が左右対称な断面形状を有する場合には、発光中心３２ａから斜めに出射される光は、図１２（Ｂ）に破線で示す光Ｌのようにパターン素子７３の斜面から外部へ漏れやすい。すなわち、指向性変換パターン７２に入射する位置が光源中心Ｃから遠くなると、それにつれて光は指向性変換パターン７２の表面に対して次第に垂直に近い角度で入射するようになり、指向性変換パターン７２から漏れやすくなり、光損失が大きくなる。
【００４８】
これに対し、図１１に示す指向性変換パターン７２においては、光源中心Ｃの左右の領域においてそれぞれ、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２の総和が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面７４ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている。特に、多くのパターン素子７３において、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面７４ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面７４ａの横幅Ｄ１よりも大きいか、又は一部のパターン素子で同じになっている。
【００４９】
この結果、図１２（Ａ）に示すように、発光中心３２ａから斜め方向へ出射した光Ｌ１が垂直に近い角度で入射するパターン斜面７４ａの面積が、パターン素子が左右対称な指向性変換パターン（図１２（Ｂ））である場合と比較して狭くなり、パターン斜面７４ａから光が漏れにくくなる。さらに、法線Ｎが光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面７４ａの傾斜角が大きくなるので、指向性変換パターンのパターン素子が左右対称である場合と比較して、パターン斜面７４ａに入射する光Ｌ１の入射角が大きくなり、光Ｌ１がパターン斜面７４ａから漏れにくくなる。この結果、図１２（Ａ）のような非対称な断面形状のパターン素子７３からなる指向性変換パターン７２によれば、図１２（Ｂ）のような対称な断面形状のパターン素子７３からなる指向性変換パターン７２と比較して、指向性変換パターン７２からの光の漏れを抑制することができ、光の利用効率が向上する。
【００５０】
（実施形態３の変形例）
図１１に示した指向性変換パターン７２では、光源中心Ｃの左側領域と右側領域においては、いずれも同じ断面形状のパターン素子を繰り返し配列させているが、各パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離に応じて変化させてもよい。
【００５１】
また、指向性変換パターン７２のパターン斜面７４ａ、７４ｂは必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面であってもよい。
【００５２】
また、図１１に示すパターン素子７３の頂角ωは、各パターン素子７３について一定であることが好ましい。頂角ωを一定にしてあれば、指向性変換パターン７２を成形するための成形金型の加工が容易になるためである。
【００５３】
実施形態３のような断面形状を有する指向性変換パターンについては、国際出願：ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／５６１８２に詳述されている。実施形態３の面光源装置７１においても、当該国際出願に記載されている種々のバリエーションを適用することが可能である。  
【００５４】
図１０に示す面光源装置７１では、パターン素子７３は互いに平行に配列しているが、パターン素子７３は、光入射端面３６に垂直な方向に対して傾けてもよい。たとえば、図１３（Ａ）に示す面光源装置７６では、パターン素子７３を光源中心の左右で互いに反対向きに傾け、パターン素子７３をＶ字状に配列している。図１３（Ｂ）に示す面光源装置７７では、光源中心又は光源中心の近傍の点を中心として、パターン素子７３を放射状に配列している。
【００５５】
（ベクトルダイアグラムによる説明）
つぎに、図１０のように傾斜面３８に指向性変換パターン７２が設けられた面光源装置７１の場合において、出射光学パターンの接線角度が４０°以上５０°以下であれば、出射プリズム４０から漏れる光がｘ方向を向く理由をベクトルダイアグラムを用いて説明する。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、いずれも導光板内における光線方向を示す指向特性図（光線方向を球面Ｒ上の点で表した図）をｘ方向から見た図である。内側の円ｒは、光出射面に出射光学パターンを設けた場合に光出射面から漏れる光の限界を表している（以下、この内側の円を臨界反射角の円ｒという）。すなわち、臨界反射角の円ｒの内側にある光線（つまり、ｘ方向に対して臨界反射角よりも小さな角度の光）は出射光学パターンで全反射されるが、臨界反射角の円ｒの外側にある光（つまり、ｘ方向に対して臨界反射角よりも大きな角度の光）は出射光学パターンから漏れて輝線を生じる。
【００５６】
図１４（Ａ）は、表裏面が平行な薄い直方体状をした導光板（単純な導光板）において、光入射端面から入射した光の指向特性を表している。単純な導光板の場合には、導光板内に入射した光は臨界反射角の円ｒ内にあるので、導光板に出射光学パターンを設けていても出射光学パターンから光漏れを起こさず、輝線を発生させない。
【００５７】
図１４（Ｂ）は、導光板本体３５の端にくさび状をした光導入部３４を設け、光導入部３４の傾斜面３８に指向性変換パターン７２を形成した導光板３３において、光導入部３４を通過して導光板本体３５に導かれた光の指向特性を表している。このような導光板３３の場合には、指向性変換パターン７２で光が全反射されることにより対角方向の領域ｇで光線が臨界反射角の円ｒよりも外に出ているために輝線を生じる。
【００５８】
図１５は、接線角度が７.５°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。図１６（Ａ）は、接線角度が４０°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。図１６（Ｂ）は、接線角度が５０°の出射光学パターンのベクトルダイアグラムである。まず、図１４の指向特性図とベクトルダイアグラムとの関係を説明する。
【００５９】
図１７（Ａ）はｘ方向から見た指向特性図、図１７（Ｂ）はｚ方向から見た指向特性図、図１７（Ｃ）はｙ方向から見た指向特性図である。ここで球面Ｒの表面に描いた破線の円が臨界反射角の円ｒである。また、球面Ｒの内部にある同心の小さな球面ｓは、半径が球面Ｒの１／ｎ倍（ｎは導光板の屈折率）の球面である。たとえば、導光板の屈折率ｎが１．５９であるとすれば、球面Ｒの半径が１．５９、球面ｓの半径が１となる。そして、ベクトルダイアグラムとは、図１７（Ａ）の指向特性図を臨界反射角の円ｒを通る平面でカットした切り口である。すなわち、図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）から得られるベクトルダイアグラムは、図１７（Ｄ）のようになる。また、ベクトルダイアグラムにおいては、臨界反射角の円ｒの外部に出ている領域、すなわち出射光学パターンから外へ光が漏れる領域が外側の円Ｒ（ｒ）の上に示される。たとえば、傾斜面に指向性変換パターンが設けられた導光板の場合には、図１４（Ｂ）に示すように対角方向で光が漏れるので、ベクトルダイアグラムの外側の円Ｒ（ｒ）の上に図１７（Ｄ）のように太線で領域ｇが示される。
【００６０】
こうしてベクトルダイアグラムで示すと、出射光学パターンを透過して外部へ出射される光線の方向は内側の円ｓの上の領域で表される。たとえば、接線角度が７.５°の出射光学パターンを透過する場合には、外側の円Ｒ（ｒ）の上の領域Ｄ１の光は、図１５に示すように内側の円ｓの上の領域Ｄ２へ移動する。この結果、出射光学パターンを透過する光が分離してｘ方向から傾いた方向へ出射される。よって、出射光学パターンから出射した光の指向特性は図３のようになる。
【００６１】
これに対し、接線角度が４０°の出射光学パターンを透過する場合には、接線角度が７.５°の出射光学パターンを透過する場合よりも光の屈折度合いが大きくなるので、外側の円Ｒ（ｒ）の上の領域Ｄ１の光は、図１６（Ａ）に示すように内側の円ｓの上の領域Ｄ２へ移動する。つまり、左右に分離していた領域Ｄ２がくっついて一つになる。この結果、出射光学パターンを透過する光はｘ方向へ出射される。
【００６２】
また、接線角度が５０°の出射光学パターンを透過する場合には、外側の円Ｒ（ｒ）の上の領域Ｄ１の光は、図１６（Ｂ）に示すように内側の円ｓの上の領域Ｄ２へ移動する。つまり、左右の領域Ｄ２が重なり合って一つになる。この結果、出射光学パターンを透過する光はｘ方向へ出射される。よって、出射光学パターンから出射した光の指向特性は図５のようになる。よって、出射光学パターンの接線角度αを４０°以上５０°以下とすればよいことになる。ただし、指向性変換パターン７２及び拡散パターン６２の形状は、光源の種類などによって適宜最適に設計されるので、導光板本体３５に導かれた光の指向特性は設計形状によって一定の幅を持つことになる。したがって、前記接線角度αは４０°以下又は５０°以上となりうることもある。
【００６３】
（実施形態４）
図１８は、本発明の実施形態４による面光源装置８１を示す斜視図である。この面光源装置８１では、１枚の導光板３３に対して複数個の光源３２が用いられている。すなわち、導光板３３の光入射端面３６に対向させて、複数個の光源３２が一定ピッチ毎に配置されている。また、導光板本体３５の光出射面３９には出射プリズム４０などの出射光学パターンを形成している。実施形態４によれば、大面積の照明領域を有する面光源装置を作製することができる。なお、面光源装置８１の基本となる導光板構造は、上記各実施形態のいずれの導光板であってもよい。
【００６４】
（実施形態５）
図１９は、本発明の面光源装置又は液晶表示装置を用いたモバイル機器、すなわちスマートフォン９１の平面図であって、正面にはタッチパネル付き液晶表示装置９２を備えている。このようなスマートフォン９１に本発明の面光源装置を用いれば、目玉状の発光や輝線が生じにくくなるので、表示画面の品位が向上する。また、本発明の面光源装置はスマートフォンなどの携帯電話以外にも、タブレット型コンピュータ、電子辞書、電子ブックリーダーなどのモバイル機器にも適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
３１、６１、７１、７６、７７、８１      面光源装置
３２      光源
３３      導光板
３４      光導入部
３５      導光板本体
３６      光入射端面
３８      傾斜面
３９      光出射面
４０      出射プリズム
４２      偏向パターン
５１      液晶表示装置
５６      レンチキュラーレンズ
５７、５８      出射光学パターン
６２      拡散パターン
７２      指向性変換パターン
７３      パターン素子
９１      スマートフォン
【図１】
2014130748.tif 000003
【図２】
2014130748.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2014130748.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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