JP2014143173A - 面光源装置及びその導光板 - Google Patents

Abstract

【課題】光入射端面の近傍に傾斜面を有する導光板において、導光板本体の傾斜面近傍から光が漏れにくく、しかも製造が容易な導光板を提供する。
【解決手段】
導光板２３は、くさび状をした光導入部２６と、光導入部２６の最大厚みよりも薄くて、光導入部２６と連続するように設けられた導光板本体２５を備える。光導入部２６は、最大厚みの箇所から導光板本体２５に向けて傾斜した滑らかな傾斜面３０を有する。光源２２は、光導入部２６の端面（光入射端面２７）と対向している。導光板本体２５において、傾斜面３０と同じ側の面における傾斜面近傍には、Ｖ溝状をしたパターン素子３３からなる光学パターン部すなわち指向性変換パターン３２を設ける。
【選択図】図５

Description

本発明は面光源装置及びその導光板に関する。具体的には、本発明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及び導光板に関する。

近年、モバイル機器の薄型化に伴い、モバイル機器に組み込む面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置の厚みを薄くするためには、導光板の厚みを薄くする必要がある。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くしても、ＬＥＤ光源の高さを小さくすることは困難である。平板状をした薄い導光板を用いる場合には、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る。その結果、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。光源が導光板の上面よりも上に飛び出ている場合には、光源から出射したすべての光が導光板の光入射端面に入射せず、一部の光が導光板の外部へ漏れて光利用効率が悪くなる。

上記技術的課題を解決するため、図１に示すような導光板１３を用いる場合がある。この導光板１３は、平板状をした導光板本体１５の端に導光板本体１５よりも厚みの大きな光導入部１４を有している。光導入部１４の上面には、光導入部１４の最大厚みの箇所から導光板本体１５の端に向けて傾斜した傾斜面１６を形成している。導光板１３の下面には、反射シート１９が対向している。この導光板１３は、光導入部１４の端面（光入射端面）の厚みが光源１２の高さと同程度かそれよりも大きいので、光源１２の光を効率よく光導入部１４に取り込むことができ、さらに厚みの薄い導光板本体へ導びくことができる。

光入射端面から光導入部１４に入射した光は、光導入部１４の傾斜面１６とその下面との間で全反射しながら導光板本体１５へ伝わる。導光板本体１５内を伝わる光は、前記傾斜面で反射する都度、導光板本体１５の上面に入射するときの入射角が小さくなる。そのため、前記傾斜面１６の近傍に位置する導光板本体１５の上面から導光板本体１５の外部へ光が漏れやすくなる。特に、前記傾斜面１６の傾斜角が大きくなると、傾斜面１６の近傍における導光板本体１５の上面からの光の漏れが顕著になる。

傾斜面１６を有する導光板１３の上面から漏れる光の分布を測定するため、図１に示すように、導光板１３の上面に対向させて測定器Ｄｔを配置した。図２は、測定器Ｄｔで測定した領域Ｒ１における光強度の分布と、領域Ｒ２における光強度の分布を表している。図１に示すように、傾斜面１６の上端に連なる平面部１６ａから漏れる光と、傾斜面１６から漏れる光と、導光板本体１５の上面から分けて考える。平面部１６ａから漏れる光の光量は、ほぼ０％である。傾斜面１６から漏れる光の光量は、全体のほぼ５４％である。導光板本体１５の上面から漏れる光の光量は、全体のほぼ４５％である。したがって、漏れ光の光量は、導光板本体１５から漏れる光よりも傾斜面１６から漏れる光のほうが多い。

傾斜面１６から漏れる光は、図２の領域Ｒ１に示すように、導光板本体１５との境界付近に集中している。導光板本体１５から漏れる光も、図２の領域Ｒ２に示すように、傾斜面１６との境界付近に集中している。したがって、導光板１３の上面から漏れる光は、傾斜面１６と導光板本体１５の境界部分に集中している。傾斜面１６から漏れる光の光量は上記のように傾斜面１６から漏れる光よりも多い。しかし、図２から分かるように、導光板本体１５から漏れる光は狭い範囲に集中していて輝度が高いので目立ちやすい。よって、導光板本体１５の上面の、傾斜面近傍領域における光漏れを小さくする必要がある。

また、図３は、光源１２の発光中心を通る断面内において、導光板１３から漏れる光の分布をシミュレーションにより計算し、それを光線で表したものである。図３からも、導光板本体１５の上面の、傾斜面近傍領域における光漏れの大きいことが分かる。

光漏れを低減した面光源装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものがある。図４は、特許文献１に開示された面光源装置１１を示す斜視図である。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とを一体に成形したものである。光導入部１４は、その上面に傾斜面１６を有している。傾斜面１６は、光入射端面側の端部から導光板本体１５の端に向けて傾斜している。光導入部１４の傾斜面１６には、指向性変換パターン１７を設けている。指向性変換パターン１７は、導光板１３の幅方向に沿って配列した複数のＶ溝１８からなる。指向性変換パターン１７は、光源１２の前方領域だけに設ける場合もあり、導光板１３の全幅にわたって設ける場合もある。

この面光源装置１１によれば、傾斜面１６に入射する光がＶ溝１８で反射することにより、傾斜面１６の近傍で導光板本体１５に入射する光の入射角が大きくなる。その結果、傾斜面１６の近傍で、導光板本体１５から光が漏れにくくなる。

しかし、面光源装置１１のような構造であると、傾斜面１６に指向性変換パターン１７を成形しなければならないので、導光板１３を成形するための成形金型又はスタンパの加工が複雑になり、成形金型やスタンパの製造が非常に困難になる。

特許第５００３７５８号公報

本発明の目的とするところは、光入射端面の近傍に傾斜面を有する導光板において、傾斜面の近傍で導光板本体から光が漏れにくく、しかも製造も容易な導光板を提供することにある。また、この導光板を用いた面光源装置を提供することにある。

本発明に係る導光板は、光が入射する端面を有する光導入部と、前記光導入部と連続させて設けた、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みを有する導光板本体と、前記導光板本体の表面に定めた、前記導光板本体へ導かれた光を外部へ出射させる光出射面と、前記光導入部の、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設けた、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滑らかな傾斜面と、前記導光板本体の前記光出射側の面において前記傾斜面の近傍領域に設けた、筋状のパターン素子からなる光学パターン部とを備えたことを特徴とする。ここで、滑らかな傾斜面とは、傾斜面が光学的なパターンによる凹凸を有していないことをいう。また、前記パターン素子は、たとえば山形突起状又は溝状のパターンである。

本発明の導光板は、傾斜面を有する光導入部を導光板本体の端に設けているので、光源の光を光導入部の端面から効率よく導入して導光板本体へ導くことができる。しかし、単に傾斜面を設けただけの場合には、傾斜面の近傍から光が漏れやすくなる。これに対し、本発明の導光板では、傾斜面の近傍に筋状のパターン素子からなる光学パターン部を設けている。そのため、傾斜面の近傍から光が漏れにくくなり、傾斜面の近傍が局所的に光るのを防止でき、また光利用効率を向上させることができる。しかも、光学パターン部は、傾斜面の近傍において導光板本体の光出射側の面に設けているので、光学パターン部を傾斜面に設ける場合と比較して、導光板を製作するための成形金型の加工が簡単になり、成形金型の加工コストを低減することができる。

本発明に係る導光板のある実施態様は、前記光学パターン部で稜線と谷線が前記導光板の幅方向に沿って交互に並び、前記端面と平行に切った前記光学パターン部の断面のうち、前記端面に対向させて配置す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において、前記光学パターン部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であり、さらに、前記光源の発光中心を通り、かつ、前記端面及び前記光出射面に垂直な平面の両側に、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。ここで、光学パターン部の斜面とは、光学パターン部の稜線と谷線との間の傾斜した表面であって、平らな面の場合もあれば曲面の場合もある。かかる実施態様によれば、光学パターン部の稜線とその両側の谷線を結ぶ斜面どうしが非対称となるので、光学パターン部を設計する際の制約が緩やかとなり、光学パターン部からの光漏れが小さくなり、光利用効率が向上する。

また、上記実施態様においては、前記端面と平行に切った前記光学パターン部の断面のうち、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で、かつ、前記平面で隔てられた２つの領域のうち少なくとも一方の領域において、内部から外部へ向けて前記光学パターン部の隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記平面側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記平面と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きくなるようにしてもよい。ここで、光学パターン部の斜面の横幅の総和とは、前記平面（前記平面、すなわち光源の発光中心を通り、かつ、前記端面及び光出射面に垂直な平面を、以下光源中心という。）を挟む２つの領域のうち少なくとも一方の領域における、光学パターン部の各斜面の横幅（すなわち、前記端面と平行な方向の幅）の合計をいう。光源から届いた光は、法線が光源中心側へ傾いた斜面（以下、内向き法線の斜面という。）よりも法線が光源中心と反対側へ傾いた斜面（以下、外向き法線の斜面という。）から漏れやすい。この態様の光学パターン部では、内向き法線の斜面の横幅の総和よりも外向き法線の斜面の横幅の総和が小さくなっているので、光の漏れやすい外向き法線の斜面の面積が総体的に狭くなっている。その結果、光学パターン部からの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。

また、上記実施態様においては、前記端面と平行に切った前記光学パターン部の断面のうち、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において、隣接する２つの前記斜面に立てた法線のうち、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。このような態様によれば、内向き法線の斜面の横幅よりも外向き法線の斜面の横幅が小さくなっているので、光の漏れやすい外向き法線の斜面の面積が狭くなり、光学パターン部を構成する各パターン素子からの光の漏れを抑制でき、光の利用効率が向上する。

本発明に係る導光板の別な実施態様は、前記光学パターン部の谷線の少なくとも一部が、前記光出射面よりも前記導光板本体の内部側に位置していることを特徴とする。なお、光出射面にパターン、たとえばレンチキュラーレンズが設けられている場合には、そのパターンの頂点の高さに位置する面を光出射面の高さの基準とする。また、この実施態様においては、前記光学パターン部の稜線の少なくとも一部が、前記光出射面よりも前記導光板本体の内部側に位置していてもよい。かかる実施態様にあっては、光学パターン部の谷線の少なくとも一部が光出射面よりも導光板本体の内部側に位置しているので、光学パターン部の全体が光出射面よりも外に出ている場合と比較して、光学パターン部の光出射面側の端面の面積を小さくすることができる。その結果、光学パターン部の光出射面側の端面から漏れる光が少なくなって局所的な発光を抑制できる。

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様においては、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く、放射状に並んでいてもよい。また、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。また、本発明に係る導光板のさらに別な実施態様においては、前記光出射面が、前記端面に垂直な方向と平行に延びたレンチキュラーレンズを有していてもよい。

本発明に係る面光源装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板の前記端面に光を送り込む光源とを備えたことを特徴とする。本発明に係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、導光板の傾斜面の近傍が局所的に光るのを防止でき、また光利用効率を向上させることができる。さらに、導光板を製作するための成形金型の加工コストを低減することができるので、面光源装置のコストも抑えることができる。

本発明に係る導光板は、液晶表示装置に用いることができ、コストを抑制しつつ品質のよい液晶表示装置を提供することができる。

また、本発明に係る液晶表示装置は、モバイル機器、たとえば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、電子辞書にも用いることができる。

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、導光板からの光の漏れ量の分布を測定するための装置を示す概略断面図である。 図２は、導光板から漏れた光の分布を示す図である。 図３は、導光板から光が漏れる様子を示す光線図である。 図４は、従来の面光源装置の構造を示す斜視図である。 図５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６（Ａ）は、図５のＸ１−Ｘ１線に沿った断面図である。図６（Ｂ）は、図５のＹ１−Ｙ１線に沿った断面の一部を示す拡大断面図である。 図７（Ａ）は、指向性変換パターンの長さの定め方を説明するための図である。図７（Ｂ）は、傾斜面の長さの定め方を説明するための図である。 図８は、本発明の実施形態２による面光源装置の斜視図である。 図９（Ａ）は、導光板の長さ方向に沿った、面光源装置の断面図である。図９（Ｂ）は、導光板の幅方向に沿った断面の一部を示す拡大断面図である。 図１０は、本発明の実施形態３による面光源装置を示す斜視図である。 図１１は、本発明の実施形態４による面光源装置の断面図である。 図１２は、本発明の実施形態５による面光源装置の平面図である。 図１３は、図１２のＹ２−Ｙ２線断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。 図１４（Ａ）は、図１３に示す指向性変換パターンの作用説明図である。図１４（Ｂ）は、実施形態１の指向性変換パターンから光が漏れる様子を示す概略図である。 図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、いずれも本発明の実施形態６による面光源装置を示す概略平面図である。 図１６は、本発明の実施形態７による面光源装置の平面図である。 図１７は、本発明に係る液晶表示装置の概略断面図である。 図１８は、本発明に係るモバイル機器の概略正面図である。

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。ただし、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。

（実施形態１）
以下、図５、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して本発明の実施形態１による面光源装置の構造を説明する。図５は本発明の実施形態１による面光源装置２１を示す斜視図である。図６（Ａ）は、導光板の長さ方向、すなわち図５のＸ１−Ｘ１方向に沿った断面図である。図６（Ｂ）は、導光板の幅方向、すなわち図５のＹ１−Ｙ１方向に沿った断面の一部を示す拡大断面図である。

面光源装置２１は、光源２２と導光板２３からなる。光源２２は、１個又は複数個のＬＥＤ２４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２２は、導光板２３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。

導光板２３は、導光板本体２５の端部に光導入部２６を一体に成形したものである。導光板２３は、高屈折率の透明樹脂、たとえばアクリル樹脂、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）によって成形している。

光導入部２６は、導光板２３のうちで厚みの厚い部分である。光源２２は、光導入部２６の端面、すなわち光入射端面２７の一部に対向している。光入射端面２７の厚みは、光源２２の光出射窓の高さと等しいか、それよりも厚くなっている。その結果、光源２２から出射した光は、光入射端面２７から光導入部２６内に効率よく入射し、面光源装置２１の光利用効率が向上する。

光導入部２６はくさび状をしており、光入射端面側から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２６の上面は、その光入射端面側の端部領域が水平面２９となっており、水平面２９の端から導光板本体２５の端までの領域が傾斜面３０となっている。傾斜面３０は、導光板４３の一方側面から他方側面まで帯状に延びており、水平面５４の端から導光板本体２５の端へ向けて下り傾斜している。傾斜面３０は平滑である。

導光板本体２５は、表面と裏面が平行な平板である。導光板本体２５の厚みは、ほぼ均一であって、光導入部２６の最大厚みよりも薄くなっている。導光板本体２５は、導光板２３の大部分の面積を占めている。導光板本体２５の、光出射面２８に対向する反対面は、光出射手段３１を有する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、光出射手段３１として多数のプリズム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３１は、光出射面２８、あるいは光出射面２８とその反対面の双方に設けても差し支えない。光出射手段３１は、光源２２の近傍では比較的小さな密度で設けてあり、光源２２から遠くなるに従って密度が大きくなっており、それによって光出射面２８の輝度を均一化している。

導光板本体２５の上面では、光導入部２６の傾斜面３０に隣接する領域に、光学パターン部すなわち指向性変換パターン３２を設けている。よって、指向性変換パターン３２は、傾斜面３０と光出射面２８の間に位置する。指向性変換パターン３２は、山形突起状又はＶ溝状をした複数のパターン素子３３からなる。各パターン素子３３は、光入射端面２７に垂直な方向へ延びており、導光板本体２５の幅方向に沿って互いに平行に並んでいる。パターン素子３３は、その長さ方向に沿って均一な断面形状を有している。さらに、各パターン素子３３は、互いに同じ断面形状を有している。パターン素子３３の、長さ方向と垂直な断面は、左右対称な断面形状すなわち二等辺三角形となっている。この断面における頂角は、１２０°くらいである。この実施形態では、各パターン素子３３の谷線は、光出射面２８と同じ高さに位置している。

導光板２３の下面には、反射シート３４が対向している。反射シート３４は、導光板２３の下面から漏れた光を反射させて導光板２３内へ戻す働きをする。反射シート３４は、たとえば白色シートからなる。導光板２３の下面から漏れた光は、反射シート３４で反射して再び導光板２３内に戻るので、導光板２３の下面からの光漏れによる面光源装置２１の輝度低下を防ぐことができる。

面光源装置２１における光の挙動と作用効果は以下のとおりである。図６（Ａ）に示すように、光源２２から出射した光Ｌは、光入射端面２７から光導入部２６内に入射し、光導入部２６の上面と下面で反射しながら導光板本体２５へ導光する。導光板本体２５へ入った光Ｌは、導光板本体２５の上面と下面（あるいは反射シート３４）で反射しながら導光板本体２５内を導光する。この導光途中において光出射手段３１に入射した光Ｌは、光出射手段３１で反射して光出射面２８を通過し、光出射面２８を均一に発光させる。

光導入部２６の傾斜面３０で反射した光Ｌの大部分は、光導入部２６の下面で反射した後、傾斜面３０の近傍で導光板本体２５の上面に入射する。しかし、傾斜面３０で正反射した光は、導光板本体２５の下面に入射する際の入射角が小さくなるので、一部の光Ｌは導光板本体２５の下面から漏れる。導光板本体２５の下面から漏れた光Ｌは、反射シート３４で反射して導光板２３内に再入射し、傾斜面３０の近傍で導光板本体２５の上面に入射する。

指向性変換パターン３２を設けていない場合には、こうして傾斜面３０の近傍で導光板本体２５の上面に入射した光は、傾斜面３０の近傍領域から外へ漏れて傾斜面３０の近傍領域を局所的に光らせる。これに対し、傾斜面近傍に指向性変換パターン３２を設けている場合には、導光板本体２５の上面に対する入射角が小さくなっても、パターン素子３３の斜面に対する入射角が大きい。そのため、図６（Ｂ）に示すように、導光板本体２５の上面に入射する光は、パターン素子３３で反射しやすくなる。よって、光導入部２６に傾斜面３０を設けているにも拘わらず、傾斜面３０の近傍領域から光が漏れにくくなる。その結果、傾斜面近傍で導光板本体２５の上面が局所的に光る現象を防ぐことができる。

指向性変換パターン３２で光が正反射すると、光導入部２６に入射した光の導光板２３の厚み方向における指向性広がり（すなわち、光出射面２８に垂直な面内の指向性広がり）は、導光板２３の面方向と平行な方向へ傾いた指向特性に変換される。その結果、光出射面２８の指向性変換パターン近傍領域から光が漏れにくくなり、光出射面２８の端部が光りにくくなる。

面光源装置２１は、傾斜面近傍に指向性変換パターン３２を設けているので、導光板本体２５の幅方向へ光を散乱させることができる。その結果、光出射面２８から出射する光量の偏りを小さくし、光出射面２８の輝度分布を均一化できる。

また、従来例のように傾斜面に指向性変換パターンを設ける場合には、バイトなどで導光板の成形金型に指向性変換パターンを加工する場合、成形金型に傾斜を持たせながらＶ溝加工を行う必要がある。このような作業を伴うので、その成形金型の製作は困難である。これに対し、本実施形態の面光源装置２１では、指向性変換パターン３２を導光板本体２５の上面に設けているので、成形金型に指向性変換パターンを加工する場合には、水平面（導光板本体２５の上面）にＶ溝加工すればよい。よって、本実施形態によれば、成形金型に対する加工を簡略化でき、成形金型の加工コストを下げることができる。

さらに、指向性変換パターンを傾斜面に設ける場合と比較すると、指向性変換パターン３２の位置が光源２２から遠くなるので、光漏れをより低減でき、光の利用効率が向上する。

つぎに、上記指向性変換パターン３２を設ける領域について説明する。図７（Ａ）は、光導入部２６及びその近傍領域における導光板２３の縦方向断面を表す。指向性変換パターン３２により傾斜面近傍における光漏れを防止するには、導光板本体２５へ導光した光を少なくとも一度は指向性変換パターン３２で反射させる必要がある。そのためには、指向性変換パターン３２で反射されないギリギリの光、すなわち導光板本体２５の端（傾斜面終了位置）で反射した光が導光板本体２５の下面で反射し、再び導光板本体２５の上面に入射する状況を考える。この導光板本体上面における光入射箇所まで指向性変換パターン３２を設けておけばよい。導光板本体２５内で最も遠くまで伝わる光Ｌは、図７（Ａ）に示すように、導光板本体２５の下面に対して全反射の臨界角α＝arcsin（１／ｎ）で入射する光である。ここで、ｎは導光板２３の屈折率である。よって、導光板本体２５の厚みをｔとすれば、指向性変換パターン３２は、傾斜面３０の終了位置（導光板本体２５の端）から、少なくとも２×ｔ×tanαまでの間に設けていればよい。

以上より、導光板本体２５に入射した光を少なくとも一度は指向性変換パターン３２に入射させて光漏れを防止するためには、指向性変換パターン３２の長さをＤとし、次の条件１を満たしていればよい。
Ｄ ≧ ２×ｔ×tan〔arcsin（１／ｎ）〕 …（条件１）

たとえば導光板２３の屈折率ｎを１.５９（ポリカーボネイト樹脂の屈折率）とし、導光板本体２５の厚みｔを０.２３ｍｍとすれば、指向性変換パターン３２の長さＤは０.３７２ｍｍ以上必要となる。

ただし、指向性変換パターン３２の長さＤが長くなると、指向性変換パターン３２が有効照明領域（照明用の発光面として使用する領域）にはみ出る恐れがある。その場合には、指向性変換パターン３２が有効照明領域にはみ出ないように指向性変換パターン３２の長さＤを制限する必要がある。

つぎに、傾斜面３０から外へ光が漏れないようにするためには、以下の条件２、３を満たしていればよい。傾斜面３０に入射する光のうち傾斜面３０に対し最も小さな入射角で入射する光は、光入射端面２７に垂直な方向（水平方向）に対して全反射の臨界角α＝arcsin（１／ｎ）と等しい角度で進む光である。傾斜面３０の傾斜角をθとすれば、水平方向に対してαの角度で進む光が傾斜面３０に入射する際の入射角βは、図７（Ｂ）から分かるように、
β＝（π／２）−α−θ
である。傾斜面３０から最も漏れやすい光が傾斜面３０から漏れないようにするためには、入射角βが全反射の臨界角α＝arcsin（１／ｎ）よりも大きければよい。よって、傾斜面３０の傾斜角θは、つぎの条件２を満たしていればよい。
θ ≦ （π／２）−２×arcsin（１／ｎ） …（条件２）

光導入部２６内を導光する光が傾斜面３０で何度も反射すると、何度目かに傾斜面３０に入射したときに傾斜面３０から漏れる。よって、光が傾斜面３０に１回しか入射しないようにする条件が必要になる。すなわち、条件２に加えて、傾斜面３０の長さ（水平距離）Ｓがつぎの条件３を満たす必要がある。ここで、Ｔは光導入部２６の最大厚み、ｔは導光板本体２５の厚み、ｎは導光板２３の屈折率、θは傾斜面３０の傾斜角である。
Ｓ ≦ （Ｔ＋ｔ）／tan〔arcsin（１／ｎ）＋２θ〕 …（条件３）

（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２による面光源装置４１の斜視図である。図９（Ａ）は、導光板の長さ方向に沿った、面光源装置４１の断面図である。図９（Ｂ）は、導光板の幅方向に沿った断面の一部を示す拡大断面図である。実施形態２の面光源装置４１では、指向性変換パターン３２の谷線の少なくとも一部が導光板本体２５の表面（光出射面２８）よりも導光板本体２５の内部側すなわち下方に位置している。他の構造は、実施形態１の場合とほぼ同じであるので、同一の構成部分には同一の符号を付して実施形態１における説明を援用する（実施形態３以降においても同様）。

指向性変換パターン３２は、図８及び図９（Ｂ）に示すように、山形状又はＶ溝状をした複数のパターン素子３３を互いに平行に並べたものである。指向性変換パターン３２は、光出射面２８の凹部内に形成されていて、その谷線（パターン素子３３の極小部）が光出射面２８よりも下方に位置している。図示例では、指向性変換パターン３２の稜線（パターン素子３３の極大部）は、光出射面２８と同じ高さに位置していて指向性変換パターン３２の全体が光出射面２８よりも下に埋まっている。しかし、指向性変換パターン３２の稜線が光出射面２８よりも下方に位置していてもよい。

実施形態１のように指向性変換パターン３２が光出射面２８より上に飛び出ている場合には、図６（Ａ）に破線で示す光Ｌａのように光導入部２６から導光板本体２５に入った光の一部がパターン素子３３の光出射面側の端面から外部へ漏れやすくなる。その結果、光出射面２８の端に目玉状の発光が生じ、部分的に輝度が高くなる恐れがある。また、光漏れによって光の利用効率が低下する恐れがある。

これに対し、図９（Ａ）のように指向性変換パターン３２が光出射面２８よりも下にある場合には、指向性変換パターン３２の光出射面側の端面４２ａが導光板本体２５から露出しない。そのため、光出射面側の端面４２ａを通過した光Ｌ１は光出射面２８の下方へ入り、導光板２３の外へ漏れにくくなる。その結果、光出射面２８の端部に生じる目玉状の発光が少なくなり、不均一な輝度分布を防ぐことができる。また、漏れ光が少なくなるので、光の利用効率が向上する。

指向性変換パターン３２の光出射面側の端面４２ａ（あるいは、隣接するパターン素子３３の端面間に位置する窪みの壁面）は、導光板の成形品を脱型する都合上、光出射面２８へ向かうに従って上方へ向かうように傾斜していることが望ましい。しかし、必ずしもこのような傾斜に限らない。たとえば、指向性変換パターン３２の光出射面側の端面４２ａは、光出射面２８と垂直な面でもよい。

指向性変換パターン３２（パターン素子３３）の光導入部側の端面４２ｂは、図９（Ａ）に示すように、光導入部２６の傾斜面３０を貫通するようにして傾斜面３０と接続されていることが望ましい。図６（Ａ）に示すように指向性変換パターン３２の光導入部側の端面と傾斜面３０との間に隙間があると、図６（Ａ）に破線で示す光Ｌｂのように傾斜面３０のうち指向性変換パターン３２の光導入部側の端面と対向する箇所から隙間へ光漏れが生じる。そのため、光の利用効率が低下し、また傾斜面３０の下端部に目玉状の発光が生じる。

これに対し、本実施形態では、指向性変換パターン３２の光導入部側の端面４２ｂが傾斜面３０に貫通するように接続されている。この場合には、図９（Ａ）に示す光Ｌ２のように、指向性変換パターン３２の光導入部側の端面４２ｂを通過した光は指向性変換パターン３２によって反射されて導光板本体２５内に戻る。よって、指向性変換パターン３２の光導入部側の端面４２ｂが傾斜面に貫通するように接続してあれば、光の利用効率が向上するとともに、光導入部側の端面４２ｂの近傍における目玉状の発光を低減できる。

なお、指向性変換パターン３２は、一部が光出射面２８よりも上に飛び出ており、一部が光出射面２８よりも下にあってもよい。たとえば、パターン素子３３の高さのうち上側の１／２が光出射面２８よりも上にあり、下側の１／２が光出射面２８よりも下にあってもよい。

（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５１を示す斜視図である。この実施形態においては、光出射面２８が微細なレンチキュラーレンズ５２を有している。レンチキュラーレンズ５２は、光入射端面２７と垂直な方向に延びており、導光板本体２５の幅方向に沿って並んでいる。光出射面２８にレンチキュラーレンズ５２を設けておけば、光出射面２８から出射する光の指向特性が、導光板２３の幅方向で狭くなる。

実施形態３の面光源装置５１のあるサンプルでは、光利用効率（光入射端面から導光板内に入射した光のうち、光出射面から出射する光の割合）は９３.７％であった。これに対し、面光源装置５１において指向性変換パターン３２の形成されている領域を平坦な面にした比較例のサンプルでは、光利用効率は８６.６％であった。よって、導光板本体２５の表面に指向性変換パターン３２を設けることで、光の漏れを小さくできることを確認できた。

（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４による面光源装置５３の断面図である。実施形態４においては、光導入部２６の上面に反射板５４を配置している。光導入部２６の上面に反射板５４を重ねてあると、傾斜面３０から漏れた光は、反射板５４で反射し、光導入部２６内へ再入射する。よって、傾斜面３０から漏れる光の光量を少なくし、面光源装置５３の光利用効率を向上させることができる。特に、上記の条件２又は条件３を満たさない場合には、傾斜面３０から光が漏れる恐れがあるので、本実施形態が有効である。

たとえば本実施形態のあるモデルでは光利用効率が９４.２％であったが、反射板５４を取り除くと光利用効率は９３.７％に低下した。

（実施形態５）
図１２は、本発明の実施形態５による面光源装置６１の平面図である。実施形態５の面光源装置６１は、傾斜面３０と光出射面２８の間に形成された指向性変換パターン３２の断面形状に特徴がある。すなわち、光入射端面２７に平行な断面では、各パターン素子３３が左右非対称な形状を有している。

図１３は、図１２のＹ２−Ｙ２線断面における指向性変換パターン３２の断面形状を示す。すなわち、図１３は、光入射端面２７と平行に切った指向性変換パターン３２の断面のうち、光源２２の前方に位置し、かつ、光源２２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２２の発光中心を通過し、かつ、導光板２３の光入射端面２７及び光出射面２８に垂直な平面をいう。また、光源幅Ｗとは、光源２２のパッケージの幅ではなく、発光面（光出射窓）の幅をいう。図１３では、指向性変換パターン３２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。

実施形態５の面光源装置６１の指向性変換パターン３２は、光入射端面２７と平行な断面における光源幅Ｗの領域で、以下に述べる構造又は特性を有している。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又は特性を有していてもよいが、光源２２から離れた領域では供給される光量が小さいので、光源幅Ｗの外側では特に指向性変換パターン３２の構造は限定しない。

光入射端面２７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３２を構成する大部分又はすべてのパターン素子３３は非対称な形状を有する。
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６２ａ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６２ｂが、当該稜線を通り光出射面２８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３３（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６２ａ、６２ｂ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３２の表面である。図１３に示す指向性変換パターン３２では、パターン斜面６２ａ、６２ｂは平面であるが、曲面や屈曲面であってもよい。

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。）を考える。そこでは、導光板２３の内部から外部へ向けて各パターン斜面６２ａ、６２ｂ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６２ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面６２ｂ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６２ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面６２ａ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（条件４）。

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。）を考える。そこでは、導光板２３の内部から外部へ向けて各パターン斜面６２ａ、６２ｂ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６２ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面６２ｂ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６２ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面６２ａ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（条件４）。

このためには、隣接する２つのパターン斜面６２ａ、６２ｂ（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６２ｂ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６２ａ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（D2≧D1 and NOT（D2≡D1）：条件５）。光源幅Ｗの領域にある少なくとも一部のパターン素子３３が、条件５を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子３３が、この条件５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３３に要求されるものではない。

図１４（Ｂ）は、左右対称な断面形状を有するパターン素子３３からなる指向性変換パターン３２において、発光中心２２ａから出射した光の挙動を表す模式図である。発光中心２２ａから出射した光のうち、発光中心２２ａから前方へ向けて出射された光は指向性変換パターン３２で反射するので、パターン素子３３の傾斜面から漏れにくい。しかし、パターン素子３３が左右対称な断面形状を有する場合には、発光中心２２ａから斜めに出射する光は、図１４（Ｂ）に破線で示す光Ｌのようにパターン素子３３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３２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３２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る。その結果、光が指向性変換パターン３２から漏れやすくなり、光損失が大きくなる。

これに対し、実施形態５では、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６２ｂ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６２ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている（条件４）。特に、多くのパターン素子において、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面６２ｂ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６２ａ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（D2≧D1 and NOT（D2≡D1）：条件５）。

よって、図１４（Ａ）に示すように、発光中心２２ａ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６２ａ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１４（Ｂ））である場合と比較して狭くなる。その結果、パターン斜面６２ａ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６２ａ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６２ａに入射する光Ｌ１の入射角が大きくなる。よって、光Ｌ１がパターン斜面６２ａから漏れにくくなる。この結果、実施形態５の面光源装置６１によれば、指向性変換パターン３２からの光の漏れを抑制でき、光の利用効率が向上する。

（実施形態５の変形例）
図１３に示した指向性変換パターン３２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。しかし、各パターン素子の断面形状は、光源中心Ｃからの距離に応じて変化していてもよい。

指向性変換パターン３２のパターン斜面６２ａ、６２ｂは、必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面でもよい。

図１３に示すパターン素子３３の頂角ωは、各パターン素子３３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３２を成形するための成形金型の加工が容易になるからである。

実施形態５のような断面形状を有する指向性変換パターンに関しては、国際出願：ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／５６１８２に詳述されている。実施形態５の面光源装置６１に対しては、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。

（実施形態６）
これまで説明してきた実施形態では、いずれもパターン素子３３は互いに平行に配列していた。しかし、パターン素子３３は、光入射端面２７に垂直な方向に対して傾いていてもよい。

図１５（Ａ）に示す面光源装置６６では、パターン素子３３が光源中心の左右で互いに反対向きに傾き、パターン素子３３がＶ字状に配列している。図１５（Ｂ）に示す面光源装置６７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３３が放射状に配列している。

その他、本発明の実施形態のバリエーションとしては、特許文献１の図８１に記載されているように、導光板のコーナー部をカットして光入射端面を形成し、導光板のコーナー部に対向させて光源を配置してもよい。また、特許文献１の図８２に記載されているような線状光源を用いてもよい。

（実施形態７）
図１６は、本発明の実施形態７による面光源装置７１を示す平面図である。この面光源装置７１では、１枚の導光板２３に対して複数個の光源２２を用いている。すなわち、導光板２３の光入射端面２７に対向させて、複数個の光源２２を一定ピッチ毎に配置している。また、導光板本体２５の、傾斜面３０に隣接する領域には、指向性変換パターン３２を形成している。この実施形態によれば、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７１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。

（実施形態８）
図１７は、本発明の面光源装置（例えば、実施形態１の面光源装置２１）を用いた液晶表示装置８１の概略断面図である。この液晶表示装置８１では、導光板２３の光出射面に対向させて拡散板８２、１枚又は２枚のプリズムシート８３及び液晶パネル８４を重ねてあり、導光板２３の裏面に反射シート３４を対向させている。このような液晶表示装置８１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８１の光利用効率を向上させて画面を見やすくできるとともに、液晶表示装置８１の薄型化を図ることができる。

（実施形態９）
図１８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の平面図である。スマートフォン９１の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、スマートフォン以外のモバイル機器、たとえば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にも適用できる。

２１、４１、５１、５３、６１、６６、６７、７１ 面光源装置
２２ 光源
２３ 導光板
２５ 導光板本体
２６ 光導入部
２７ 光入射端面
２８ 光出射面
３０ 傾斜面
３２ 指向性変換パターン
３３ パターン素子
３４ 反射シート
５２ レンチキュラーレンズ
５４ 反射板
８１ 液晶表示装置
９１ スマートフォン

Claims (14)

1. 光が入射する端面を有する光導入部と、
   前記光導入部と連続させて設けた、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みを有する導光板本体と、
   前記導光板本体の表面に定めた、前記導光板本体へ導かれた光を外部へ出射させる光出射面と、
   前記光導入部の、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設けた、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滑らかな傾斜面と、
   前記導光板本体の前記光出射側の面において前記傾斜面の近傍領域に設けた、筋状のパターン素子からなる光学パターン部と、
   を備えたことを特徴とする導光板。
2. 前記パターン素子が、山形突起状又は溝状のパターンであることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
3. 前記光学パターン部は、稜線と谷線が前記導光板の幅方向に沿って交互に並び、
   前記端面と平行に切った前記光学パターン部の断面のうち、前記端面に対向させて配置す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において、
   前記光学パターン部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であり、さらに、
   前記光源の発光中心を通り、かつ、前記端面及び前記光出射面に垂直な平面の両側に、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１に記載の導光板。
4. 前記端面と平行に切った前記光学パターン部の断面のうち、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で、かつ、前記平面で隔てられた２つの領域のうち少なくとも一方の領域において、
   内部から外部へ向けて前記光学パターン部の隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記平面側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記平面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３に記載の導光板。
5. 前記端面と平行に切った前記光学パターン部の断面のうち、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において、
   隣接する２つの前記斜面に立てた法線のうち、前記法線が前記平面側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が前記平面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４に記載の面光源装置。
6. 前記光学パターン部の谷線の少なくとも一部が、前記光出射面よりも前記導光板本体の内部側に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
7. 前記光学パターン部の稜線の少なくとも一部が、前記光出射面よりも前記導光板本体の内部側に位置していることを特徴とする、請求項６に記載の導光板。
8. 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ることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
9. 前記パターン素子が、放射状に並んでいることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
10. 前記導光板本体の上面に垂直な方向から見たとき、前記パターン素子は、前記端面に対向させて配置する光源の発光中心を通り、かつ、前記端面に垂直な軸で隔てられた２つの領域のうち一方領域と他方領域でそれぞれ平行に揃い、前記一方領域と前記領域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。
11. 前記光出射面は、前記端面に垂直な方向と平行に延びたレンチキュラーレンズを有することを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載した導光板と、
    前記導光板の前記端面に光を送り込む光源と、
    を備えた面光源装置。
13. 請求項１から１１のいずれか１項に記載した導光板と、
    前記導光板の前記端面に光を送り込む光源と、
    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。
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。

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