(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導入する光入射端面と、
面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、
前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、
前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第１の箇所と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第１の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第２の箇所と、
前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第１の箇所と前記第２の箇所との間に設けられた第１の傾斜面と、
前記第１の傾斜面と同じ側の面において、前記第２の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第１のパターン要素と、
前記第１の傾斜面に形成された複数の第２のパターン要素とを備え、
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第１のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第１のパターン要素又は隣接する前記第１のパターン要素の間の稜線と前記第２のパターン要素又は隣接する前記第２のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、
前記導光板本体の側面から見たとき、前記第１のパターン要素の稜線が前記第２の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第１のパターン要素又は前記第１のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、
前記第１のパターン要素の配列されているピッチは、前記第２のパターン要素の配列されているピッチの半分であることを特徴とする導光板。
【請求項２】
光を導入する光入射端面と、
面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、
前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、
前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第１の箇所と、
前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第１の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第２の箇所と、
前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第１の箇所と前記第２の箇所との間に設けられた第１の傾斜面と、
前記第１の傾斜面と同じ側の面において、前記第２の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第１のパターン要素と、
前記第１の傾斜面に形成された複数の第２のパターン要素とを備え、
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第１のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第１のパターン要素又は隣接する前記第１のパターン要素の間の稜線と前記第２のパターン要素又は隣接する前記第２のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、
前記導光板本体の側面から見たとき、前記第１のパターン要素の稜線が前記第２の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第１のパターン要素又は前記第１のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、
前記第１のパターン要素の配列されているピッチと前記第２のパターン要素の配列されているピッチが異なり、
前記第１のパターン要素又は隣接する前記第１のパターン要素の間の稜線と前記第２のパターン要素又は隣接する前記第２のパターン要素の間の稜線とが周期的に一直線状に並ぶことを特徴とする導光板。
【請求項３】
前記第１のパターン要素又は前記第１のパターン要素の間の稜線の平均傾斜角は、３.５°以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項４】
前記導光板本体の表面を基準として、前記第２の箇所の高さが、前記第１の箇所の高さの３分の１以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項５】
前記第１の傾斜面と同じ側の面には、前記第２の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜した第２の傾斜面が設けられ、
前記第２の傾斜面は、前記第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角を有し、
複数の前記第１のパターン要素は前記第２の傾斜面に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項６】
前記第２の傾斜面の平均傾斜角は、３.５°以下であることを特徴とする、請求項５に記載の導光板。
【請求項７】
前記第２の傾斜面の高低差は、前記光導入部の最も厚みの大きな箇所の表面と前記光導入部の最も厚みの小さな箇所の表面との間の高低差の３分の１以下であることを特徴とする、請求項５に記載の導光板。
【請求項８】
前記第１のパターン要素のうち少なくとも一部のパターン要素は、前記光入射端面と平行な断面が非対称形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項９】
前記第１のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも２つの斜面からなり、前記第１のパターン要素は、前記第２の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、
前記第１のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第１のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記中心線と反対側に向いて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５に記載の導光板。
【請求項１０】
前記第１のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも２つの斜面からなり、前記第１のパターン要素は、前記第２の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、
前記第１のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第１のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも大きいことを特徴とする、請求項５に記載の導光板。
【請求項１１】
前記光入射端面の中央を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を境にする両側の領域のそれぞれにおいて、前記中心線と側面との間の領域を前記中心線と平行で、前記中心線と前記側面から等距離に位置する分割線によって分割したとき、前記中心線と前記分割線との間の領域に含まれる前記第１のパターン要素が形成されている領域の合計面積が、前記分割線と前記側面との間の領域に含まれる前記第１のパターン要素が形成されている領域の合計面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項１２】
前記中心線を含む領域には、前記第１のパターン要素を設けないことを特徴とする、請求項１１に記載の導光板。
【請求項１３】
前記中心線の両側に位置する２本の分割線により挟まれた領域には、前記第１のパターン要素を設けないことを特徴とする、請求項１１に記載の導光板。
【請求項１４】
前記第１のパターン要素は、Ｖ溝状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項１５】
隣接する前記第１のパターン要素の間の頂角が９０°以上１７０°以下であることを特徴とする、請求項１４に記載の導光板。
【請求項１６】
前記第１のパターン要素は、Ｖ溝状であり、
前記第２のパターン要素は、Ｖ溝状であり、
隣接する前記第１のパターン要素の間の頂角が、隣接する前記第２のパターン要素の間の頂角に等しいか、又はそれよりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項１７】
前記光出射面に、複数のレンチキュラーレンズ形状を備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の導光板。
【請求項１８】
複数の前記レンチキュラーレンズの端部と複数の前記第１のパターン要素の端部とが、相貫していることを特徴とする、請求項１７に記載の導光板。
【請求項１９】
請求項１又は２に記載した導光板と、前記導光板の光入射端面に対向させて配置した光源とを備えたことを特徴とする面光源装置。
【請求項２０】
前記光入射端面に対向する位置に複数個の前記光源が配置され、
前記光源の配置されている間隔をＰ、前記導光板の屈折率をｎとすると、複数の前記第１のパターン要素は、前記光源の正面からの距離が、
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
以下の領域に存在していることを特徴とする、請求項１９に記載の面光源装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載した面光源装置と、液晶パネルとを備えた液晶表示装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載した液晶表示装置を備えた電子機器。
【請求項２３】
請求項２１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、光源から出射した光を面状に広げて光出射面から出射させるための導光板及び面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（第１の従来例）
図１は、特許文献１に開示された面光源装置を示す斜視図である。図１の面光源装置１１では、導光板１３はくさび状をした光導入部１４と平板状をした導光板本体１５とが一体に形成されている。光導入部１４の光入射端面１６には光源１２が対向している。光導入部１４の上面には傾斜面１７が形成されている。導光板本体１５の上面には、光出射面１９が形成されている。
【０００３】
光導入部１４の上面、すなわち傾斜面１７には、反射する光の指向性を横方向に広げるための光拡散パターン１８が設けられている。導光板本体１５の光出射面１９にはレンチキュラーレンズ２０が形成されている。また、導光板本体１５の端部、すなわち光出射面１９と傾斜面１７に挟まれた領域には、指向性変換パターン２１を設けるとともに、光源１２の前方にはパターンのない領域２２を設けている。指向性変換パターン２１は、Ｖ溝状をした複数のパターン素子を放射状に配列したものである。
【０００４】
この面光源装置１１によれば、図１に矢印で示すように、光入射端面１６から光導入部１４内に入射した光源１２の光は、光導入部１４の上面又は下面で反射されて厚みの薄い導光板本体１５へ導びかれると同時に、光拡散パターン１８によって光導入部１４の幅方向へ指向性を広げられる。導光板本体１５へ導入された光は、指向性変換パターン２１、レンチキュラーレンズ２０および導光板本体１５の下面で反射しながら導光板本体１５内を導光する。このとき、指向性変換パターン２１に入射した光は、図１に示すように、指向性変換パターン２１で反射することによってさらに幅方向外側へ曲げられ、導光板１３の幅方向へ広げられる。指向性変換パターン２１によって外側へ曲げられた光の一部は、導光板１３の側面で反射されて導光板１３の中央部へ戻される。こうして導光板本体１５の全体に広げられた光は、レンチキュラーレンズ２０で指向特性を広げられながら光出射面１９からほぼ均一に出射される。
【０００５】
しかしながら、このような面光源装置１１では、光源１２の幅方向での位置ずれにより輝度ムラが生じやすく、ロバスト性が低かった。図３（Ａ）は、光源１２が光入射端面１６の中央に位置しているときの導光板１３の輝度分布をシミュレーションにより描いたものである。図３（Ｂ）は、光源１２が光入射端面１６の中央から０.１ｍｍだけ幅方向にずれたときの輝度分布をシミュレーションにより描いたものである。図３（Ｃ）は、光源１２が光入射端面１６の中央から０.２ｍｍだけ幅方向にずれたときの輝度分布をシミュレーションにより描いたものである。このシミュレーションにおいては、指向性変換パターン２１のピッチを約０.０２５ｍｍとしている。
【０００６】
図３（Ａ）の場合には、輝度分布は導光板１３の中央（光源の光軸）に関してその両側で対称となっている。これに対し、図３（Ｂ）の場合には、輝度分布が少し非対称になっており、図３（Ｃ）では輝度分布の非対称がより顕著になっている。この結果、光源の位置ずれによって輝度分布の均一性が損なわれやすく、面光源装置に輝度ムラが生じやすかった。
【０００７】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、光源１２の位置ずれによって上記のような輝度分布の非対称が生じる理由を説明している。面光源装置１１では、指向性変換パターン２１が放射状に形成されているので、光源１２の位置が指向性変換パターン２１の中央に一致している場合には、図２（Ａ）に示すように対称な方向へ光が反射される。しかし、光源１２の位置が指向性変換パターン２１の中央からずれた場合には、図２（Ｂ）に示すように指向性変換パターン２１で反射された光の方向が非対称となり、しかも、反射した光の方向が図２（Ａ）の方向から大きく変化する。そのため、導光板本体１５内における導光方向が図３（Ｃ）に示す矢印のように曲がり、輝度分布が非対称になるのである。
【０００８】
（第２の従来例）
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、非特許文献１に開示された導光板の一部を示す斜視図である。この導光板２６では、光導入部１４の上面に形成された傾斜面１７に、２種のパターン２７、２８を設けている。一方のパターン２７は、光入射端面１６から延びた比較的短いパターンであり、他方のパターン２８は、光入射端面１６から延びた比較的長いパターンである。パターン２７とパターン２８は交互に並べられており、パターン２８の稜線の傾斜角はパターン２７の稜線の傾斜角よりも小さい。
【０００９】
図５は、導光板２６を用いた面光源装置における光出射領域での輝度分布をシミュレーションにより描いたものである。図４のような構造の導光板２６では、光入射端面１６から光出射面１９の端までの距離Ｄが短い場合（シミュレーションでは、Ｄ＝２.５ｍｍとしている。）には、図５に示すように、光出射面１９の端部において光源１２の正面に輝度の高い領域が発生し、輝度分布が不均一になる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−１４６５３５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】"The Design of Efficiency Light-Guide Plate with Multi Steps Wedge Structure", Yi Wen Chang (Auto Technology Center, AU Optonics Corporation), IDW'13 FMCp-21, p.634-636
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記の課題に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、光出射面における輝度分布の均一性を向上させることができ、特に光源の位置ずれによって輝度分布の均一性が損なわれにくい導光板と面光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る第１の導光板は、光を導入する光入射端面と、面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第１の箇所と、前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第１の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第２の箇所と、前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第１の箇所と前記第２の箇所との間に設けられた第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面と同じ側の面において、前記第２の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第１のパターン要素と、前記第１の傾斜面に形成された複数の第２のパターン要素とを備え、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第１のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第１のパターン要素又は隣接する前記第１のパターン要素の間の稜線と前記第２のパターン要素又は隣接する前記第２のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、前記導光板本体の側面から見たとき、前記第１のパターン要素の稜線が前記第２の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第１のパターン要素又は前記第１のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、前記第１のパターン要素の配列されているピッチは、前記第２のパターン要素の配列されているピッチの半分であることを特徴としている。
また、本発明に係る第２の導光板は、光を導入する光入射端面と、面状に広げた光を外部へ出射する光出射面と、前記光出射面を有する平板状の導光板本体と、前記光入射端面を有し、前記導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部と、前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する前記光導入部の第１の箇所と、前記導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有するとともに前記第１の箇所よりも前記導光板本体の近くに位置する前記光導入部の第２の箇所と、前記光導入部の光出射側の面とその反対側の面のうち少なくとも一方の面において、前記第１の箇所と前記第２の箇所との間に設けられた第１の傾斜面と、前記第１の傾斜面と同じ側の面において、前記第２の箇所と前記導光板本体の端部との間に設けられた複数の第１のパターン要素と、前記第１の傾斜面に形成された複数の第２のパターン要素とを備え、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記第１のパターン要素は前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延び、かつ、前記第１のパターン要素又は隣接する前記第１のパターン要素の間の稜線と前記第２のパターン要素又は隣接する前記第２のパターン要素の間の稜線とが平行な方向に延びており、前記導光板本体の側面から見たとき、前記第１のパターン要素の稜線が前記第２の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜し、かつ、前記第１のパターン要素又は前記第１のパターン要素の間の稜線がそれぞれ前記第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜し、前記第１のパターン要素の配列されているピッチと前記第２のパターン要素の配列されているピッチが異なり、前記第１のパターン要素又は隣接する前記第１のパターン要素の間の稜線と前記第２のパターン要素又は隣接する前記第２のパターン要素の間の稜線とが周期的に一直線状に並ぶことを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る第１及び第２の導光板にあっては、導光板本体の厚みよりも大きな最大厚みを有する光導入部を備え、光導入部には導光板本体の厚みよりも大きな厚みを有する第１の箇所から導光板本体の表面に向けて傾斜した第１の傾斜面が設けられているので、光源の光を効率よく光導入部へ取り込むことができ、光導入部へ取り込んだ光を光導入部よりも薄い導光板本体へ導くことができる。この結果、光利用効率を下げることなく輝度分布の均一化を図ることができる。さらに、この導光板は、第１の傾斜面よりも導光板本体に近い箇所から始まる複数の第１のパターン要素を備えており、第１のパターン要素は、光出射面に垂直な方向から見たとき前記光入射端面に垂直な方向に対してそれぞれ平行に延びていて、導光板本体の側面から見たとき、第１のパターン要素の稜線が第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角で傾斜しているので、光入射端面に対向させて配置された光源の位置が光入射端面の幅方向にずれても、第１のパターン（第１のパターン要素の集合）で反射された光の方向が変化しにくくなる。その結果、光源の位置ずれによる輝度ムラの発生を抑制することができる。また、光源と光出射面との距離が短い場合にも、輝度ムラを小さくできる。
また、本発明に係る第１及び第２の導光板にあっては、第１の傾斜面に複数の第２のパターン要素が形成されているので、第１の傾斜面にも第２のパターン要素を設けることで導光板の光学的特性を改善することができる。
また、本発明に係る第１及び第２の導光板にあっては、導光板本体の表面に垂直な方向から見たとき、第１のパターン要素又は隣接する第１のパターン要素の間の稜線と第２のパターン要素又は隣接する第２のパターン要素の間の稜線とが一直線状に並んでいるものを含むので、第１及び第２のパターンの製作が容易になる。
さらに、本発明に係る第１の導光板にあっては、第１のパターン要素の配列されているピッチが、第２のパターン要素の配列されているピッチの半分（１／２倍）であるので、何本かおきに第１のパターン要素又は隣接する第１のパターン要素の間の稜線と第２のパターン要素又は隣接する第２のパターン要素の間の稜線とが一致することになる。
また、本発明に係る第２の導光板にあっては、第１のパターン要素の配列されているピッチと第２のパターン要素の配列されているピッチが異なり、第１のパターン要素又は隣接する第１のパターン要素の間の稜線と第２のパターン要素又は隣接する第２のパターン要素の間の稜線とが周期的に一直線状に並んでいるので、何本かおきに第１のパターン要素又は隣接する第１のパターン要素の間の稜線と第２のパターン要素又は隣接する第２のパターン要素の間の稜線とが一致することになる。
【００１５】
本発明に係る第１又は第２のの導光板のある実施態様は、前記第１のパターン要素又は前記第１のパターン要素の間の稜線の平均傾斜角が、３.５°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、ホットスポット量を１に近づけることができ、導光板の輝度ムラを改善できる。
【００１６】
本発明に係る第１又は第２の導光板の別な実施態様は、前記導光板本体の表面を基準として、前記第２の箇所の高さが、前記第１の箇所の高さの３分の１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、ホットスポット量を１に近づけることができ、導光板の輝度ムラを改善できる。
【００１７】
本発明に係る第１又は第２の導光板のさらに別な実施態様は、前記第１の傾斜面と同じ側の面には、前記第２の箇所から前記導光板本体の表面に向けて傾斜した第２の傾斜面が設けられ、前記第２の傾斜面は、前記第１の傾斜面の最大傾斜角よりも小さな平均傾斜角を有し、複数の前記第１のパターン要素は前記第２の傾斜面に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、第１のパターンの凹凸を小さくすることができるので、第１のパターンの製作が容易になる。
また、この実施態様においては、前記第１のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも２つの斜面からなり、前記第１のパターン要素は、前記第２の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、前記第１のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第１のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことが望ましい。このような態様によれば、指向性変換パターンからの光の漏れを少なくできるとともに、指向性変換パターンで反射された光の指向特性を効率よく幅方向外側へ曲げることができる。
さらに、この実施態様においては、前記第１のパターン要素は、傾き方向が異なる少なくとも２つの斜面からなり、前記第１のパターン要素は、前記第２の傾斜面上に幅方向に沿って複数配列され、前記第１のパターン要素の前記光入射端面に平行な断面において、前記第１のパターン要素の各斜面に内部から外部へ向けて法線を立てたとき、前記光入射端面の中心を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を挟む両側の領域においてそれぞれ、前記法線が前記中心線と反対側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、前記法線が前記中心線側に向いて傾いている斜面に属する法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも大きいことが望ましい。このような態様によれば、指向性変換パターンからの光の漏れを少なくできるとともに、指向性変換パターンで反射された光の指向特性を効率よく幅方向外側へ曲げることができる。
【００１８】
また、この実施態様においては、前記第２の傾斜面の平均傾斜角が、３.５°以下であることが望ましい。かかる実施態様によれば、ホットスポット量を１に近づけることができ、導光板の輝度ムラを改善できる。
【００１９】
さらに、この実施態様においては、前記第２の傾斜面の高低差が、前記光導入部の最も厚みの大きな箇所の表面と前記光導入部の最も厚みの小さな箇所の表面との間の高低差の３分の１以下であることが望ましい。かかる実施態様によれば、ホットスポット量を１に近づけることができ、導光板の輝度ムラを改善できる。
【００２１】
本発明に係る第１又は第２の導光板のさらに別な実施態様は、前記第１のパターン要素のうち少なくとも一部のパターン要素は、前記光入射端面と平行な断面が非対称形状であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、第１のパターンで反射された光の進む方向を非対称に制御することができる。
【００２４】
本発明に係る第１又は第２の導光板のさらに別な実施態様は、前記光入射端面の中央を通過し前記光入射端面に垂直な中心線を境にする両側の領域のそれぞれにおいて、前記中心線と側面との間の領域を前記中心線と平行で、前記中心線と前記側面から等距離に位置する分割線によって分割したとき、前記中心線と前記分割線との間の領域に含まれる前記第１のパターン要素が形成されている領域の合計面積が、前記分割線と前記側面との間の領域に含まれる前記第１のパターン要素が形成されている領域の合計面積よりも小さい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からの光の漏れを少なくできるとともに、指向性変換パターンで反射された光の指向特性を効率よく幅方向外側へ曲げることができる。
【００２５】
上記実施形態においては、前記中心線を含む領域に、前記第１のパターン要素を設けなくてもよい。また、前記中心線の両側に位置する２本の分割線により挟まれた領域に、前記第１のパターン要素を設けなくてもよい。
【００２６】
本発明に係る第１又は第２の導光板のさらに別な実施態様は、前記第１のパターン要素が、Ｖ溝状であることを特徴としている。第１のパターン要素をＶ溝状のパターンにすれば、設計や製作が容易になる。
【００２７】
また、この実施態様においては、隣接する前記第１のパターン要素の間の頂角が９０°以上１７０°以下であることが望ましい。かかる実施態様によれば、ホットスポット量を１に近づけることができ、導光板の輝度ムラを改善できる。
【００２８】
本発明に係る第１又は第２の導光板のさらに別な実施態様は、前記第１のパターン要素が、Ｖ溝状であり、前記第２のパターン要素が、Ｖ溝状であり、隣接する前記第１のパターン要素の間の頂角が、隣接する前記第２のパターン要素の間の頂角に等しいか、又はそれよりも大きいことが望ましい。
【００３１】
本発明に係る第１又は第２の導光板のさらに別な実施態様は、前記光出射面に、複数のレンチキュラーレンズ形状を備えていることを特徴としている。レンチキュラーレンズを設けていると、光出射面から出射される光の指向特性をレンチキュラーレンズの幅方向へ広げることができる。
【００３２】
また、この実施態様においては、複数の前記レンチキュラーレンズの端部と複数の前記第１のパターン要素の端部とが、相貫していることが望ましい。
【００３３】
本発明に係る面光源装置は、本発明に係る第１又は第２の導光板と、前記導光板の光入射端面に対向させて配置した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よれば、液晶表示装置の高輝度・薄型化を図ることができるとともに、画面の明るさを均一にすることができる。
【００３４】
本発明に係る面光源装置のある実施態様においては、前記光入射端面に対向する位置に複数個の前記光源が配置され、前記光源の配置されている間隔をＰ、前記導光板の屈折率をｎとすると、複数の前記第１のパターン要素は、前記光源の正面からの距離が、
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
以下の領域に存在していることが望ましい。指向性変換パターンの形成されている領域が、光源の光出射側端面からＰ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕よりも遠くまで延びると、ある光源から出た光が隣の光源の前方の領域に入って光の利用効率が却って悪くなるためである。
【００３５】
本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係る面光源装置と、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よれば、液晶表示装置の高輝度・薄型化を図ることができるとともに、画面の明るさを均一にすることができる。
【００３６】
また、本発明に係る液晶表示装置は、モバイル機器や電子機器に用いることができる。
【００３７】
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】
【００３８】
【図１】図１は、従来例の面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、図１の面光源装置の問題点を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）は、図１の面光源装置において、光源の位置がずれたときの光出射面の輝度分布の変化を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は、別な従来例の導光板の一部を示す斜視図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示す導光板の平面図である。
【図５】図５は、図４の導光板を用いた面光源装置の輝度分布を示す図である。
【図６】図６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７】図７（Ａ）は、図６に示す面光源装置の断面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＸ部拡大図である。
【図８】図８は、実施形態１の面光源装置の輝度分布を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は、光源が光出射端面の中央に位置するときの光の挙動を示す概略図である。図９（Ｂ）は、光源が光出射端面の中央からずれているときの光の挙動を示す概略図である。
【図１０】図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）は、図６の面光源装置において、光源の位置がずれたときの光出射面の輝度分布の変化を示す図である。
【図１１】図１１は、第２の傾斜面の傾斜角とホットスポット量との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ホットスポット量を評価するための評価領域を示す図である。
【図１３】図１３は、指向性変換パターンの頂角とホットスポット量との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、光拡散パターンの頂角と、比較例の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明に実施形態２による面光源装置を示す平面図である。
【図１６】図１６は、光入射端面と平行な断面における指向性変換パターンの形状と、その一部を拡大して示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す指向性変換パターンの作用説明図である。
【図１８】図１８は、外向き法線又は内向き法線の斜面の横幅の総和と、外向き法線又は内向き法線の斜面の平均角度の求め方を説明する図である。
【図１９】図１９は、指向性変換パターンの端部とレンチキュラーレンズの端部の重なり具合を示す概略図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、図１５に示す面光源装置に用いられる導光板の斜視図である。図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示す導光板から各種光学パターンを除いた状態の斜視図である。
【図２１】図２１（Ａ）は、同一断面形状で並んだ指向性変換パターンを示す断面図である。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）の指向性変換パターンとレンチキュラーレンズとの境界部分を示す平面図である。
【図２２】図２２（Ａ）は、徐々に回転しながら配列された指向性変換パターンを示す断面図である。図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）の指向性変換パターンとレンチキュラーレンズとの境界部分を示す平面図である。
【図２３】図２３は、光源側の領域に含まれる指向性変換パターンの全面積と側面側の領域に含まれる指向性変換パターンの全面積を示す図である。
【図２４】図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、指向性変換パターンと光拡散パターンのピッチの関係を説明する平面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施形態３による面光源装置を示す平面図である。
【図２６】図２６は、複数個の光源を備えた本発明の実施形態４による面光源装置を示す平面図である。
【図２７】図２７（Ａ）−図２７（Ｅ）は、指向性変換パターンの種々の断面形状を示す概略図である。
【図２８】図２８（Ａ）及び図２８（Ｂ）は、光出射面の異なる処理方法を説明するための図である。
【図２９】図２９は、異なる形態の導光板を示す斜視図である。
【図３０】図３０（Ａ）−図３０（Ｃ）は、光導入部の種々の変形例を示す概略図である。
【図３１】図３１（Ａ）−図３１（Ｃ）は、光導入部のさらに別な変形例を示す概略図である。
【図３２】図３２は、本発明に係るさらに別な実施形態の面光源装置を示す一部破断した平面図である。
【図３３】図３３は、本発明に係るさらに別な実施形態の面光源装置を示す一部破断した平面図である。
【図３４】図３４は、本発明に係る液晶表示装置の概略断面図である。
【図３５】図３５は、本発明に係るモバイル機器の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
（実施形態１）
以下、図６、図７を参照して本発明の実施形態による面光源装置３１の構造を説明する。図６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７（Ａ）は、面光源装置３１の断面図であって、導光板３３の光入射端面３８及び光出射面３９に垂直な面内における光の挙動を表している。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＸ部を拡大して示す。
【００４１】
面光源装置３１は、光源３２と導光板３３とからなる。光源３２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵したものであって白色発光する。図７（Ａ）に示すように、ＬＥＤ４１は透明な封止樹脂４２内に封止され、さらに封止樹脂４２は正面を除いて白色樹脂４３によって覆われており、封止樹脂４２の白色樹脂４３から露出している正面が光出射窓４４（発光面）となっている。この光源３２は、導光板３３の幅に比べて小さな幅を有しており、冷陰極管が線状光源と呼ばれるのに対して点光源と呼ばれることがある。
【００４２】
導光板３３は、厚みの薄い平板状をした導光板本体３４と、略くさび状をした光導入部３５とからなる。光導入部３５は、導光板本体３４と連続するようにして、導光板本体３４の端に設けられている。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一体成形される。
【００４３】
光導入部３５は、導光板３３のうちで厚みの厚い略くさび状をした部分であって、その端面が光入射端面３８となっている。光源３２の光出射窓４４は、光入射端面３８の一部（幅方向中央部）に対向している。光導入部３５の端面（光入射端面３８）の高さＴは光出射窓４４の高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており、そのため光源３２から出射された光は効率よく光入射端面３８から光導入部３５内に入射し、面光源装置３１の光利用効率が高くなる。
【００４４】
光導入部３５の上面（導光板本体３４の光出射面３９と同じ側の面）は、光入射端面３８に近い順に、水平面３７ａ、第１の傾斜面３７ｂ及び第２の傾斜面３７ｃとなっている。水平面３７ａは、光導入部３５の下面と平行な面であって、光入射端面３８の上端から第１の箇所Ｐ１まで延びている。第１の箇所は、光導入部３５おける導光板本体３４の厚みよりも厚みの大きな任意の箇所である。第１の傾斜面３７ｂは、光導入部３５における第１の箇所Ｐ１から第２の箇所Ｐ２まで傾斜している。第２の箇所Ｐ２は、光導入部３５における導光板本体３４の厚みよりも厚みの大きな箇所であって、第１の箇所Ｐ１よりも導光板本体３４に近い箇所である。第２の傾斜面３７ｃは、光導入部３５における第２の箇所Ｐ２から導光板本体３４の端まで傾斜している。水平面３７ａは比較的短い領域であり、省略しても差し支えない。第２の傾斜面３７ｃの長さ（第２の箇所と導光板本体３４の端の間の水平距離）は、第１の傾斜面３７ｂの長さ（第１の箇所Ｐ１と第２の箇所との間の水平距離）よりも短い。また、図７（Ｂ）に示すように、第２の傾斜面３７ｃの傾斜角（一般的には、平均傾斜角）αは、第１の傾斜面３７ｂの最大傾斜角βよりも小さい。すなわち、第２の傾斜面３７ｃは緩やかに傾斜している。
【００４５】
水平面３７ａ及び第１の傾斜面３７ｂには、複数の第２のパターン要素、すなわち複数の光拡散パターン４０ｂが形成されている。光拡散パターン４０ｂは、第１の傾斜面３７ｂの傾斜方向に延びたパターンであって、光導入部３５の幅方向に沿って平行に並んでいる。光拡散パターン４０ｂは、光入射端面３８と平行な断面が左右対称な断面形状を有するＶ溝状のパターンである。なお、光拡散パターン４０ｂは、レンチキュラーレンズ状のパターンやランダムな形状のパターンなどであっても差し支えない。
【００４６】
第２の傾斜面３７ｃには、複数の第１のパターン要素、すなわち複数の指向性変換パターン４０ａが形成されている。指向性変換パターン４０ａは、第２の傾斜面３７ｃの傾斜方向に延びたパターンであって、光導入部３５の幅方向に沿って平行に並んでいる。指向性変換パターン４０ａは、光入射端面３８と平行な断面が左右対称な断面形状を有するＶ溝状のパターンである。
【００４７】
指向性変換パターン４０ａと光拡散パターン４０ｂが同じ形状のパターン、例えばいずれもＶ溝状のパターンである場合には、指向性変換パターン４０ａの配列ピッチと光拡散パターン４０ｂの配列ピッチを同じにし、上方から見たとき指向性変換パターン４０ａと光拡散パターン４０ｂ（特に、両Ｖ溝の稜線）が直線状に並ぶようにすることが望ましい。指向性変換パターン４０ａと光拡散パターン４０ｂが直線上に並ぶようにすることにより、光導入部３５におけるパターンの製作が容易になる。
【００４８】
導光板本体３４は導光板３３の大部分の面積を占めており、その厚みｔは光導入部３５の最大厚みＴよりも薄くなっており、それによって導光板３３の薄型化が図られる。導光板本体３４は表裏面が平行な平板状をしており、導光板本体３４の厚みはほぼ均一となっている。導光板本体３４の上面は光出射面３９となっており、光出射面３９にはレンチキュラーレンズ３６が形成されている。レンチキュラーレンズ３６は、導光板本体３４の長さ方向と平行に延びた凸レンズが幅方向に沿って平行に並んだものである。レンチキュラーレンズ３６は、光出射面３９から出射する光の指向特性を横方向に広げる働きをする。また、導光板本体３４の下面には光出射手段４５を備えている。図７（Ａ）では光出射手段４５として三角溝状のパターンを示しているが、サンドブラスト加工、拡散インクを写真印刷したもの、回折格子パターン、任意の凹凸パターンでもよい。光出射手段４５は、導光板本体３４の光出射面３９に設けていてもよく、あるいは光出射面３９とその反対面の双方に設けていてもよい。
【００４９】
なお、図面においては、図示の都合上、指向性変換パターン４０ａ、光拡散パターン４０ｂ及びレンチキュラーレンズ３６その他の光学パターンを大きく描いているが、これらは実際には、ミクロンオーダーの微細なパターンである。
【００５０】
この実施形態における寸法例を挙げれば、以下の通りであるが、本発明の面光源装置は以下のような寸法に限るものではない。
光源３２の光出射窓４４の幅（ｗ）：  ２ｍｍ
導光板３３の幅：  ４.７ｍｍ
光導入部３５の最大高さ（Ｔ）：  ０.４ｍｍ
光入射端面３８から第２の箇所Ｐ２までの距離：  １ｍｍ
光導入部３５の長さ：  １.５ｍｍ
導光板本体３４の高さ（ｔ）：  ０.２３ｍｍ
光入射端面３８から表示用に用いることのできる領域の端までの距離（Ｄ）：  ２.５ｍｍ
導光板３３の屈折率（ｎ）：  １.５９
【００５１】
上述のような構造を有する面光源装置３１にあっては、図７（Ａ）に矢印で示すように、光源３２から出射した光は、光入射端面３８から光導入部３５内に入射し、光導入部３５の上面又は下面で反射され、厚みの薄い導光板本体３４へ導びかれる。導光板本体３４へ導入された光は、指向性変換パターン４０ａやレンチキュラーレンズ３６、導光板本体３４の下面で反射しながら導光板本体３４内を導光し、光出射手段４５によって反射または拡散されて光出射面３９からほぼ均一に出射される。
【００５２】
ここで、光拡散パターン４０ｂは、当該パターンで反射する光の指向性を横方向に広げ、光出射面３９の側縁部が暗くなるのを防ぐ働きをする。また、光拡散パターン４０ｂを設けることで、光導入部３５から外部へ光が漏れにくくなり、光導入部３５へ入った光源３２の光を低損失で導光板本体３４へ導光でき、面光源装置３１の輝度を向上させることができる。
【００５３】
指向性変換パターン４０ａも、当該パターンで反射する光の指向性を横方向に広げるとともに光導入部３５から外部へ光が漏れにくくするものである。また、光拡散パターン４０ｂの後ろに指向性変換パターン４０ａを設けることで、光出射面３９から出射される光の出射光量や輝度分布を独立して制御できる。したがって、指向性変換パターン４０ａを付加することで、光拡散パターン４０ｂだけの場合よりも輝度を均一化することが可能になる。図８は、図５と同じ条件で、面光源装置３１の光出射面３９における輝度分布をシミュレーションにより描いたものである。図５と比較して分かるように、この実施形態の面光源装置３１では、光源３２からの距離が短くても均一な輝度分布を得ることができる。
【００５４】
また、指向性変換パターン４０ａは、一定のピッチで互いに平行に並んでいるので、光源３２の位置ずれがあっても輝度ムラが生じにくい。図９（Ａ）は光源３２が光入射端面３８の中央に位置しているときの光の挙動を示す。図９（Ｂ）は光源３２が光入射端面３８の中央からずれているときの光の挙動を示す。面光源装置３１では、指向性変換パターン４０ａが一定のピッチで平行に並んでいるので、光源３２が横方向に位置ずれしても、指向性変換パターン４０ａとの位置関係はほとんど変化しない。特に、光源３２が指向性変換パターン４０ａのピッチの整数倍だけずれたときには、光源３２と指向性変換パターン４０ａの位置関係には変化がない。そのため、光源３２が位置ずれしても光の挙動にほとんど影響がなく、光出射面３９の輝度分布に影響を与えない。図１０（Ａ）は、光源３２が光入射端面３８の中央に位置している場合の輝度分布をシミュレーションにより描いた図である。図１０（Ｂ）は、光源３２が光入射端面３８の中央から０.１ｍｍだけ幅方向にずれた場合の輝度分布をシミュレーションにより描いた図である。図１０（Ｂ）は、光源３２が光入射端面３８の中央から０.２ｍｍだけ幅方向にずれた場合の輝度分布をシミュレーションにより描いた図である。面光源装置３１では、指向性変換パターン４０ａが平行に形成されているので、図１０（Ｂ）や図１０（Ｃ）のように光源３２の位置がずれていても光は均等に広がり、図３（Ｃ）のように曲がることなく進む。その結果、光源３２の位置ずれがあっても輝度ムラが生じにくく、輝度分布を均一にすることができる。
【００５５】
つぎに、第２の傾斜面３７ｃの傾斜角αの範囲について説明する。図１１は、第２の傾斜面３７ｃの傾斜角αとホットスポット（Hot Spot）量との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。ホットスポット量は、以下のように定義される。
【００５６】
光入射端面３８から導光板本体３４の端までの距離（光導入部３５の長さ）をＤ、導光板３３の屈折率をｎ、光源３２の発光幅（光出射窓４４の幅）をｗとするとき、光源３２の光軸を中心とする
Ｇ＝２Ｄ・tan（arcsin（１／ｎ））＋ｗ  …（式１）
の幅を有する領域（以下、評価領域４６という。）を考える。言い換えると、この評価領域４６の端は、光源３２の光出射窓４４の端からＤ・tan（arcsin（１／ｎ））だけ幅方向へ進んだ位置にある。ただし、複数個の光源３２が並んでいる場合（例えば、図２６参照）には、上記式１で定義されるＧの値と光源３２のピッチ（Ｐ）とを比較し、光源３２のピッチの方が上記式１のＧよりも小さい場合には、光源３２のピッチの値を評価領域４６の幅として用いるものとする。また、この評価領域４６の長さ方向は、導光板本体３４の端から始まり、光入射端面３８から離れる方向へ導光板本体３４の端から距離Ｋの位置で終わる。距離Ｋは、３ｍｍ以下の一定値（例えば、１ｍｍ）である。また、距離Ｄは例えば２.５ｍｍ、光源３２の発光幅ｗは例えば２ｍｍ、導光板３３の屈折率ｎは例えば１.５９である。よって、評価領域４６は、図１２に示すように、導光板本体３４の端部に沿って延びた幅方向に長い矩形状（長さＫ、幅Ｇ）領域である。評価領域４６の中央（光源３２の正面）における平均輝度をＡo、評価領域４６の幅方向の端における平均輝度をＡtとするとき、ホットスポット量はＡo／Ａtで定義される。よって、ホットスポット量が１に近いほど輝度ムラが小さく、ホットスポット量が大きいほど輝度ムラが大きいことになる。
【００５７】
図１１に示すシミュレーション結果によれば、第２の傾斜面３７ｃの傾斜角αが１.５°のときにホットスポット量が最も１に近くなり、傾斜角αが１.５°より小さくなっても大きくなってもホットスポット量は大きくなる。図５の面光源装置（従来例）では、ホットスポット量は２以上であり、一般的にはホットスポット量が１.５以下であれば輝度ムラが改善しているといえる。図１１によれば、ホットスポット量を１.５以下にするためには、第２の傾斜面３７ｃを３.５°以下の傾斜角αで傾斜させればよいことが分かる。よって、第２の傾斜面３７ｃの傾斜角αを３.５°以下にすればよいことが分かる。
【００５８】
また、この実施形態では、指向性変換パターン４０ａは第２の傾斜面３７ｃとほぼ平行に形成しているので、指向性変換パターン４０ａの稜線の傾斜角を３.５°以下にすれば、輝度ムラを低減して発光面の見栄えを改善できる。
【００５９】
また、詳細は省略するが、シミュレーションによれば、第２の傾斜面３７ｃの高低差（すなわち、第２の傾斜面３７ｃの最も高い位置と最も低い位置との光出射面３９に垂直な方向における距離）が、光導入部３５の最も厚みの大きな箇所の表面と前記光導入部３５の最も厚みの小さな箇所の表面との間の高低差の３分の１以下であれば、ホットスポット量を１に近づけることができ、導光板の輝度ムラを改善できることが示唆された。この条件は、導光板本体３４の光出射面３９を基準として、第２の箇所Ｐ２の高さが、第１の箇所Ｐ１の高さの３分の１以下であるということもできる。
【００６０】
つぎに、隣接したＶ溝状の指向性変換パターン４０ａどうしの間に形成される頂角（以下、指向性変換パターン４０ａの頂角という）について説明する。図１３は、指向性変換パターン４０ａの頂角θ（図１６参照）とホットスポット量との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。ここで、指向性変換パターン４０ａの頂角θとは、隣接する指向性変換パターン４０ａ間に形成される稜線に垂直な断面において、稜線を挟む斜面のなす角度をいう。図１３によれば、ホットスポット量は指向性変換パターン４０ａの頂角θが１３５°のときに最も１に近く、頂角θが１３５°より大きくなっても小さくなってもホットスポット量が大きくなる。ホットスポット量を１.５以下にするためには、図１３によれば、指向性変換パターン４０ａの頂角θを９０°以上１７０°以下にすればよいことが分かる。
【００６１】
図１４は、Ｖ溝状をした光拡散パターン４０ｂの頂角ωと導光効率との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図１４の縦軸は、導光板の導光効率を、比較例（左右対称な同一の光拡散パターンを配列したもの）を１００％として表したものである。ここで、導光効率とは、光入射端面から光導入部内に入った光量のうち、どれくらいの割合の光量の光が光導入部から導光板本体へ導入されたかを示すものである。また、光拡散パターン４０ｂの頂角ωとは、光拡散パターン４０ｂの稜線に垂直な断面において、隣接する光拡散パターン４０ｂの間に形成される山部の頂角である。図１４によれば、頂角θが約１２０°で最も効率が高く、頂角ωが
５７°≦ω≦１４５°
の範囲にあれば、比較例よりも効率が向上することがわかる。
【００６２】
図１３に示されたように指向性変換パターン４０ａの頂角θは１３５°付近が最適値であり、図１４に示されたように光拡散パターン４０ｂの頂角ωは１２０°付近が最適値であるので、一般的に、指向性変換パターン４０ａの頂角は光拡散パターン４０ｂの頂角と等しいか、あるいはそれ以上であることが望ましい。
【００６３】
（実施形態２）
図１５は、本発明の実施形態２による面光源装置５１を示す平面図である。本発明の実施形態２による面光源装置５１は、指向性変換パターン４０ａの断面形状に特徴を有するものである。実施形態２の面光源装置５１では、指向性変換パターン４０ａの光入射端面３８と平行な断面の形状が、非対称な形状となっている。その他の点については、実施形態１と同様であるので、実施形態１と同じ構造の部分には同じ符号を付すことによって説明を省略する。
【００６４】
図１６は、図１５のＹ−Ｙ線に沿った光入射端面３８と平行な断面における指向性変換パターン４０ａの形状を示す断面図である。また、図１６には、指向性変換パターン４０ａの断面の一部を拡大して表している。図１６に示すように、各指向性変換パターン４０ａは、光入射端面３８と平行な断面において傾斜角と傾斜方向が異なる２つの斜面によって構成されており、谷線（最下点）を通り光出射面３９に垂直な直線に関して左右非対称なＶ溝状となっている。したがって、第２の傾斜面３７ｃには、傾斜方向が異なる複数の斜面が交互に並んでいる。
【００６５】
指向性変換パターン４０ａの断面形状は、つぎのような特徴を有している。光入射端面３８と平行な断面において、各指向性変換パターン４０ａの斜面に導光板３３の内部から外部へ向けて立てた法線Ｎを考えるとき、法線Ｎが光軸Ｃに直交する垂線Ｃ´側へ傾いた斜面５２ａ（以下、内向き法線の斜面５２ａという。）の横幅Ｄ１の総和は、法線Ｎが垂線Ｃ´と反対側へ傾いた斜面５２ｂ（以下、外向き法線の斜面５２ｂという。）の横幅Ｄ２の総和よりも大きくなっている。ただし、内向き法線の斜面５２ａの横幅Ｄ１の総和と、外向き法線の斜面５２ｂの横幅Ｄ２の総和は、それぞれ光軸Ｃの右側の領域と左側の領域とで個々に計算し、光軸Ｃの両側でそれぞれ斜面５２ａの横幅Ｄ１の総和が斜面５２ｂの横幅Ｄ２の総和よりも大きくなっている。特に、図１６に示す例では、任意の箇所の隣合う２つの斜面５２ａ、５２ｂについて、内向き法線の斜面５２ａの横幅Ｄ１が、外向き法線の斜面５２ｂの横幅Ｄ２よりも大きくなっている。
【００６６】
図１７は指向性変換パターン４０ａで反射される光の挙動を示す概略図であって、指向性変換パターン４０ａの、光入射端面３８と平行な断面の一部を表している。指向性変換パターン４０ａに入射した光Ｌは、指向性変換パターン４０ａで反射することによって光軸Ｃとなす角度が大きくなるように曲げられ、導光板３３の幅方向へ広げられる。図１７に示すように、光源３２から指向性変換パターン４０ａに向けて光が入射する際には、垂直に近い方向から光Ｌが入射する斜面５２ｂの面積が小さくなっているので、斜面５２ｂから漏れる光の光量を少なくできる。
【００６７】
さらに、光源３２から出て斜面５２ａに入射した光Ｌは、外側へ向けて光軸Ｃとなす角度が大きくなるように反射されるが、指向性変換パターン４０ａにおいて斜面５２ａの面積が大きくなっているので、外側へ反射される光量が増加し、光Ｌの指向特性は導光板３３の幅方向に広げられる。導光板３３の中央部（光源３２の前方）へ出射された光の一部は、指向性変換パターン４０ａで反射されることによって導光板３３の両側端部へ導光され、一方、導光板３３の両側端部へ出射された光の一部は導光板３３の側面で反射されて導光板３３の中央部へ導光され、光が効率的に混ぜ合わされて導光板３３の中央部と両側端部との間での輝度ムラが抑制される。
【００６８】
また、指向性変換パターン４０ａの断面形状の特徴は、つぎのように表現することもできる。外向き法線の斜面５２ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度β（あるいは、斜面５２ｂの傾斜角）の平均角度は、内向き法線の斜面５２ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度α（あるいは、斜面５２ａの傾斜角）の平均角度よりも大きくなっている。ここで、内向き法線の斜面５２ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度αの平均角度とは、図１８に示すように、内向き法線の斜面５２ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度をそれぞれαi、各斜面５２ａの横幅をそれぞれＤ１iとするとき（ｉは、内向き法線の斜面５２ａのそれぞれに付けた指標）、
Σαi×Ｄ１i／ΣＤ１i
で定義する。ここで、分母及び分子の総和の計算は、いずれも光軸Ｃの右側領域、または左側領域の斜面５２ａについて別々に行うものである。同様に、外向き法線の斜面５２ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度βの平均角度とは、外向き法線の斜面５２ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度をそれぞれβj、各斜面５２ｂの横幅をそれぞれＤ２jとするとき（ｊは、外向き法線の斜面５２ｂのそれぞれに付けた指標）、
Σβj×Ｄ２j／ΣＤ２j
で定義する。ここで、分母及び分子の総和の計算は、いずれも光軸Ｃの右側領域、または左側領域の斜面５２ｂについて別々に行うものである。また、この平均角度の大小の比較も、光軸Ｃの右側領域と左側領域で別々に行う。特に、図１８に示す例では、任意の箇所の隣合う２つの斜面５２ａ、５２ｂについて、外向き法線の斜面５２ｂの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度βが、内向き法線の斜面５２ａの法線Ｎが垂線Ｃ´となす角度αよりも大きくなっている。
【００６９】
また、指向性変換パターン４０ａは、非対称な断面形状を有するだけでなく、中央から幅方向外側へ行くに従って指向性変換パターン４０ａの断面形状が変化していてもよい。特に、図１９に示すように、光軸Ｃから離れるに従って内向き法線の斜面５２ａの幅が次第に広くなるとともに外向き法線の斜面５２ｂの幅が次第に狭くなっていくことが好ましい（例えば、図２２（Ａ）に示すように、指向性変換パターン４０ａの頂角を一定に保ちながら指向性変換パターン４０ａが徐々に回転している場合である。）。また、指向性変換パターン４０ａの端部とレンチキュラーレンズ３６の端部は第２の傾斜面３７ｃと光出射面３９の境界で途切れるのでなく、相貫するように接続されている。
【００７０】
このような形状の指向性変換パターン４０ａを有する場合には、図２０（Ｂ）に示すように導光板３３の幅方向に沿って第２の傾斜面３７ｃが均一に形成されていても、図２０（Ａ）に示すように導光板３３の中央部で指向性変換パターン４０ａの一部が大きく引っ込むような形態になる。これは、図１９に示すように、光軸Ｃに近づくほどレンチキュラーレンズ３６が指向性変換パターン４０ａの表面から上にはみ出たものが多くなるので、レンチキュラーレンズ３６の端部が第２の傾斜面３７ｃ側へ長く伸びるようになるためである。
【００７１】
図２１は及び図２２は、指向性変換パターン４０ａの斜面５２ａ及び斜面５２ｂの幅が均一である場合と、斜面５２ａ及び斜面５２ｂの幅が徐々に変化している場合とで、指向性変換パターン４０ａとレンチキュラーレンズ３６の境界部分の形状が異なることを説明している。
【００７２】
図２１（Ａ）は、左右非対称な断面形状を有する複数の指向性変換パターン４０ａが、同じ断面形状のままで繰り返し並んだ場合を表している。この場合には、図２１（Ｂ）に示すように、指向性変換パターン４０ａとレンチキュラーレンズ３６の境界部分は、凸凹はあるにしても、全体として見れば、光入射端面３８とほぼ平行な方向に並んでいる。すなわち、レンチキュラーレンズ３６の、指向性変換パターン４０ａ側への突出長は、全体としては、幅方向にわたってほぼ一定となっている。
【００７３】
これに対し、図２２（Ａ）は、隣り合う指向性変換パターン４０ａどうしの頂角を一定に保ちながら、断面形状を徐々に回転させながら複数の４０ａが並べられた場合を表している（これは、図１８に示した指向性変換パターン４０ａの断面の特別な場合である。）。この場合には、図２２（Ｂ）に示すように、指向性変換パターン４０ａとレンチキュラーレンズ３６の境界部分は、全体として見れば、光軸Ｃから導光板３３の幅方向外側へ向かうに従って次第に光入射端面３８から遠くなる方向へずれていっている。すなわち、レンチキュラーレンズ３６の、指向性変換パターン４０ａ側への突出長は、光軸Ｃに近くなるほど長くなる傾向にある。
【００７４】
図２１、図２２で述べたような指向性変換パターン４０ａ及びレンチキュラーレンズ３６の境界部分の特徴は、以下のように表現することで定量的に扱うことができる。図２３に示すように、光源３２の光軸Ｃを境界として導光板３３を左右に分けて考える。分けた左右の領域でそれぞれ、光軸Ｃと導光板３３の側面との間の領域を、光軸Ｃと平行で且つ光軸Ｃ及び導光板３３の側面から等距離にある分割線Ｊによってさらに２分割する。こうして、光軸Ｃと分割線Ｊとの間で第２の傾斜面３７ｃを含む領域ＡＲoに注目し、この領域ＡＲoに含まれる指向性変換パターン４０ａの全面積（合計面積）Ｓoを求める。同様にして、分割線Ｊと導光板３３の側面との間で第２の傾斜面３７ｃを含む領域ＡＲtに注目し、この領域ＡＲtに含まれる指向性変換パターン４０ａの全面積（合計面積）Ｓtを求める。図２２の場合には、こうして求めた指向性変換パターン４０ａの面積ＡＲoが面積ＡＲtよりも小さい。このような条件を満たしていれば、より好ましく指向性変換パターン４０ａにおける光漏れを低減できるとともに輝度ムラ低減の効果も高くできる。これに対し、図２１の場合には、指向性変換パターン４０ａの面積ＡＲoは面積ＡＲtとほぼ等しくなる。
【００７５】
また、上記各実施形態では、配列した指向性変換パターン４０ａと配列した光拡散パターン４０ｂのピッチは、互いに等しくて両者の稜線が一直線に並んでいた。このような形態に限らず、図２４（Ａ）に示すように、指向性変換パターン４０ａのピッチは、光拡散パターン４０ｂのピッチの１／２倍となっていてもよい。図示例では、１つおきの指向性変換パターン４０ａが光拡散パターン４０ｂと稜線が連続するように形成され、その間の指向性変換パターン４０ａは光拡散パターン４０ｂの先端間に入り込むように形成されている。また、図２４（Ａ）に示すように、指向性変換パターン４０ａのピッチと光拡散パターン４０ｂのピッチが異なり、それぞれ何本かおきに指向性変換パターン４０ａの稜線と光拡散パターン４０ｂの稜線が一直線に並んでいてもよい。
【００７６】
なお、実施形態２の場合においても、指向性変換パターン４０ａの頂角は、９０°以上１７０°以下であることが望ましい。指向性変換パターン４０ａの頂角は、光拡散パターン４０ｂの頂角以上であることが好ましい。また、光拡散パターン４０ｂも、この実施形態の指向性変換パターン４０ａのように、断面が非対称であったり、徐々に断面形状が変化していてもよい。
【００７７】
（実施形態３）
図２５は本発明の実施形態３による面光源装置を示す平面図である。この実施形態では、水平面３７ａ及び第１の傾斜面３７ｂに光拡散パターン４０ｂを設けていない。
【００７８】
（実施形態４）
つぎに、複数の光源３２を備えた面光源装置６１を説明する。図２６は、導光板３３の光入射端面３８に対向させて複数個の光源３２を配置した面光源装置６１を示す平面図である。この面光源装置６１においては、光源３２はピッチＰで配列されている。
【００７９】
この実施形態のように複数個の光源３２が配列されている場合には、図２６に示すように、光拡散パターン４０ｂ及び指向性変換パターン４０ａで光源３２の光が広げられる結果、ある光源３２に対応する導光板領域には、隣の光源３２からも光が導光され、光源３２と光源３２の中間領域での光量不足が解消される。
【００８０】
また、複数の光源３２を並べた場合には、指向性変換パターン４０ａのうち隣合う光源３２の中間部分では、両側の光源３２からの光が届くことがある。指向性変換パターン４０ａのある箇所に両側の光源３２からの光が同時に入射すると、両方の光に対して光漏れが生じにくいように最適設計することができなくなるので、面光源装置の光利用効率が悪くなる。
【００８１】
したがって、指向性変換パターン４０ａは、複数の光源３２からの光が入射しないようにすることが好ましい。光源３２から出射して光入射端面３８から光導入部３５に入った光の入射角γは、フレネルの法則によって
γ ＝ arcsin（１／ｎ）      …(式２)
と表される。ただし、ｎは、導光板３３の屈折率である。よって、光導入部３５内における光の広がりは、図２６に示すように、光軸Ｃを中心として左右にγの範囲となる。指向性変換パターン４０ａにおける光の横方向への広がりｇは、図２６と上記式２より、
ｇ＝Ｓtanγ≒Ｓ・γ＝Ｓ・arcsin（１／ｎ）  …(式３)
となる。光軸Ｃからγの方向へ導光された光が隣の領域に入らないためには、この横方向広がりｇが光源３２のピッチＰの１／２よりも小さければよいので、
ｇ ≦ Ｐ／２      …(条件１)
となる。ただし、Ｓは、光源３２の端面（発光面）から測った指向性変換パターン４０ａの端までの距離である。よって、指向性変換パターン４０ａに２方向から光が届かないようにするための条件は、上記式３と条件１から、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕    …(条件２)
となる。
【００８２】
したがって、複数の光源３２を用いる場合には、光源３２の端面から測った指向性変換パターン４０ａの端までの距離Ｓを、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
という条件を満たすように決めれば、指向性変換パターン４０ａを最適設計することが可能になり、光漏れを減らして光利用効率を高めることができる。
【００８３】
（その他の実施形態）
図２７は、指向性変換パターン４０ａの種々の断面形状を示す。図２７（Ａ）に示すものは、左右非対称な断面形状を有する指向性変換パターン４０ａを左右の領域で繰り返し配列させたものである。図２７（Ｂ）は、左右非対称な断面形状を有する指向性変換パターン４０ａを、左右の領域で徐々に変形させながら配列させている。特に、指向性変換パターン４０ａの頂角を一定に保ったままで指向性変換パターン４０ａをその稜線の回りで徐々に回転させている。図２７（Ｃ）のようにＶ溝状をした左右対称な断面形状の指向性変換パターン４０ａを繰り返し並べてもよい。また、図２７（Ｄ）のように指向性変換パターン４０の頂部を湾曲させたり、図２７（Ｅ）のように断面多角形状の指向性変換パターン４０ａを配列させたものであってもよい。
【００８４】
図２８は、光出射面３９に設ける種々の光学パターンを表している。これまでの実施形態では、光出射面３９にはレンチキュラーレンズ３６を設けていたが、図２８（Ａ）のように光出射面３９を鏡面又はほぼ鏡面となるようにしてもよい。また、図２８（Ｂ）のように光出射面３９を粗く研磨処理して粗面としてもよい。あるいは、光出射面３９を研削加工して光出射面３９の長さ方向に細かな傷を付けてもよい。このような傷でもレンチキュラーレンズと同等の効果が得られる。
【００８５】
図２９は、第１の傾斜面３７ｂだけに光拡散パターン４０ｂを設け、水平面３７ａには光拡散パターン４０ｂを設けずに平滑に処理したものである。
【００８６】
図３０（Ａ）は、第２の傾斜面３７ｃを傾斜角の異なる複数の領域で構成したものである。図示例では、第２の傾斜面３７ｃをＶ字状に屈曲させている。図３０（Ｂ）は、第１の傾斜面３７ｂを傾斜角の異なる複数の領域で構成したものである。図示例では、第１の傾斜面３７ｂをＶ字状に屈曲させている。図３０（Ｃ）は、光拡散パターン４０ｂを第１の傾斜面３７ｂの一部にだけ設けたものである。図示例では、水平面３７ａと第１の傾斜面３７ｂの一部をパターンのない平滑面としている。
【００８７】
図３１（Ａ）では、光導入部３５の上面に第１の傾斜面３７ｂと光拡散パターン４０ｂを設け、光導入部３５の下面に第２の傾斜面３７ｃと指向性変換パターン４０ａを設けている。また、光導入部３５の下面端部には、水平面３７ａよりも長い水平面３７ｄを設けている。
【００８８】
図３１（Ｂ）では、光導入部３５の下面に水平面３７ａ、第１の傾斜面３７ｂ及び光拡散パターン４０ｂを設け、また第２の傾斜面３７ｃと指向性変換パターン４０ａを設けている。
【００８９】
図３１（Ｃ）では、光導入部３５の下面に水平面３７ａ、第１の傾斜面３７ｂ及び光拡散パターン４０ｂを設け、光導入部３５の上面に第２の傾斜面３７ｃと指向性変換パターン４０ａを設けている。また、光導入部３５の上面端部には、水平面３７ａよりも長い水平面３７ｄを設けている。
【００９０】
また、図示しないが、第２の傾斜面が存在していなくても差し支えない。この場合には、導光板本体３４の表面と同じ平坦面に指向性変換パターン４０ａを設けることになるので、稜線が傾斜した三角錐状の指向性変換パターン４０ａを設けることになる。
【００９１】
また、図３２に示すものは、本発明に係るさらに別な実施形態の面光源装置を示す一部破断した平面図である。図３２の実施形態では、第２の傾斜面３７ｃの中央部（光源３２の前方）においては指向性変換パターン４０ａを除き、第２の傾斜面３７ｃの両側部にのみ指向性変換パターン４０ａを設けている。中央部において指向性変換パターン４０ａを省くことにより指向性変換パターン４０ａで光が拡散されることによって光源３２の前方が暗くならないようにしている。また、指向性変換パターン４０ａを除いた領域では、第２の傾斜面３７ｃも除き、光出射面３９と同じ平坦面としてもよい（つまり、両側部にだけ第２の傾斜面３７ｃを設けてもよい）。指向性変換パターン４０ａを除く領域としては、特に光源３２の光軸Ｃと前記分割線Ｊで挟まれた領域の全体が好ましい。さらに、この実施形態では、指向性変換パターン４０ａを除いた領域（あるいは、両側の指向性変換パターン４０ａに挟まれた領域）には、レンチキュラーレンズ３６を延長させている。
【００９２】
図３３に示すものは、本発明に係るさらに別な実施形態の面光源装置を示す一部破断した平面図である。図３３の実施形態でも、第２の傾斜面３７ｃの中央部（光源３２の前方）においては指向性変換パターン４０ａを除き、第２の傾斜面３７ｃの両側部にのみ指向性変換パターン４０ａを設けている。この場合も、指向性変換パターン４０ａを除く領域としては、特に光源３２の光軸Ｃと前記分割線Ｊで挟まれた領域の全体が好ましい。また、図３３の実施形態では、指向性変換パターン４０ａを除いた領域（あるいは、両側の指向性変換パターン４０ａに挟まれた領域）には、第１の傾斜面３７ｂを延長し、さらに延長された第１の傾斜面３７ｂの上面に光拡散パターン４０ｂを延長している。
【００９３】
（液晶表示装置）
図３４は、本発明の面光源装置（例えば、実施形態１の面光源装置３１）を用いた液晶表示装置７１の概略断面図である。この液晶表示装置７１は、導光板３３の光出射面側に対向させて拡散板７２、プリズムシート７３及び液晶パネル７４を重ねてあり、導光板３３の裏面側に反射シート７５を配置している。このような液晶表示装置７１によれば、本発明の面光源装置の特徴を生かすことができ、液晶表示装置７１の画面にムラが発生するのを防ぐことができ、液晶表示装置の画像品質を向上させることができる。
【００９４】
（モバイル機器）
図３５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８１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８２を備えている。このようなスマートフォン８１に本発明の面光源装置を用いれば、画面の輝度ムラを抑制できるので、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や電子機器にも適用できる。
【符号の説明】
【００９５】
３１、５１、６１      面光源装置
３２      光源
３３      導光板
３４      導光板本体
３５      光導入部
３６      レンチキュラーレンズ
３７ａ、３７ｄ      水平面
３７ｂ      第１の傾斜面
３７ｃ      第２の傾斜面
３８      光入射端面
３９      光出射面
４０ａ      指向性変換パターン（第１のパターン要素）
４０ｂ      光拡散パターン（第２のパターン要素）
【図１】
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【図２】
0006311988.tif 000003
【図３】
0006311988.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006311988.tif 000006
【図６】
0006311988.tif 000007
【図７】
0006311988.tif 000008
【図８】
0006311988.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0006311988.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0006311988.tif 000016
【図１６】
0006311988.tif 000017
【図１７】
0006311988.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0006311988.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
0006311988.tif 000032
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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