JP4702197B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源装置に関し、特に液晶表示装置のバックライトやフロントライト、両面で照明可能なライトなどとして用いられる面光源装置に関する。

近年、情報通信の高速化やＩＴ化に伴い、比較的小型の携帯型情報端末が民生向け商品として急速に市場に浸透しつつある。その代表的なものとしては、携帯電話、ＰＤＡ、多機能型腕時計、ＡＴＭなどがあり、これらの携帯型情報端末などの基幹デバイスとして液晶表示装置が用いられる。その中でも、カラー表示の液晶表示装置が主流となっており、より高精細で、小型、薄型、省電力かつ低コストなものが求められている。

図１は従来の面光源装置１１の構造を示す一部破断した分解斜視図である。この面光源装置１１は、透明な導光板１２の端面（光入射面）に対向させて冷陰極管１３を配置し、導光板１２の前面に拡散シート１４、２枚のプリズムシート１５、１６を順次重ね、さらに導光板１２の背面側に反射シート１７を配置したものである。２枚のプリズムシート１５、１６はプリズムの配列方向が互いに直交するように配置されている。また、導光板１２の背面には、白色塗料などによって拡散パターン１８が形成されている。

図２は面光源装置１１の各部分を透過する光の指向特性を説明する図である。この面光源装置１１にあっては、冷陰極管１３から出射された光は光入射面から導光板１２内部に入り、導光板１２の前面と背面との間で反射を繰り返しながら導光板１２内を伝搬する。導光板１２内を冷陰極管１３と反対側に向けて伝搬する光は、拡散パターン１８で拡散反射されることによってその一部が導光板１２の前面（光出射面）から斜め前方へ向けて出射される。こうして導光板１２の光出射面から出射される光は、導光板１２の光出射面と平行な方向に傾いており、この出射光の指向特性は図２のＰ１１のように表わされる。

導光板１２から出射された光は、拡散シート１４を透過することによって拡散されるので、拡散シート１４を透過した光は、図２にＰ１２で表わしたようなほぼランバート特性を持つ光となる。

拡散シート１４を透過した光は、さらにプリズムシート１５を透過することにより冷陰極管１３の長さ方向と垂直な面内における指向性を狭められると共に最大強度の方向が導光板１２にほぼ垂直な方向を向くように光路を曲げられ、図２にＰ１３で表わしたような指向特性となる。

ついで、プリズムシート１６を透過した光は、冷陰極管１３の長さ方向と平行な方向における指向性を狭められると共に最大強度の方向が導光板１２の光出射面に垂直な方向を向くように光路を曲げられ、図２にＰ１４で表わしたような指向特性となり、面光源装置１１の正面方向へ向けて出射される。

このような構造の面光源装置１１では、輝度ムラを低減する効果は高いが、導光板１２の前面に拡散シート１４やプリズムシート１５、１６を重ねているので、これらのシートのために面光源装置１１の厚みが厚くなる問題があった。また、光の制御性や利用効率も低かった。

図３は従来の別な構造の面光源装置２１を示す概略斜視図である。この面光源装置２１にあっては、導光板２２の端面（光入射面）に対向させて光源２３を配置し、導光板２２の背面に対向させて反射シート２４を配置している。導光板２２の背面には、断面三角形凹状をした光偏向パターン２５が、光源２３を中心として同心円状に配列されている。

しかして、この面光源装置２１にあっては、光源２３から出射された光は、光入射面から導光板２２内に入り、導光板２２内を伝搬しながら導光板２２全体に広がる。そして、導光板２２内を導光する光が光偏向パターン２５に入射すると、光偏向パターン２５で全反射された光が導光板２２の前面（光出射面）からほぼ垂直な方向へ向けて出射される。このような構造の面光源装置２１によれば、最初の従来例のように拡散シートやプリズムシートが不要になるので、面光源装置２１を薄型化することができ、また光の制御性や利用効率も向上する。

このような面光源装置２１では、側面から見た様子では、図４（ａ）に示すように、導光板２２の光出射面の各部から出射される光の指向特性は例えばＰ２１とＰ２２のようにほぼ等しくなっている。また、光源２３の近傍では光偏向パターン２５の光反射面の密度を小さくし、光源２３から遠くなるにつれて光偏向パターン２５の光反射面の密度を大きくしているので、導光板２２の光出射面全体で輝度の均一化も図られている。そのため、図４（ａ）のように、光出射面を正面から見た場合には輝度ムラが生じない。

これに対し、図４（ｂ）に示すように、光源２３の近傍では光出射面から出射される光の、光の進行方向に垂直な面内の指向特性はＰ２３のように横に広がっているが、光源２３から遠い箇所では光の進行方向に垂直な面内の指向特性はＰ２４のように狭くなっている。そのため、図４（ｂ）のように、光出射面を斜め方向から見た場合には光出射面に輝度ムラが生じ、光源２３に近い領域が明るく光る。なお、光の進行方向に垂直な面内の指向特性とは、図２２のＥ２方向から見たときの指向特性であり、以下においては、これを光偏向パターンの長手方向における出射光の指向特性と称したり、文脈から明らかな場合には単に指向特性と呼ぶこともある（本発明の実施例においても同様である。）。

今後の液晶表示装置の高品質化や用途の多様化を考慮すると、このような輝度ムラを解決する必要があり、どのような方向から見ても輝度ムラの生じない理想的な面光源装置が要求される。

光偏向パターン２５の長手方向における出射光の指向特性が場所によって異なる理由を本発明の発明者らが検討した結果、以下のような知見を得た。図５（ａ）は光源２３の近傍にある光偏向パターン２５に入射し光偏向パターン２５で全反射された光の指向特性Ｐ２３を示す。図５（ｂ）は光源２３から離れた位置にある光偏向パターン２５で全反射された光の指向特性Ｐ２４を示す。これらの図においては、光偏向パターン２５の光反射面における反射点は黒丸で表わしている。また、図５（ａ）（ｂ）における指向特性Ｐ２３、Ｐ２４は、光偏向パターン２５の光反射面で全反射された光を図２２のＥ２方向から見たときの指向特性を表わしている。後述の図６及び図７についても同様である。光源２３はたとえ点光源と呼ばれるものであっても有限な大きさを有しており、しかも光偏向パターン２５の長さ（長手方向の幅）は光源２３の幅に比べて非常に小さいので、図５（ａ）のように光源２３の近傍にある光偏向パターン２５には、光源２３の光源発光面の幅の両端と光偏向パターン２５の重心を結んだ直線で形成される見込み角が広いので、広い拡がりをもって入射光が入射する。そのため、光偏向パターン２５で全反射された光の拡がりも大きくなり、指向特性Ｐ２３が広くなる。これに対し、図５（ｂ）のように光源２３から離れた位置にある光偏向パターン２５の場合には、光源２３の光源発光面の幅の両端と光偏向パターン２５の重心を結んだ直線で形成される見込み角が狭いので、光偏向パターン２５に入射する光の拡がりは狭くなる。そのため、光偏向パターン２５で全反射された光の拡がりも小さくなり、指向特性Ｐ２４は狭くなる。この結果、光源２３の近傍と光源２３から離れた位置とでは指向特性に広狭が生じるのである。

また、図６（ａ）は光源２３の前方にある光偏向パターン２５に入射し光偏向パターン２５で全反射された光の指向特性Ｐ２３を示す。図６（ｂ）は光源２３の前方から外れた方向にある光偏向パターン２５で全反射された光の指向特性Ｐ２５を示す。図６（ａ）のように光源２３の前方にある光偏向パターン２５の場合には、光源の光源発光面の幅の両端と光偏向パターンの重心を結んだ直線で形成される見込み角ξＣが広いので、広い拡がりをもって入射光が入射する。そのため、光偏向パターン２５で全反射された光の拡がりは大きくなり、指向特性Ｐ２３が広くなる。これに対し、光源２３からの距離が等しい場合であっても、図６（ｂ）のように光源２３の前方から外れた斜め方向にある光偏向パターン２５の場合には、光源２３の光源発光面の幅の両端と光偏向パターン２５の重心を結んだ直線で形成される見込み角ξＤが狭いので、光偏向パターン２５に入射する光の拡がりは狭くなる。そのため、光偏向パターン２５で全反射された光の拡がりも小さくなり、指向特性Ｐ２５は狭くなる。この結果、光偏向パターン２５の位置する方向によって指向特性に広狭が生じるのである。

このように場所によって指向特性が変化する結果、垂直な方向から見た場合には各領域で輝度が均一となるように光偏向パターン２５の光反射面の密度が調整されていたとしても、斜め方向から見た場合には、光出射面の各領域で輝度が異なり、面光源装置２１に輝度ムラが生じている。

なお、光偏向パターン２５で全反射された光の指向特性を制御する方法としては、例えば図７（ａ）に示すように、光偏向パターン２５を光の入射方向で凸となるように湾曲させたものがある（特許文献２参照）。このような光偏向パターン２５によれば、図７（ｂ）に示すように、光を全反射して光の指向特性をＰ２６のように広げることができる。また、蛇行状の光偏向パターン等によって出射光の指向特性を広くすることも提案されている（特許文献１参照）。しかし、これらの従来の面光源装置では、光源からの相対位置を考慮せず、すべての光偏向パターンが同じように湾曲していて同一形状をしていたので、任意の方向から見たときの輝度ムラを解消するうえでは効果がなかった。

特開２００１−２４３８２２ 特開２００２−２１５５８４ 特開２００４−１２６０１６

本発明は上記のような知見に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、拡散シートやプリズムシート等によって面光源装置の厚みを大きくすることがなく、しかも、どのような方向から見ても輝度ムラの生じにくい面光源装置を提供することにある。

本発明にかかる第１の面光源装置は、光源と、前記光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の光出射面と反対側の面には導光板内を導光する光を反射させるための複数の光偏向パターンが形成された面光源装置において、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンは、その光反射面に垂直な法線の方向が前記光反射面の長手方向に沿って変化しており、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布が光偏向パターンと前記光源との距離に応じて変化していて、当該分布における半値幅は、前記光源からの距離が遠いほど大きくなっていることを特徴としている。

本発明の第１の面光源装置にあっては、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布を、光源からの距離に応じて変化させているので、導光板から出射される出射光の光の進行方向に垂直な方向の指向特性を、光源からの距離に応じて調整することができ、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにすることが可能になる。特に、この面光源装置では、光源からの距離が大きいほど、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布における半値幅が大きくなっているので、光源から遠くにある光偏向パターンで反射された光ほど大きく拡げられることになる。よって、導光板から出射される出射光の光源側から見た指向特性が、光源からの距離にかかわらずほぼ等しくなるようにでき、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにできる。

本発明にかかる第２の面光源装置は、光源と、前記光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の光出射面と反対側の面には導光板内を導光する光を反射させるための複数の光偏向パターンが形成された面光源装置において、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンは、その光反射面に垂直な法線の方向が前記光反射面の長手方向に沿って変化しており、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布が光偏向パターンと前記光源との距離に応じて変化していて、前記導光板の光出射面から出射される光の、前記光源側から見たときの視野角の目標値をφ、前記導光板の屈折率をｎとし、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面を円弧形状で近似した場合、前記円弧形状の中心角が２×φ／ｎ以下で、かつ、前記光源からの距離が遠いほど前記円弧形状の中心角が大きくなっていることを特徴としている。。ここで、光出射面から出射される光の光源側から見た視野角とは、光反射面に入射した光源からの光が光反射面で反射して導光板の光出射面から出射されるとき、光出射面から出る光の指向特性を光源側から見て、その指向特性の光強度が最大強度の１／２以上となる範囲の角度を指す。

本発明の第２の面光源装置にあっては、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布を、光源からの距離に応じて変化させているので、導光板から出射される出射光の光の進行方向に垂直な方向の指向特性を、光源からの距離に応じて調整することができ、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにすることが可能になる。特に、この面光源装置では、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面を円弧形状で近似した場合、円弧形状の中心角が２×φ／ｎ以下で、かつ、光源からの距離が遠いほど円弧形状の中心角が大きくなっているので、光源から遠くにある光偏向パターンで反射された光ほど大きく拡げられることになる。よって、導光板から出射される出射光の光源側から見た指向特性が、光源からの距離にかかわらずほぼ等しくなるようにでき、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにできる。また、光反射面を円弧形状で近似しているので、その中心角の大きさによって法線方向の出現頻度の分布を制御することができる。

本発明にかかる第３の面光源装置は、光源と、前記光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の光出射面と反対側の面には導光板内を導光する光を反射させるための複数の光偏向パターンが形成された面光源装置において、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンは、その光反射面に垂直な法線の方向が前記光反射面の長手方向に沿って変化しており、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布が、前記光源の光源発光面の幅の両端と光偏向パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角に応じて変化していることを特徴としている。

本発明の第３の面光源装置にあっては、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布を、前記光源の発光面の幅と光偏向パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角に応じて変化させているので、導光板から出射される出射光の光源側から見た指向特性を、光源から見た方向に応じて調整することができ、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにすることが可能になる。

本発明にかかる第３の面光源装置のある実施態様では、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布における半値幅は、前記光源の光源発光面の幅方向の両端と、各光偏向パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角が小さいほど大きくなっている。

この実施態様にあっては、光源の光源発光面の幅方向の両端と、各光偏向パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角が小さいほど、光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布における半値幅が大きくなっているので、光源の正面から外れた方向にある光偏向パターンで反射された光ほど大きな拡がりをもって反射されることになる。よって、導光板から出射される出射光の光源側から見た指向特性が、光源から見た方向にかかわらずほぼ等しくなるようにでき、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにできる。

本発明にかかる第３の面光源装置の別な実施態様では、前記導光板の光出射面から出射される光の、前記光源側から見たときの視野角の目標値をφ、前記導光板の屈折率をｎ、前記光源の光源発光面の幅方向の両端と各光偏光パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角ξとしたとき、２×φ／ｎ≦ξとなる領域においては、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面がほぼ直線状となり、２×φ／ｎ＞ξとなる領域においては、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面を円弧形状で近似した場合に、前記円弧形状の中心角が２×（φ／ｎ）−ξ以下で、かつ、前記見込み角ξが小さいほど前記円弧形状の中心角が大きくなっている。

この実施態様にあっては、２×φ／ｎ＞ξとなる領域においては、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面を円弧形状で近似した場合に、円弧形状の中心角が２×（φ／ｎ）−ξ以下で、かつ、前記見込み角ξが小さいほど前記円弧形状の中心角が大きくなっているので、光源の正面から外れた方向にある光偏向パターンで反射された光ほど大きな拡がりをもって反射されることになる。よって、導光板から出射される出射光の光の進行方向に垂直な方向の指向特性が、光源から見た方向にかかわらずほぼ等しくなるようにでき、いずれの方向から見ても面光源装置の輝度ムラが生じないようにできる。そして、光反射面を円弧形状で近似しているので、その中心角の大きさによって法線方向の出現頻度の分布を制御することができる。また、２×φ／ｎ≦ξとなる領域においては、光出射面に垂直な方向から見たときの光反射面がほぼ直線状となっているので、光反射面を近似した円弧形状の曲率が小さくなる領域では光反射面をほぼ直線状としており、光反射面の設計及び製造を簡略にすることができる。

本発明にかかる第１、第２の面光源装置のある実施態様又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光反射面の長手方向中央部が円弧状に形成されており、前記光反射面の長手方向両端部が長手方向中央部よりも大きな曲率でもって湾曲しており、かつ、前記光反射面の長手方向両端部が前記長手方向中央部を延長した円弧の内周側に位置している。かかる実施態様によれば、光反射面の長手方向中央部で反射光の基本的な要求特性を得たうえで光反射面の長手方向両端部で反射光の拡がりを大きくすることができる。

本発明にかかる第１、第２の面光源装置の別な実施態様又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンの光反射面が湾曲または蛇行している。かかる実施態様によれば、光偏向パターンの湾曲具合を調整することにより光偏向パターンの光反射面に垂直な法線を任意の拡がりをもって分布させることができる。光反射面が湾曲または蛇行する形態としては、略円弧状に湾曲する場合や、Ｓ字状に蛇行する場合などがある。よって、法線方向の出現頻度の分布の半値幅を等しくする場合でも、種々の曲面形状によって具体化することができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンの光反射面が、その中央部が光源方向へ向けて突出した凸湾曲面となっている。かかる実施態様によれば、光偏向パターンの端部における成形時のダレにより乱反射された迷光を軽減させることができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光偏向パターンの光反射面のその端と端を結ぶ直線の長さが３０μｍ以下となっている。かかる実施態様によれば、光偏向パターンの直線長さを３０μｍ以下に小さくすることにより、光偏向パターンによる光出射面における光のぎらつきを抑えることができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面が、前記光反射面を斜面とする三角形凹状となっている。かかる実施態様にあっては、光反射面である斜面の角度を調整することにより、光出射面から出射される光の方向や側面側から見た指向特性を任意に調整することができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面が、前記光反射面を斜面とする三角形凹状の部分と、前記三角形凹状の部分の光入射側において前記三角形凹状の部分と連続するように形成された前記光反射面を斜面とする三角形凸状の部分とからなっている。かかる実施態様によれば、光出射面に垂直な方向に出射する光の強度を増加させることができ、光の利用効率を高めることができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面が、前記光反射面を斜面とする三角形凹状の部分と、前記三角形凹状の部分の光入射側と反対側において前記三角形凹状の部分と連続するように形成された三角形凸状の部分とからなっている。かかる実施態様によれば、光反射面を透過して導光板外部に漏れた光を三角形凸状の部分から導光板内に再入射させることができ、光の利用効率を向上させることができる。また、反射シートを不要にして面光源装置をより薄型化することができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面が、前記光反射面を斜面とする三角形凸状となっている。かかる実施態様にあって、光反射面である斜面の角度を調整することにより、光出射面から出射される光の方向や側面側から見た指向特性を調整することができる。かかる実施態様にあっては、光反射面である斜面の角度を調整することにより、光出射面から出射される光の方向や側面側から見た指向特性を調整することができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光源は線状光源もしくは光源発光面の幅の広い光源であって、前記導光板の一辺に対向させて配置されている。光源が線状光源である場合、すなわち導光板の一辺に平行な方向に長くなった光源の場合には、光源からの距離や方向による光偏向パターンに入射する光の拡がりの変化が大きくなるが、本発明によればこのような場合でも光出射面における光の輝度ムラを小さくすることができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様では、１つの点光源もしくは光源発光面の幅の狭い光源を前記導光板の一辺に対向させて配置している。光源が点光源である場合、すなわち導光板のいずれの側面の一辺の長さに比べても小さな光源である場合にも、光出射面における光の輝度ムラを小さくすることができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様では、複数個の前記光源を前記導光板の一辺に対向させて配列している。複数の光源を並べることにより、複数の光源を用いた場合にも、配列の態様により、光源を複数の点光源又は一方向に長い線状の光源とすることができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様では、前記光偏向パターンが、前記導光板の光出射面と反対側の面に不規則に配置されている。かかる実施態様によれば、光偏向パターンを不規則に配置しているので、各光偏向パターンで反射され光出射面から出射された光の干渉を低減することができる。

本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置のさらに別な実施態様では、前記光偏向パターンが、前記導光板の光出射面と反対側の面に、前記光源を中心として同心円状もしくは楕円状に配置されている。かかる実施態様によれば、導光板内を導光され光出射面から出射される光の制御性を高めることができ、光の利用効率を高くすることができる。

本発明にかかる画像表示装置は、本発明にかかる第１、第２又は第３の面光源装置と液晶表示パネルとを備えたものである。また、本発明にかかる携帯情報端末は、本発明にかかる画像表示装置を備えたものである。

かかる液晶表示装置や携帯情報端末によれば、面光源装置を正面から見たときだけでなく、斜め方向から見たときの輝度ムラも解消することができるので、画像の表示品質を向上させることができる。なお、携帯情報端末には、携帯電話、ＰＤＡ、電子手帳、デジタル時計、小型コンピュータ、携帯用計算器などが含まれる。

本発明にかかる画像表示方法は、本発明にかかる画像表示装置を用いて液晶表示パネルに画像を表示せしめることを特徴としている。かかる画像表示方法によれば、従来使用されていた拡散シートやレンズシートを使用することなく、液晶表示パネルを面光源装置で直接照射することができる。したがって、液晶パネルを直接照射することにより拡散シートやレンズシートを透過することによる画像のぼやけをなくすことができ、小型かつ薄型軽量の電子機器において、鮮明な画像を表示させることができる。特に、静止画はもちろん動画や情報コンテンツも鮮明に表示させることができる。

なお、本発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。
（面光源装置の構造）
図８は本発明の実施例１による面光源装置３１を示す斜視図である。導光板３２はポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂、ガラス等の屈折率の高い透明材料によって平板状に成形されている。導光板３２の短辺側の端面は光入射面３４となっており、光入射面３４に対向する位置には、ＬＥＤ等の発光素子を内蔵した光源３３が配置されている。導光板３２の前面は光出射面３５となっており、光出射面３５と対向する面は、光偏向パターン３７を形成されたパターン面となっている。このパターン面に対向させて導光板３２の背面側には、金属板や白色樹脂シートなどからなる反射シート３６が配置されている。なお、図８に示すように、光源３３（の光源発光面の中心）に原点を定め、導光板３２の厚み方向にｚ軸方向をとり、光出射面３５と平行で光源３３を通過する任意の方向にｒ軸方向をとり、光源の中心線を通り、光源の光源発光面と垂直な方向に中心線ＣＣをとり、中心線ＣＣとｒ軸方向のなす角度をωとし、ｒ軸及びｚ軸に垂直な方向にζ軸をとる。

図９は導光板３２のパターン面における光偏向パターン３７の配置を模式的に表わした平面図である。光偏向パターン３７は導光板３２の裏面に凹設された凹状パターンであって、光源３３を中心として同心円状に配置されており、円周方向に並んでいる光偏向パターン３７は互いに離散的に配置されている。図１０は光偏向パターン３７の形状を拡大して表わした図であって、図１０（ａ）は光偏向パターン３７の斜視図、図１０（ｂ）は平面図、図１０（ｃ）は断面図である。光偏向パターン３７は、断面三角形状に凹設されていて光反射面３８と再入射面３９を有している。また、光偏向パターン３７は、平面視では略円弧状に湾曲しており、その中央部が光源３３側に向けて凸状に湾曲している（すなわち、図１０では向かって左側に光源３３が位置している。）。光偏向パターン３７は、その長手方向における直線長さ（端と端を結ぶ直線の長さ）Ｐｗが３０μｍ以下であることが望ましい。光偏向パターン３７の直線長さＰｗを３０μｍ以下にすることにより、光偏向パターン３７が目立ちにくくなって光出射面３５におけるぎらつきを低減させることができる。

図１１は面光源装置３１における光の挙動を説明する図であって、ｚ軸方向とｒ軸方向を含む断面を表わしている。光源３３から出射された光は、光入射面３４から導光板３２内に入射し、導光板３２の前面（光出射面３５）と背面（パターン面）とで全反射を繰り返しながら導光板３２の全体に拡がっていく。こうして導光板３２内を導波する光が光偏向パターン３７に入射すると、光偏向パターン３７に入射した光はその光反射面３８で全反射され、光出射面３５を透過して外部へ出射される。その結果、導光板３２の光出射面３５からは最大強度の方向が光出射面３５にほぼ垂直な方向を向くようにして出射される。しかも、光源３３の近傍では、光偏向パターン３７は光反射面３８の密度が小さくなっており、光源３３から遠くなるに従って光偏向パターン３７の光反射面３８の密度が大きくなっているので、光出射面３５の全体にわたって輝度が均一化される。また、導光板３２の背面から漏れた光は、反射シート３６で反射された後、導光板３２内に再入射するので、光の損失が低減する。

（法線方向の出現頻度の分布）
図１２（ａ）は図９に示すＡ点のように光源３３の近傍に位置する光偏向パターン３７の平面図を示し、図１２（ｂ）は光出射面３５に垂直な方向から見たときの光反射面３８に垂直な各法線方向の出現頻度の分布（以下、法線方向の出現頻度分布という。）を表わす図である。また、図１３（ａ）は図９に示すＢ点のように光源３３から遠くにある光偏向パターン３７の平面図を示し、図１３（ｂ）はその法線方向の出現頻度分布を表わす図である。まず光偏向パターン３７の法線方向の出現頻度分布を定義する。図１４に示すように、光偏向パターン３７の光反射面３８をその長手方向に沿って一定幅の微少な切片３８ａ、３８ｂ、…に分割する。ここで各切片３８ａ、３８ｂ、…は、ほぼ平面と見なすことができる程度の小さなものであるとし、各切片３８ａ、３８ｂ、…に垂直に立てた法線をＮａ、Ｎｂ、…とする。そして、導光板３２の光出射面３５に垂直な方向から見たとき、各法線Ｎａ、Ｎｂ、…が光源３３からの光の入射方向（光偏向パターン３７と光源３３とを結ぶ方向）に対して成す角度を法線方向としてθａ、θｂ、…で表わす。そして、光出射面３５に垂直な方向から見たときに法線方向θ（＝θａ、θｂ、…）が等しい切片の数をそれぞれ数えて出現頻度を求めたものが出現頻度分布である。

図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）は、光出射面３５に垂直な方向から見ているとき、図１２（ａ）及び図１３（ａ）に示すように光反射面３８の長手方向に沿って法線Ｎ（＝Ｎａ、Ｎｂ、…）の方向θの変化を求め、等しい法線方向θの出現頻度を求め、法線方向θを横軸にとり、各法線方向の出現頻度を縦軸にとったものである。この曲線は切片３８ａ、３８ｂ、…の幅が小さくなるに従って図１２（ｂ）、図１３（ｂ）のように滑らかな曲線となる。言い換えると、法線方向がθとθ＋ｄθの間にある法線方向を持つ領域の面積の光反射面に対する割合Ｎ（θ）で出現頻度を表わせる。なお、図１２（ａ）及び図１３（ａ）に示す光反射面３８は完全な円弧ではないので、図１２（ｂ）及び図１３のグラフは曲線となるが、これは若干誇張して描いている。

なお、出射光の指向特性は、数学的には次の通り表わされる。光出射面３５に垂直な方向から見て、光反射面３８のある光入射点に立てた法線に対する入射光の入射角度をθinとし、その点で反射した後の出射光の光出射面３５に垂直な法線に対する出射角度をθoutとするとき、光反射面３８の中心でθin＝０となる平行光が入射した場合の出射光分布Ｆ１(θout)は、光反射面３８の法線方向の出現頻度Ｎ（θ）で決まる。導光板３２の屈折率をｎとすると、光の出射角度θoutは次式で表わされる。
ｎ・tan（θ）＝sin（θout）
ここで、α＝sin（θout）／ｎと置くと、Ｆ１（θout）は次式で表わされる。
Ｆ１（θout）＝Ｎ（arctan（α））・ｄθ／ｄθout
＝Ｎ（arctan（α））・cos（θout）／｛ｎ・（１＋α^２）｝
また、光偏向パターン３７に入射する光の入射光分布をξ(θin)とすると、そのときの出射光分布Ｆ２(θout)は、次式で表わされる。
Ｆ２（θout）＝∫ξ（θin）Ｆ１（θout−θin）ｄθin
（積分区間は、［−１８０deg.,＋１８０deg.］である。）

本発明においては、光源３３に近い位置では、図１２（ａ）（ｂ）に示すように光偏向パターン３７の湾曲具合は小さくなっており、従って法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋは小さくなっている。これに対し、光源３３から遠くなるにつれ、図１３（ａ）（ｂ）に示すように光偏向パターン３７の湾曲具合が次第に大きくなり、法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋも次第に大きくなっている。

（見込み角）
つぎに、光源３３から光偏向パターン３７に入射する光の広がりについて考える。図９のＡ点のように光源３３に近い位置では、図９に示すように、光源３３の光源発光面の幅方向の両端と光偏向パターン３７の重心を結んだ直線で作られる見込み角ξＡは大きい。一方、図９のＢ点のように光源３３から遠い位置では、図９に示すように見込み角ξＢは小さくなる。なお、この見込み角ξＡは、光源の光源発光面の幅Ｗと光偏向パターン３７のｒω座標で決定され、
ξＡ＝Arctan〔（ｒ×sinω＋Ｗ／２）（ｒ×cosω）〕−Arctan〔（ｒ×sinω−Ｗ／２）（ｒ×cosω）〕
で一義的に表わされる。見込み角ξＢについても同様である。従って、光源３３に近い光偏向パターン３７では、図１５（ａ）に示すように大きな見込み角ξＡの範囲にわたって光が入射し、入射光の角度分布は図１５（ｂ）のように広がりが大きくなる。これに対し、光源３３から遠くにある光偏向パターン３７では、図１６（ａ）に示すように小さな見込み角ξＢの方向から光が入射し、入射光の角度分布は図１６（ｂ）のように広がりが小さくなる。

（輝度分布の均一化）
本発明の面光源装置３１において、光出射面３５の各点での輝度分布が均一化される理由を従来例と比較しながら説明する。まず、湾曲度合いの異なる光偏向パターン３７の働きを説明する。図１７（ａ）〜（ｄ）は順次湾曲度合いの大きくなった光偏向パターン３７と、それぞれの法線方向の出現頻度分布と、同じ見込み角で入射した光が光反射面３８で反射されたときの出射光強度（以下、光出射面３５から出射される光を単に出射光という。）の拡がりを表わしている。ただし、図１７に示す出射光強度とは、光偏向パターン３７の光反射面３８で反射された光、あるいは光出射面３５から出射された光を図２２のＥ２方向のように光源側から見たときの光強度分布である。図１７から分かるように、光偏向パターン３７の湾曲度合いが大きくなるに従って法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋは広くなり、また出射光の拡がりが大きくなって出射光の指向性が高くなることが分かる。

図１８は本発明の面光源装置３１において、光源３３の近傍にある光偏向パターン３７（Ａ）と光源３３から遠くにある光偏向パターン３７（Ｂ）に入射する光の指向特性と各光偏向パターン３７で反射された出射光の指向特性とを表わしている。図１９の（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）は光源３３の近傍にある光偏向パターン３７（Ａ）における入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わし、図１９の（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｂ３）は光源３３から遠くにある光偏向パターン３７（Ｂ）における入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わす。また、図２０は従来例の面光源装置２１において、光源２３の近傍にある光偏向パターン２５（Ａ）と光源２３から遠くにある光偏向パターン２５（Ｂ）に入射する光の指向特性と各光偏向パターン２５で反射された出射光の指向特性とを表わしている。図２１の（ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）は従来例において光源２３の近傍にある光偏向パターン２５（Ａ）における入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わし、図２１の（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｂ３）は光源２３から遠くにある光偏向パターン２５（Ｂ）における入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わす。

なお、図１８及び図２０（図２４、図２５も同様）においては、光偏向パターン３７（２５）の光反射面における光の反射点には黒丸を施している。また、図１８〜図２１（図２４、図２５も同様）に表わした入射光の指向特性及び入射光の強度分布は、光反射面に入射する前の光を図２２のＥ１方向から見たときのものであり、出射光の指向特性及び入射光の強度分布は、光反射面で反射した光を図２２のＥ２方向から見たときのものである。

従来例の場合でも、図２０又は図２１（ａ１）（ｂ１）に示すように光偏向パターン２５に入射する光の見込み角は、光源の近傍の光偏向パターン２５（Ａ）では大きくてξＡとなっており、光源から離れた箇所の光偏向パターン２５（Ｂ）では小さくてξＢとなっている。そのため、図２０に示すように光出射面全体にわたって同一形状の光偏向パターン２５が設けられていて、図２１（ａ２）（ｂ２）に示すように法線方向における出現頻度の半値幅Ｋがどの光偏向パターン２５についても同じである従来例の場合には、見込み角の変化をそのまま反映して、図２０又は図２１（ａ３）（ｂ３）のように光源２３の近傍では出射光の指向特性は広く、光源２３から離れた箇所で出射光の指向特性は狭くなる。このように光源２３からの距離に応じて出射光の指向特性が変化する場合には、前記のように斜め方向から見た場合には、光源２３からの距離で出射光輝度が異なり、導光板２２の光出射面に輝度ムラが生じる問題があった。

本発明の場合でも、図１８又は図１９（ａ１）（ｂ１）に示すように光偏向パターン３７に入射する光の見込み角は、光源３３の近傍では大きくてξＡとなっており、光源３３から離れた箇所では小さくてξＢとなっている。しかし、本発明の場合には、図１８に示すように光偏向パターン３７の形状が光源３３からの距離に応じて変化しており、図１９（ａ２）（ｂ２）に示すように法線方向における出現頻度の半値幅Ｋが光源３３からの距離が大きくなるほど広くなっている。よって、本発明の場合には、見込み角の変化と法線方向における出現頻度の半値幅Ｋの変化とが逆向きに変化することになって互いに相殺し、図１８又は図１９（ａ３）（ｂ３）のように光源３３から距離にかかわりなく光源３３側から見た出射光の指向特性はほぼ均一となる。具体的にいうと、光源３３から遠い位置では、比較的狭い見込み角度ξＢで光源３３の光が入射するが、光偏向パターン３７の湾曲具合が大きいので、入射光が光反射面３８で全反射されて光出射面３５から出射させられる際には比較的大きく広げられる。一方、光源３３に近い位置では、比較的広い見込み角度ξＡで光源３３の光が入射するが、光偏向パターン３７の湾曲具合が小さいので、入射光が光反射面３８で全反射されて光出射面３５から出射させられる際にあまり大きく広げられない。その結果、光源３３からの距離に応じて、各光偏向パターン３７の法線方向の出現頻度分布の半値幅を適宜設計することにより、光源３３側から見た指向特性（ｒζ面内での指向特性）が光源３３からの距離にかかわりなくほぼ均一となるようにすることができる。

また、図１１のようなｚｒ平面内で考えると、各光偏向パターン３７に入射する光の導光板厚み方向の広がりは光源３３からの距離に関係なくほぼ一定である。そして、各光偏向パターン３７の光反射面３８の角度も光源３３からの距離に関係なく一定となっているので、ｚｒ平面内における指向特性（ζ軸方向から見た指向特性）も光源３３からの距離にかかわりなくほぼ均一となっている。

また、光偏向パターン３７は、光源３３の近傍では光反射面３８の密度が低く、光源３３から遠くなるにつれて光反射面３８の密度が大きくなっているので、導光板３２の光出射面３５全体で輝度が均一化されている。

よって、本発明の面光源装置３１にあっては、光源３３からある方向を見た場合、光源３３からの距離にかかわりなく出射光の指向特性がどの方向から見てもほぼ同じ形状となっている（つまり、三次元の指向特性が同じ形状となっている。）。

図２３は、従来例と本発明の場合において、光源からの距離と光源から見た出射光の光強度分布の半値幅（視野角）との関係を表わしたものである。従来例の場合には、光源から距離が大きくなるに従って半値幅が急激に小さくなっていくので、斜め方向から見たときには光源から離れた部分が暗くなって輝度ムラが生じる恐れがある。これに対し、本発明の場合には光源からの距離に関係なく出射光の光強度分布の半値幅はほぼ一定となっているので、輝度ムラは生じにくい。

以上の説明では、光源から見て同一方向において光源からの距離による指向特性の変化を考えた。しかし、出射光の指向特性は、図６で説明したように光源からの距離が同じであっても、光源から見た方向によっても変化する。すなわち、図６に示すように、光源２３からの距離が等しくても、光源２３の正面に位置する光偏向パターン２５では、その見込み角ξＣは大きいが、光源２３の正面から外れた縁の方に位置する光偏向パターン２５では、見込み角ξＤは小さくなる。

そのため、従来例のように各光偏向パターン２５の形状が同じであれば、光源２３からの距離が等しくても、光源３３の正面に位置する光偏向パターン２５では、その見込み角ξＣが大きいので、出射光の指向特性Ｐ２３も広くなり、また、光源２３の正面から外れた縁の方に位置する光偏向パターン２５では、見込み角ξＤが小さいので、出射光の指向特性Ｐ２５が狭くなり、輝度ムラが生じてしまう。

これに対し、本発明の面光源装置３１の場合では、図２４に示すように、光源３３からの距離が等しくても、光偏向パターン３７の位置する方向が光源３３の前面に立てた垂線ＣＣに対してなす角度θが大きくなるほど光偏向パターン３７の湾曲具合を大きくし、法線方向の出現頻度の半値幅Ｋを広くしている。よって、図２５に示すように、光源３３の正面から外れた光偏向パターン３７ほど見込み角ξＤが小さくなるが、その一方で光偏向パターン３７の湾曲具合が大きくなり、法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが大きくなるので、見込み角ξＤが小さくなった分だけ光偏向パターン３７により出射光が広げられ、導光板３２の縁の方に位置する光偏向パターン３７（Ｄ）で反射された光も、光源３３の前方に位置する光偏向パターン３７（Ｃ）もほぼ同じ指向特性で出射させることができる。

図２６は、従来例と本発明の場合において、光反射面での見込み角と光源から見た出射光の光強度分布の半値幅（視野角）との関係を表わしたものである。従来例の場合には、見込み角が小さくなるに従って半値幅が急激に小さくなっていくので、斜め方向から見たときには中心から外れた縁の部分が暗くなって輝度ムラが生じる恐れがある。これに対し、本発明の場合には見込み角に関係なく出射光の光強度分布の半値幅はほぼ一定となっているので、輝度ムラが生じにくい。

以上の説明から分かるように、本発明の面光源装置３１によれば、導光板３２の光出射面３５のどの位置においても三次元で表わした出射光の指向特性がほぼ等しくなるので、面光源装置３１をどのような方向から見ても輝度ムラが生じにくく、視認性に優れた面光源装置３１を作製することができる。しかも、第１の従来例のように拡散シートやプリズムシート等が必要ないので、面光源装置３１を薄型化することができる。

（変形例）
以下においては、本発明の変形例について順次説明する。光源３３の形態について説明する。光源３３は、図２７（ａ）に示すように、導光板３２の幅程度の長さを有する光源３３（線状光源）であってもよく、あるいは、図２７（ｂ）に示すように、導光板３２の幅に比べて十分に小さな光源３３（点光源）であってもよい。また、図２７（ｃ）に示すように、小さな光源３３（点光源）を複数個並べて線状光源化、あるいは点光源化したものであってもよい。図２７（ｃ）のように複数の光源３３を並べた場合には、本発明の面光源装置によれば、光源３３どうしの間の隙間による輝度ムラを解消させることができる。

また、光偏向パターン３７は、光源３３の方向に対して中央部が引っ込むように湾曲していてもよいが、上記実施例（例えば、図１２、図１３）のように光源３３の方向に対して突出するように湾曲していることが望ましい。成形ダレは光偏向パターン３７の端の鋭角部分で大きくなり易いので、図２８（ｂ）に示すように、光偏向パターン３７が光源３３の方向に対して引っ込むように湾曲している場合には、光偏向パターン３７の成形ダレ４０が光源３３側に位置することになり、光源３３からの入射光が成形ダレ４０で乱反射されて迷光となる恐れがある。これに対し、図２８（ａ）に示すように、光偏向パターン３７が光源３３の方向に対して突出するように湾曲している場合には、光偏向パターン３７の端に成形ダレ４０が生じても光偏向パターン３７の陰になり易く、光源３３からの入射光が成形ダレ４０で乱反射されて迷光となりにくいからである。

また、光偏向パターン３７は、略円弧状に湾曲したものに限らず、図２９（ａ）に示すような蛇行状に湾曲したもの、図２９（ｂ）に示すような楕円弧状に湾曲したもの、図２９（ｃ）に示すようにＳ字状に湾曲したものでもよい。あるいは、図２９（ｄ）に示すように、複数個の光偏向パターン３７を湾曲させて配置したものでもよい。また、図２９（ｅ）に示すように円または楕円の半球状のものでもよく、図２９（ｆ）に示すように、複数個の光偏向パターン３７が光源３３と反対側に向けて突出するように湾曲して配置されたものであってもよい。

このような形状の異なる光偏向パターン３７であっても、同じ機能を持たせることができる。例えば、図３０（ａ１）に示す略円弧状の光偏向パターン３７は図３０（ｂ１）に示すような法線方向の出現頻度分布を有し、図３０（ａ２）に示す蛇行状の光偏向パターン３７は図３０（ｂ２）に示すような法線方向の出現頻度分布を有し、図３０（ａ１）の略円弧状の光偏向パターン３７と図３０（ａ２）の蛇行状の光偏向パターン３７とは、図３０（ｂ１）（ｂ２）のように等しい法線方向の出現頻度分布と等しい半値幅Ｋを有している。

また、光偏向パターン３７は光源３３の光の入射方向（光源３３と結んだ方向）に対して対称な形状を有している必要はなく、例えば図３１（ａ）（ｂ）に示すように非対称になっていたり、図３１（ｃ）に示すように対称な形状のものを傾かせて配置していても差し支えない。

また、別な変形例としては、図３２に示すように、ある微小な領域において、複数存在する光偏向パターン３７のうち一部を直線状の光偏向パターン３７ａとしてもよい。例えば、光偏向パターン３７の形状評価などのため視野角にほぼ影響しない範囲で、直線状の光偏向パターン３７ａが１つ又は数個（例えば、１０個以下）設けられていてもよい。

また、光源３３の近傍では、光偏向パターン３７の曲率は小さくなるので、光源３３の近傍に位置する光偏向パターン３７は直線状の光偏向パターン３７としてもよい。

（円弧形状による近似）
光偏向パターン３７の形状としては円弧状に湾曲したものが取り扱いが容易であるが、図２９、図３１等に示したように光偏向パターン３７は円弧状に湾曲したものでなくてもよい。しかしながら、光偏向パターン３７がほぼ円弧状やほぼ楕円弧状をしていて、図３３に示すように、光反射面３８を円弧形状でほぼ近似することができる場合には、光偏向パターン３７の取り扱いを簡単にすることができる。すなわち、図３３及び図１０に示す光偏向パターン３７においては、符号３８ａは光出射面３５に垂直な方向から見たときの光反射面３８の光源側の端縁を表わしており、光反射面３８の長手方向中央部は円弧状に湾曲し、光反射面３８の長手方向両端部は長手方向中央部よりも大きな曲率でもって略円弧状に湾曲している。図３３及び図１０に一点鎖線で表わした円弧形状４１は光反射面３８の光源側の端縁３８ａにおける長手方向中央部を通過しており、光反射面３８の長手方向両端部は円弧形状４１の内周側に位置している。光反射面３８の光源側端縁３８ａを円弧形状４１でなぞらえたとき、その円弧形状４１の中心角がηであるとすれば、その法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋは円弧形状の中心角ηとして取り扱うことができ、各光偏向パターン３７の出現頻度分布の半値幅Ｋを中心角ηと変換して考えることができるからである。

以下、光出射面に垂直な方向から見たときに円弧形状でほぼ近似できる光偏向パターン３７の構造及び配置を説明する。図３４（ａ）〜（ｄ）は順次中心角η（＝ηａ、ηｂ、ηｃ、ηｄ）が大きくなった光偏向パターン３７と、それぞれの法線方向の出現頻度分布と、同じ見込み角で入射した光が光反射面３８で反射されたときの出射光強度（以下、光出射面３５から出射される光を単に出射光という。）の拡がりを表わしている。ただし、図３４に示す出射光強度とは、光偏向パターン３７の光反射面３８で反射された光、あるいは光出射面３５から出射された光を図２２のＥ２方向のように光源側から見たときの光強度分布である。

図３４（ａ）に示すように光反射面３８を近似した円弧形状の中心角がηａ、ηｂ、ηｃ、ηｄというように順次大きくなると、図３４（ｂ）に示すように、その法線方向の出現頻度分布は横に広がり、その半値幅も順次Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃ、Ｋｄというように大きくなる。その結果、出射光の視野角（指向特性における半値全幅）も順次τａ、τｂ、τｃ、τｄというように広くなる。よって、光反射面３８を近似する円弧形状の中心角ηが広くなるに従って出射光の指向性が低下する。

図９に示すように、光源３３の近くの光偏向パターン３７（Ａ）と光源３３から遠くにある光偏向パターン３７（Ｂ）とを考えると、図３５（ｃ）に示すように、光源３３の近くにある光偏向パターン３７（Ａ）では見込み角ξＡが大きくて入射光強度の広がりが大きく、光源３３から遠くにある光偏向パターン３７（Ｂ）では見込み角ξＢが小さくて入射光強度の広がりが狭くなっている。一方、図３５（ａ）（ｂ）に示すように、光源３３の近くの光偏向パターン３７（Ａ）では円弧形状の中心角ηＡが狭く、光源３３から遠くにある光偏向パターン３７（Ｂ）では円弧形状の中心角ηＢが広いので、光出射面から出射される光の視野角φは、光源３３からの距離にかかわりなく所望の視野角φとなるように設計することができる。また、導光板３２の中央部（中心線ＣＣ付近）に位置する光偏向パターン３７では、見込み角ξが広いので光偏向パターン３７の中心角ηを狭くし、導光板３２の中央部から外れた側縁部の光偏向パターン３７では、見込み角ξが狭いので光偏向パターン３７の中心角ηを広くすれば、導光板３２の中央部と側縁部とでもと所望の均一な指向性φとなるようにできる。

従って、円弧形状で近似できる光偏向パターン３７の場合には、光源３３からの距離が遠くなるほど、円弧形状で近似された光反射面３８の中心角ηが次第に広くなるようにすれば、光出射面の視野角を均一化して輝度ムラを解消することができる。また、光偏向パターン３７は、中心線ＣＣとなす角度ωが大きくなるほど、円弧形状の中心角ηが次第に広くなるようにすれば、光出射面の視野角を均一化して輝度ムラを解消することができる。

ただし、導光板３２の光出射面から出射される光の視野角を所望の値φに保つという条件の下では、光源３３からの距離がいくら大きくなっても円弧形状の中心角ηには上限値が存在する。図３６は光源３３からの距離に対する円弧形状の中心角ηの変化を示す図である。この面光源装置は、図２３のデータを測定するのに用いたものと同じものであって、導光板３２の屈折率ｎ＝１.５５、光源発光面の幅がＷ＝２ｍｍで、光出射面から出射する光の光源側から見た視野角が所定値φ＝２０°となるようにしたものである。また、図３６の測定データは、中心線ＣＣ上におけるものと、中心線ＣＣと成す角度がω＝３０°、６０°の方向の直線上におけるものを示している。図３６から分かるように、光反射面３８を近似した円弧形状の中心角ηは、光源３３からの距離が大きくなっているが、その増加率は次第に小さくなっており、ある上限値を超えない。なお、光反射面３８を近似した中心角ηが１８０°以上になっても意味がないが、この中心角ηの上限値は１８０°に比べて充分に小さな値である（図３６参照）。

中心角ηの上限値は、実験的に２×φ／ｎであることが確認された。この点は計算によっても示すことができる。図３７及び図３８は、この上限値を説明するための図である。いま、光源３３から充分遠方（例えば、面光源装置の幅の１００倍程度）にある長さがＰｗの光偏向パターン３７を考え、図３７に実線矢印で示すように、光偏向パターン３７の対称軸にほぼ平行に光が入射する場合を考える。この面光源装置の視野角を目標値φにするためには、光反射面３８の中央からＰｗ／４の位置に入射した光が導光板３２の光出射面からφ／２の方向へ出射されるように中心角ηを定めれば充分である。光反射面３８の中央からＰｗ／４の位置に入射した光は、その点の法線Ｎとθin＝η／４の角度を成している。そして、光反射面３８で反射した光は、図３８（ａ）（ｂ）に示すように、導光板３２の光出射面に立てた法線に対してθout´≒θin＝η／４の入射角で入射する。その結果、スネルの法則によれば、導光板３２の光出射面から出る光の出射角θoutは、次式より求められる。
θout＝arcsin（ｎ・sin（θout´））
≒ｎ・θout´＝ｎ・η／４

このように光反射面３８の中央から光反射面３８の長さＰｗの１／４の箇所に入射した光が、光出射面より出射すると、最大輝度の約１／２の輝度の光になると考えられるので、θout＝ｎ・η／４の２倍の角度が目標値φとなる。よって、光源３３から充分に遠くにある光偏向パターン３７では、中心角ηの値はほぼ２×φ／ｎとなる。これよりも光源３３に近い位置にある光偏向パターン３７では、中心角ηの値は光源から充分遠くにある光偏向パターン３７の中心角２×φ／ｎよりも小さいので、
η≦２×φ／ｎ
が得られる。

また、図３９は光偏向パターン３７の配置されている位置の見込み角ξに対する光反射面３８を近似する円弧形状の中心角ηの変化を表わした図である。図４０は図３６のデータを測定した面光源装置における光源３３からの距離に対する見込み角ξの変化を表わした図である。そして、図３９の測定データ（実施例）は、図３６に示されたω＝０°における中心角ηの変化と、図４０に示されたω＝０°における見込み角ξの変化とを合成することによって得られたものである。図４０には図示していないが、ω＝３０°、６０°の場合もω＝０°のものと同様な曲線が得られる。

図３９から分かるように、見込み角ξが増加すると、中心角ηは減少している。そして、導光板３２から出射される光の光源側から見たときの視野角の目標値をφ、導光板３２の屈折率をｎとしたとき、２×φ／ｎ≦ξとなる領域においては、光出射面に垂直な方向から見ると光反射面３８はほぼ直線状（η≒０）となり、２×φ／ｎ＞ξとなる領域においては、光出射面に垂直な方向から見たとき、光反射面３８を近似する円弧形状の中心角ηの上限値は２×（φ／ｎ）−ξとなる。

図４１は、この上限値を説明するための図である。見込み角ξの光偏向パターン３７には±ξ／２の間の角度で光が入射しているので、その中間の方向の光、つまり図４１に実線矢印で示すように光偏向パターン３７の対称軸にξ／４の角度で入射する光が最大強度の１／２の強度の光であると考える。この面光源装置の視野角を目標値φにするためには、光反射面３８の中央からＰｗ／４の位置に入射した光が導光板３２の光出射面からφ／２の方向へ出射されるように中心角ηを定めればよい。光反射面３８の中央からＰｗ／４の位置に入射した光は、その点の法線Ｎとθin＝η／４＋ξ／４の角度を成している。そして、光反射面３８で反射した光は、図３８（ａ）（ｂ）に示すように、導光板３２の光出射面に立てた法線に対してθout´≒θin＝η／４＋ξ／４の入射角で入射する。その結果、スネルの法則によれば、導光板３２の光出射面から出る光の出射角θoutは、次式より求められる。
θout＝arcsin（ｎ・sin（θout´））
≒ｎ・θout´＝ｎ（η＋ξ）／４

このように光反射面３８の中央から光反射面３８の長さＰｗの１／４の箇所に入射した光が、光出射面より出射すると、最大輝度の約１／２の輝度の光になると考えられるので、θout＝ｎ（η＋ξ）／４の２倍の角度が目標値φとなる。よって、光源３３から充分に遠くにある光偏向パターン３７では、中心角ηの最大値はほぼ（２×φ／ｎ）−ξとなる。よって、
η≦２×φ／ｎ−ξ
が得られる。

しかし、この式の右辺は、２×φ／ｎ≦ξの場合には、負の値となるので適用することができない。２×φ／ｎ≦ξでは中心角ηが充分に小さくなっているので、この領域では光偏向パターン３７はほぼ直線状であると考えることができる。
（光反射面の長さと指向特性との関係）

なお、以上の説明においては、光反射面３８を円弧形状で近似したときの中心角ηを用いて光偏向パターン３７の形状を特徴付けており、光反射面３８の長さ（直線長さ）については、３０μｍ以下とする点を除けば、特に問題としなかった。これは光反射面３８の長さは光反射面３８で反射された光の視野角にほとんど影響を及ぼさないためである。その理由は、円弧形状で近似した光反射面３８の長さが異なっても、その見込み角ξが同じであれば、それぞれの光反射面３８の法線方向の出現頻度分布の高さ（頻度）が異なるだけであって、その半値幅が変化しないからである。

図４２は、光源発光面の幅がＷ＝１.８ｍｍの導光板において、見込み角ξ＝４.６°となる位置に、長さＰｗが７μｍ、１１μｍ、１７μｍの光偏向パターン３７を形成した面光源装置において、光反射面３８で反射されて導光板３２から出射した光の指向特性（実測値）を示す図である。この実測例からも、光偏向パターン３７又は光反射面３８の直線長さＰｗは指向特性に影響を及ぼさないことが分かる。

（光偏向パターンの配置について）
次に、光偏向パターン３７の配置について説明する。上記実施例では、各光偏向パターン３７を同心円状に配置したが、このような配置に限るものではない。例えば、図４３に示す面光源装置では、光偏向パターン３７を導光板３２の背面に不規則に配置している。また、図４４に示す面光源装置では、光偏向パターン３７を楕円状に配置している。これらの場合にも、光源からの距離や見込み角に応じて適当な法線方向の出現頻度分布の半値幅を有する光偏向パターン３７を配置するようにすればよい。

光偏向パターン３７を不規則に配置した場合には、各光偏向パターンで反射され光出射面から出射された光の干渉を低減することができる。また、光偏向パターン３７を楕円状に配置した場合には、光を効率よく利用できるようになる。但し、楕円配置の場合には、その短軸と長軸との比は、０.９４〜０.９９であることが望ましい。

（光偏向パターンの断面形状について）
次に、光偏向パターン３７の断面形状について説明する。上記実施例では、光偏向パターン３７は、図４５に示すように断面三角形凹状に形成されていた。このような形状の光偏向パターン３７では、図４５に示すように光反射面３８から漏れた光線Ｌ１は、再入射面３９から導光板３２内に再入射するので、光の損失を低減することができる。

図４６は光偏向パターン３７の異なる断面形状を表わしている。この光偏向パターン３７では、光反射面３８と連続するようにして光反射面３８の光源側に断面三角形凸状の凸部４２を設けている。図４５のような光偏向パターン３７では、導光板３２の背面に対して図４６のように入射した光線Ｌ２は、導光板３２の背面を透過して破線で表わした光線Ｌ３のように漏れ光となる。これに対し、図４６のような形状の光偏向パターン３７では、光線Ｌ２は凸部４２の前傾斜面４３で全反射した後、光反射面３８を透過して再入射面３９から導光板３２内に再入射される。よって、このような形状の光偏向パターン３７を用いれば、光の利用効率をさらに向上させることができ、画質も向上する。

図４７は光偏向パターン３７のさらに異なる断面形状を表わしている。この光偏向パターン３７では、再入射面３９と連続するようにして再入射面３９の光源と反対側に断面三角形凸状の凸部４４を設けている。図４５のような光偏向パターン３７では、図４７に示すような位置で光反射面３８から導光板３２の外部へ出射した光線Ｌ４は、再入射面３９に入射することなく漏れ光Ｌ５となる。これに対し、図４７のような形状の光偏向パターン３７では、光反射面３８から漏れた光線Ｌ４は、凸部４４における再入射面３９から導光板３２内に再入射し、凸部４４の後反射面４５で全反射して導光板３２を再び導光される。よって、このような形状の光偏向パターン３７を用いれば、光の利用効率をさらに向上させることができる。なお、光偏向パターン３７の前後に断面三角形凸状の凸部４２と凸部４４とを同時に設けてもよい。

また、光偏向パターン３７は、図４８に示す変形例のように、断面三角形凸状として導光板３２の背面（パターン面）に突出させてもよい。このように凸状の光偏向パターン３７であっても導光板３２内を導波する光を光偏向パターン３７で全反射させて光出射面３５からほぼ垂直に出射させることができる。

また、光偏向パターン３７の断面形状は、断面三角形状が望ましいが、必ずしも断面三角形状に限るものではない。例えば、断面半円状、断面１／４円状、断面台形状、畝状、ひれ状なども可能である。また、これらの断面形状を組み合わせることも可能である。

上記実施例の面光源装置３１では、導光板３２の正面に拡散シートやプリズムシートを用いず、面光源装置３１の薄型化を図っている。しかし、これは導光板の正面に各種光学シートを重ねるのを排除するという意味ではない。例えば、図４９に示すように、導光板３２の正面に拡散シート４６を重ねたり、図５０のように、導光板３２の正面に拡散シート４６やプリズムシート４７を重ねたりしてもよい。

（最良の実施例）
ここで、最良の実施例を挙げておく。この実施例では、光源３３の光出射領域の幅は１.４ｍｍであり、導光板３２の平面サイズは５０ｍｍ×４０ｍｍとした。また、面光源装置の視野角目標値は２０°と想定した。図５１は光源３３の前方に位置する光偏向パターン３７の基本形状（前面の輪郭）を表わした詳細な平面図である。また、図５２は図５１の基本形状について幅方向の座標ｘの関数として法線方向θを求めた結果を表わしている（但し、図５２は片側半分だけを表わしている。）。図５２から分かるように、光偏向パターン３７の両端の傾斜は中央部に比べて大きくなっている。図５３は図５２に基づいて法線方向の出現頻度分布を表わした図である。光偏向パターン３７は、この基本形状を基準として見込み角ξが大きな位置では法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが小さくなり、見込み角ξが小さな位置では法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが大きくなるように設計されている。具体的にいうと、光源３３の近くでは法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが小さく、光源３３から遠くなるにつれて法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが大きくなるように設計し、また、光源３３の前方では法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが小さく、光源３３の前方から外れて縁に近くなるにつれて法線方向の出現頻度分布の半値幅Ｋが大きくなるように設計している。図５４は、入射光の見込み角ξと法線方向分布の出現頻度の半値幅との関係の設計例を示す図である。

（複数個の光源）
つぎに、複数個の光源を用いた場合、特に複数個のいわゆる点光源を用いた場合について説明する。図５５は複数の小さな光源を近接させて配置した例（図５５では２つの光源３３ａ、３３ｂ）を表わしている。複数の光源を近接されて局所的に配置した場合には、これらの光源３３ａ、３３ｂは全体としては線光源とみなすことができる。よって、光源全体としては有限な幅を有する光源とみなすことができ、複数個の光源３３ａ、３３ｂの全体の両端の幅とパターンの重心とを結んで作られる見込み角として取り扱えば、１つの光源の場合と同様に取り扱うことができる。

図５６に示すように、複数の小さな点光源３３ａ、３３ｂを互いに離間させて配置した場合には、複数の光源３３ａ、３３ｂを全体として１つの光源として取り扱うには無理がある。しかし、この場合でも各光源３３ａ、３３ｂの光源発光面は有限な幅を有しているので、各光偏向パターンから各光源を見込む見込み角ξは光偏向パターン３７の位置によって異なっている。しかも、各光偏向パターン３７には複数の光源３３ａ、３３ｂからの光が到達するので、特別な考慮が必要となる。

複数の光源をそのまま別々の複数の光源として取り扱う場合には、各々の光源に対する光偏向パターンの配列を混在させる。以下、この方法を２個の光源３３ａ、３３ｂの場合について説明するが、３個以上の光源の場合にも同様に適用することができる。図５７（ａ）は一方の光源３３ａを基準として前記のように設計された光偏向パターン３７ａの分布を表わしており、図５７（ｂ）は他方の光源３３ｂを基準として前記のように設計された光偏向パターン３７ｂの分布を表わしている。これらの２つの光源３３ａ、３３ｂが導光板３２の光入射面３４に対向して配置された場合には、図５７（ｃ）に示すように、各光源３３ａ、３３ｂを基準として設計された各配列パターン３７ａ、３７ｂを混在させるようにすればよい。

ただし、両配列パターン３７ａと配列パターン３７ｂの混合の割合は、単位面積における光反射面の密度が各々の光源３３ａ、３３ｂからの距離に反比例するように決める。図５８及び図５９はかかる処理を説明する図である。図５９（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、光源３３ａを基準として設計された光偏向パターン３７ａを実線で示し、光源３３ｂを基準として設計された光偏向パターン３７ｂを破線で表わしている。図５８における位置Ａ１のように光源３３ｂからの距離に比較して光源３３ａからの距離が短い微小領域では、図５９（ａ）に示すように、光源３３ｂを基準として設計された光偏向パターン３７ｂの光反射面３８の密度よりも光源３３ａを基準として設計された光偏向パターン３７ａの光反射面３８の密度の方が大きくなっている。図５８における位置Ｂ１のように光源３３ｂからの距離と光源３３ａからの距離がほぼ等しい微小領域では、図５９（ｂ）に示すように、光源３３ｂを基準として設計された光偏向パターン３７ｂの光反射面３８の密度と光源３３ａを基準として設計された光偏向パターン３７ａの光反射面３８の密度とはほぼ等しくなっている。さらに、図５８における位置Ｃ１のように光源３３ａからの距離に比較して光源３３ｂからの距離が短い微小領域では、図５９（ｃ）に示すように、光源３３ａを基準として設計された光偏向パターン３７ａの光反射面３８の密度よりも光源３３ｂを基準として設計された光偏向パターン３７ｂの光反射面３８の密度の方が大きくなっている。

別な方法としては、個々の光偏向パターン３７において光源３３ａを基準として設計された光偏向パターン３７ａと光源３３ｂを基準として設計された光偏向パターン３７ｂとを平均した形状の光偏向パターンを用いてもよい。図６０（ｂ）は、図６０（ａ）に示すように、光源３３ａを基準として設計されたある位置Ａ２における光偏向パターン３７ａの形状を表わし、図６０（ｃ）はその法線方向の出現頻度の分布を表わしている。図６１（ｂ）は、図６１（ａ）に示すように、光源３３ｂを基準として設計された同一位置Ａ２における光偏向パターン３７ｂの形状を表わし、図６１（ｃ）はその法線方向の出現頻度の分布を表わしている。このとき、図６２（ａ）に示す同一位置Ａ２において２つの光源３３ａ、３３ｂを考慮して光偏向パターン３７を決定するには、図６２（ｂ）（ｃ）に示すように、図６０（ｂ）（ｃ）に示した光偏向パターン３７ａと図６１（ｂ）（ｃ）に示した光偏向パターン３７ｂの平均的な形状となるように光偏向パターン３７を設計すればよい。平均的な光偏向パターン３７を決定する方法としては、光偏向パターン３７ａ、３７ｂそのものの形状を平均化する方法、法線方向の出現頻度の分布を平均化する方法、法線方向の出現頻度の分布の半値幅Ｋが平均値となるようにする方法などがあるが、最後の方法が簡便である。

また、別な方法としては、個々の光偏向パターン３７において光源３３ａを基準として設計された光偏向パターン３７ａと光源３３ｂを基準として設計された光偏向パターン３７ｂを混在させたハイブリッド型の光偏向パターンを用いてもよい。すなわち、光源３３ａを基準として設計されたある位置Ａ２における光偏向パターン３７ａの形状が図６０（ｂ）に表わした通りであり、光源３３ｂを基準として設計された同一位置Ａ２における光偏向パターン３７ｂの形状が図６１（ｂ）に表わした通りであるとすれば、図６３（ａ）に示すように２つの光源３３ａ、３３ｂを考慮して光偏向パターン３７を決定する。光偏向パターン３７は２つの領域に分割されており、一方の領域は光偏向パターン３７ａの一部となっており、他方の領域は光偏向パターン３７ｂの一部となっており、その法線方向の出現頻度の分布も図６３（ｂ）に示すように混合型となる。このとき、光偏向パターン３７ａの領域の光反射面の面積と光反射面３７ｂの領域の光反射面の面積との比は、各光源３３ａ、３３ｂからの距離に反比例している。

（バックライトを用いた液晶表示装置）
次に、面光源装置３１の応用例について説明する。図６４は本発明の面光源装置３１をバックライトとして用いた透過型の液晶表示装置５１を示す概略断面図である。この液晶表示装置５１では、面光源装置３１の前面に透過型の液晶パネル５２を配置してあり、面光源装置３１の光出射面から出射された光を液晶パネル５２に透過させ、画像を生成するようになっている。このような液晶表示装置５１では、液晶パネル５２と面光源装置３１の間に拡散シートやプリズムシートが不要になっているので、これらのシートによる光の散乱や吸収を無くすことができ、明るい画像を得ることができる。また、液晶表示装置５１の薄型化を図ることができる。

（フロントライトを用いた液晶表示装置）
図６５は本発明の面光源装置３１をフロントライトとして用いた反射型の液晶表示装置５３を示す概略断面図である。この液晶表示装置５３では、面光源装置３１の背後に反射型の液晶パネル５４を配置してあり、面光源装置３１の光出射面から光を出射させると、液晶パネル５２内に入射した光は液晶層の背後にある反射面５５で反射されて戻り、導光板３２を透過して画像が観察される。この液晶表示装置５３において、視野角が制御された、ムラのない明るく鮮明な画像を得ることができる。

（両面表示型液晶表示装置）
図６６は本発明の面光源装置３１を用いた両面表示型の液晶表示装置５６を示す概略断面図である。この液晶表示装置５６では、面光源装置３１の背後に半透過型の液晶パネル５７を配置している。面光源装置３１の光出射面から光を出射させると、液晶パネル５７内に入射した光は液晶層の背後にある半透過面５８で入射光の一部が反射され、残りの一部の光が半透過面５８を透過する。半透過面で反射された光は、導光板３２を透過し、面光源装置３１側で画像が観察される。一方、半透過面５８を透過して液晶パネル５７から出た光は、面光源装置３１と反対側の面で画像を生成する。よって、この液晶表示装置５６では、同時に表裏で画像を観察することが可能になる。この液晶表示装置５６においても、視野角が制御された,ムラのない明るく鮮明な画像を得ることができる。

（携帯電話、電子辞書その他）
また、上記のような面光源装置６０は、図６７に示す携帯電話６１、図６８に示す電子辞書６２、図６９に示す多機能型腕時計６３、ＰＤＡ、ノートパソコンなどの携帯型情報端末のほか、ＡＴＭ（金銭自動払出機）、デスクトップ型パソコン、卓上テレビ、壁掛けテレビなどの表示部として用いることができ、明るく見易い画面を提供することができる。

従来の面光源装置の構造を示す一部破断した分解斜視図である。 図１の面光源装置の各部分を透過する光の指向特性を説明する図である。 従来の別な構造の面光源装置を示す概略斜視図である。 （ａ）は図３の面光源装置を側面から見たときの指向特性を示す図、（ｂ）は図３の面光源装置を光源側から見たときの指向特性を示す図である。 （ａ）は光源の近傍にある光偏向パターンで全反射された光の指向特性を示す図、（ｂ）は光源から離れた位置にある光偏向パターンで全反射された光の指向特性を示す図である。 （ａ）は光源の前方にある光偏向パターンで全反射された光の指向特性を示す図、（ｂ）は光源の前方から外れた方向にある光偏向パターンで全反射された光の指向特性を示す図である。 （ａ）は従来例における湾曲した光偏向パターンを示す斜視図、（ｂ）は湾曲した光偏向パターンで全反射された光の指向特性を示す図である。 本発明にかかる面光源装置を示す斜視図である。 導光板のパターン面に形成された光偏向パターンの配置を模式的に表わした平面図である。 （ａ）は同上の光偏向パターンの斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその断面図である。 図８の面光源装置における光の挙動を説明する図である。 （ａ）は光源の近傍に位置する光偏向パターンの平面図、（ｂ）は光出射面に垂直な方向から見たときの各法線方向の出現頻度の分布を示す図である。 （ａ）は光源から遠くに位置する光偏向パターンの平面図、（ｂ）は光出射面に垂直な方向から見たときの各法線方向の出現頻度の分布を示す図である。 法線方向の出現頻度の分布を求める方法を説明する図である。 （ａ）は光源の近傍に位置する光偏向パターンの見込み角ξＡを示す図、（ｂ）は当該光偏向パターンに入射する光の強度分布を示す図である。 （ａ）は光源から遠くに位置する光偏向パターンの見込み角ξＡを示す図、（ｂ）は当該光偏向パターンに入射する光の強度分布を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は順次湾曲度合いの大きくなった光偏向パターンと、それぞれの法線方向の出現頻度分布と、同じ見込み角で入射した光が光反射面で反射されたときの出射光強度の拡がりを表わした図である。 本発明の面光源装置において、光源の近傍にある光偏向パターンと光源から遠くにある光偏向パターンに入射する光の指向特性と各光偏向パターンで反射された出射光の指向特性とを表わした図である。 （ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）は、本発明の面光源装置において、光源の近傍にある光偏向パターンにおける入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わした図、（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｂ３）は光源から遠くにある光偏向パターンにおける入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わした図である。 従来例の面光源装置において、光源の近傍にある光偏向パターンと光源から遠くにある光偏向パターンに入射する光の指向特性と各光偏向パターンで反射された出射光の指向特性とを表わした図である。 （ａ１）、（ａ２）及び（ａ３）は、従来例の面光源装置において、光源の近傍にある光偏向パターンにおける入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わした図、（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｂ３）は光源から遠くにある光偏向パターンにおける入射光の強度分布、法線方向の出現頻度分布、および出射光の強度分布を表わした図である。 図１８〜図２１等に表わされている指向特性を説明する図である。 従来例と本発明の場合において、光源からの距離と光源から見た出射光の光強度分布の半値幅との関係を表わした図である。 本発明の面光源装置において、光源の前方に位置する光偏向パターンの見込み角と光源の前方から外れた方向に位置する光偏向パターンの見込み角とを示す図である。 本発明の面光源装置において、光源の前方に位置する光偏向パターンと光源の前方から外れた位置にある光偏向パターンに入射する光の指向特性と各光偏向パターンで反射された出射光の指向特性とを表わした図である。 従来例と本発明の場合において、見込み角と光源から見た出射光の光強度分布の半値幅との関係を表わした図である。 （ａ）〜（ｃ）は光源の種々の形態を表わした図である。 （ａ）（ｂ）は湾曲した光偏向パターンの向きと成形ダレの影響を説明する図である。 （ａ）〜（ｆ）は種々の形状の光偏向パターンを示す平面図である。 （ａ１）（ａ２）は、（ｂ１）（ｂ２）のように法線方向の出現頻度分布が等しく、形状の異なる光偏向パターンの例を表わした図である。 （ａ）（ｂ）は光の入射方向に対して非対称な形状を有する光偏向パターンを示す平面図、（ｃ）は対称な形状のパターンを斜めに配置した光偏向パターンを示す平面図である。 別な変形例の面光源装置における光偏向パターンを示す概略図である。 非円弧状の光反射面を仮想的な円弧になぞらえた様子を示す平面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はそれぞれ、異なる中心角の光偏向パターンと、その法線方向の出現頻度分布と、出射光の指向特性を示す図である。 （ａ）は大小の中心角の光偏向パターンを示す平面図、（ｂ）はそれらの出射光の指向特性を示す図、（ｃ）は広狭の見込み角の入射光強度特性を示す図、（ｄ）は広い見込み角となる位置に配置された中心角の狭い光偏向パターンの指向特性と狭い見込み角となる位置に配置された中心角の広い光偏向パターンの指向特性とを示す図である。 出射光の視野角が等しい光反射面における、光源から光反射面までの距離に対する中心角ηの変化を示す図である。 中心角ηの上限値の求め方を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は中心角ηの上限値の求め方を説明する図である。 出射光の視野角が等しい光反射面における、見込み角に対する中心角ηの変化を示す図である。 出射光の視野角が等しい光反射面における、光源から光反射面までの距離に対する見込み角の変化を示す図である。 中心角ηの上限値の求め方を説明する図である。 出射角に対する光反射面の長さの影響を説明する図である。 光偏向パターンを不規則に配置された面光源装置を示す概略斜視図である。 楕円弧状に配置された光偏向パターンを示す概略平面図である。 光反射面から漏れた光線が再入射面から導光板内に再入射する様子を示す説明図である。 光偏向パターンの異なる断面形状を表わした概略断面図である。 光偏向パターンのさらに異なる断面形状を表わした概略断面図である。 光偏向パターンのさらに異なる断面形状を表わした概略断面図である。 拡散シートを重ねた面光源装置を示す斜視図である。 拡散シートとプリズムシートを重ねた面光源装置を示す斜視図である。 光源の前方に位置する光偏向パターンの基本形状（前面の輪郭）を表わした詳細な平面図である。 図５１の基本形状の光偏向パターンについて幅方向の座標ｘの関数として法線方向θを求めた結果を表わした図である。 図５２に基づいて法線方向の出現頻度分布を表わした図である。 入射光の見込み角ξと法線方向分布の出現頻度の半値幅との関係の設計例を示す図である。 複数個の光源を近接させて配列させた様子を示す平面図である。 複数個の光源を離間させて配列させた様子を示す平面図である。 （ａ）は複数の光源のうち一方の光源を基準として設計された光偏向パターンを示す図、（ｂ）は他方の光源を基準として設計された光偏向パターンを示す図である。 複数の光源のうち一方の光源に近い位置Ａ１、ほぼ等しい距離にある位置Ｂ１、他方の光源に近い位置Ｃ１を示す図である。 （ａ）は図５８の位置Ａ１における光偏向パターンの分布を示す概略図、（ｂ）は図５９の位置Ｂ１における光偏向パターンの分布を示す概略図、（ｃ）は図５９の位置Ｃ１における光偏向パターンの分布を示す概略図である。 （ａ）は複数の光源のうち一方の光源を基準として設計された光偏向パターンの分布を示す図、（ｂ）は当該光偏向パターンの形状を示す平面図、（ｃ）はその法線方向の出現頻度の分布を示す図である。 （ａ）は複数の光源のうち他方の光源を基準として設計された光偏向パターンの分布を示す図、（ｂ）は当該光偏向パターンの形状を示す平面図、（ｃ）はその法線方向の出現頻度の分布を示す図である。 （ａ）は複数の光偏向パターンを平均化して設計された光偏向パターンの分布を示す図、（ｂ）は当該光偏向パターンの形状を示す平面図、（ｃ）はその法線方向の出現頻度の分布を示す図である。 （ａ）は複数の光偏向パターンをハイブリッド化して設計された光偏向パターンの分布を示す図、（ｂ）は当該光偏向パターンの形状を示す平面図、（ｃ）はその法線方向の出現頻度の分布を示す図である。 透過型の液晶表示装置を示す概略断面図である。 反射型の液晶表示装置を示す概略断面図である。 両面表示型の液晶表示装置を示す概略断面図である。 携帯電話の斜視図である。 電子辞書の斜視図である。 多機能型腕時計の斜視図である。

符号の説明

２１ 面光源装置
２２ 導光板
２３ 光源
２４ 反射シート
２５ 光偏向パターン
３１ 面光源装置
３２ 導光板
３３ 光源
３４ 光入射面
３５ 光出射面
３６ 反射シート
３７ 光偏向パターン
３８ 光反射面
３９ 再入射面
４０ 成形ダレ
４１ 円弧
４２ 凸部
４３ 前傾斜面
４４ 凸部
４５ 後反射面
４６ 拡散シート
４７ プリズムシート
５１ 液晶表示装置
５２ 液晶パネル
５３ 液晶表示装置
５４ 液晶パネル
５５ 反射面
５６ 液晶表示装置
５７ 液晶パネル
５８ 半透過面
６０ 面光源装置
６１ 携帯電話
６２ 電子辞書
６３ 多機能型腕時計

Claims (21)

1. 光源と、前記光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の光出射面と反対側の面には導光板内を導光する光を反射させるための複数の光偏向パターンが形成された面光源装置において、
   前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンは、その光反射面に垂直な法線の方向が前記光反射面の長手方向に沿って変化しており、
   前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布が光偏向パターンと前記光源との距離に応じて変化していて、当該分布における半値幅は、前記光源からの距離が遠いほど大きくなっていることを特徴とする面光源装置。
2. 光源と、前記光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の光出射面と反対側の面には導光板内を導光する光を反射させるための複数の光偏向パターンが形成された面光源装置において、
   前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンは、その光反射面に垂直な法線の方向が前記光反射面の長手方向に沿って変化しており、
   前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布が光偏向パターンと前記光源との距離に応じて変化していて、前記導光板の光出射面から出射される光の、前記光源側から見たときの視野角の目標値をφ、前記導光板の屈折率をｎとし、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面を円弧形状で近似した場合、前記円弧形状の中心角が２×φ／ｎ以下で、かつ、前記光源からの距離が遠いほど前記円弧形状の中心角が大きくなっていることを特徴とする面光源装置。
3. 光源と、前記光源から導入された光を光出射面のほぼ全体に広げて光出射面から出射させる導光板とを備え、前記導光板の光出射面と反対側の面には導光板内を導光する光を反射させるための複数の光偏向パターンが形成された面光源装置において、
   前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンは、その光反射面に垂直な法線の方向が前記光反射面の長手方向に沿って変化しており、
   前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布が、前記光源の光源面の幅の両端と光偏向パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角に応じて変化していることを特徴とする面光源装置。
4. 前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面に垂直な法線方向の出現頻度の分布における半値幅は、前記光源の光源発光面の幅方向の両端と、各光偏向パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角が小さいほど大きくなっていることを特徴とする、請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記導光板の光出射面から出射される光の、前記光源側から見たときの視野角の目標値をφ、前記導光板の屈折率をｎ、前記光源の光源発光面の幅方向の両端と各光偏光パターンの重心を結んだ直線で作られる見込み角をξとしたとき、
   ２×φ／ｎ≦ξとなる領域においては、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面がほぼ直線状となり、
   ２×φ／ｎ＞ξとなる領域においては、前記光出射面に垂直な方向から見たときの前記光反射面を円弧形状で近似した場合に、前記円弧形状の中心角が２×（φ／ｎ）−ξ以下で、かつ、前記見込み角ξが小さいほど前記円弧形状の中心角が大きくなっていることを特徴とする、請求項３に記載の面光源装置。
6. 前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光反射面の長手方向中央部が円弧状に形成されており、前記光反射面の長手方向両端部が長手方向中央部よりも大きな曲率でもって湾曲しており、かつ、前記光反射面の長手方向両端部が前記長手方向中央部を延長した円弧の内周側に位置していることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
7. 前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンの光反射面が湾曲または蛇行していることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
8. 前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光偏向パターンの光反射面は、その中央部が光源方向へ向けて突出した凸湾曲面であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
9. 前記光偏向パターンの光反射面は、その端と端を結ぶ直線の長さが３０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
10. 前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面は、前記光反射面を斜面とする三角形凹状であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
11. 前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面は、前記光反射面を斜面とする三角形凹状の部分と、前記三角形凹状の部分の光入射側において前記三角形凹状の部分と連続するように形成された前記光反射面を斜面とする三角形凸状の部分とからなることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
12. 前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面は、前記光反射面を斜面とする三角形凹状の部分と、前記三角形凹状の部分の光入射側と反対側において前記三角形凹状の部分と連続するように形成された三角形凸状の部分とからなることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
13. 前記光偏向パターンの長手方向に垂直な断面は、前記光反射面を斜面とする三角形凸状であることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
14. 前記光源は線状光源もしくは光源発光面の幅の広い光源であって、前記導光板の一辺に対向させて配置されていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
15. １つの点光源もしくは光源発光面の幅の狭い光源を前記導光板の一辺に対向させて配置したことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
16. 複数個の前記光源を前記導光板の一辺に対向させて配列させたことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
17. 前記光偏向パターンは、前記導光板の光出射面と反対側の面に不規則に配置されていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
18. 前記光偏向パターンは、前記導光板の光出射面と反対側の面に、前記光源を中心として同心円状もしくは楕円状に配置されていることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の面光源装置。
19. 請求項１、２又は３に記載の面光源装置と液晶表示パネルとを備えた画像表示装置。
20. 請求項１９に記載の画像表示装置を備えた携帯情報端末。
21. 請求項１９に記載の画像表示装置を用いて液晶表示パネルに画像を表示せしめることを特徴とする画像表示方法。

Images