WO2005080862A1 - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

　導光板２２の光入射面２３に対向させて光源２１を配置する。光源２１から出射された光は、導光板２２内を導光する。導光板２２の下面には凹パターン状の偏向パターン２５が形成されており、偏向パターン２５の光源側を向いた傾斜面である光反射部２５ａと平坦部２８との間に、指向性変換部３０を設ける。指向性変換部３０は、光反射部２５ａに入射する光の指向性を高くする働きをし、それによって光出射面２４から出射される光の指向性を向上させる。指向性変換部３０としては、例えば光反射部２５ａで反射された後に光出射面２４の垂線に対して大きな角度で斜めに出射される光となるものを、光反射部２５ａに対して反射させないようにしたものである。

Description

明 細 書

面光源装置

技術分野

[0001] 本発明は、面光源装置に関する。特に、液晶パネルのような画像表示パネルを照 明するバックライトやフロントライト等の面光源装置に関する。

背景技術

[0002] 液晶パネルを照明するノ ックライトやフロントライトとしては、光源と導光板からなる 面光源装置が用いられる。このような面光源装置においては、（1)光源の光を導光板 力も液晶パネルに向けて効率よく出射することができる、（2)光源の光を導光板により 面状に広げて均一に出射させることができる、といった特性が要求される。

[0003] 上記のような特性を有する面光源装置としては、導光板の光出射面と対向する面 に凹凸パターンを設けたもの (例えば、特許文献 1一 3)や、プリズム状パターンを設 けたもの（例えば、特許文献 4)がある。これらの面光源装置を図 1、図 10及び図 11 に示す。図 1は、導光板 12の側面 (光入射面 13)に対向させて光源 11を配置し、導 光板 12の光出射面 14と対向する面に断面三角形状の凹パターン 15を形成したもの である。図 10は、導光板 12の光出射面 14と対向する面をプリズムパターン 16により 形成したものである。図 11は、導光板 12の光出射面 14と対向する面に断面三角形 状の凸パターン 17を形成したものである。

[0004] まず、図 1の面光源装置の場合について説明する。光源 11から出射された光は、 光入射面 13から導光板 12内に入り、導光板 12の上面 (光出射面 14)と下面との間 で全反射しながら導光板 12内を導光する。そして、導光板 12の下面に多数形成さ れて 、る断面三角形状の凹パターン 15の光反射部 15aに入射する。凹パターン 15 に入射した光が光反射部 15aで反射されると、その反射光は光出射面 14から出射さ れ、導光板 12の上面に対向させて配置された液晶パネルに向けて出射される。

[0005] また、図 2に示すように、凹パターン 15に入射した光が光反射部 15aを透過して外 部へ出射しても、凹パターン 15の再入射面 15bに入射した光は、再入射面 15bから 導光板 12内へ戻って再利用される。この結果、光の利用効率が高められる。 [0006] 図 3—図 5は、図 1の面光源装置における、導光板 12に垂直な面内での光度の分 布を表わしている。図 3は導光板 12内に入射した光の光度と導光角度 φ 1との関係 を示す図である。この導光角度 φ 1は、図 6に示すように、光入射面 13に垂直な水平 線力も測った角度であり、導光板 12の下面に向力 方向を正の角度とし、上面に向 力 方向を負の角度としている。図 4は凹パターン 15に入射する光の光度と入射角 度 φ 2との関係を示す図である。この入射角度 φ 2は、図 6に示すように、導光板 12 の下面に平行な水平線力も測った角度であり、導光板 12の下面に向力 方向を正の 角度とし、上面に向力 方向を負の角度としている。図 5は光出射面 14から出射した 光の光度と出射角度 φ 3との関係を示す図である。この出射角度 φ 3は、図 6に示す ように、光出射面 14に垂直な法線力も測った角度であり、光源 11から遠ざかる方向 を正の角度とし、光源 11に近づく方向を負の角度としている。

[0007] 光源 11を出射する光は円錐状に放射されるので、図 1に示すように導光板 12内に 入射した光は導光板 12の厚み方向で放射状に広がりを有している。例えば、導光板 12の屈折率が 1.5であるとすれば、導光板 12内を伝搬する光は、その厚み方向で 最大 ±41° の広がりを持つ。このため、図 3に示す光度分布では、光度は φ 1 =— 4 1° 一 +41° の範囲に広がっており、し力も、対称なプロファイルを示している。

[0008] 凹パターン 15の光反射部 15aは導光板 12の下面に対して傾いているので、下方 力もの光（ Φ 2が負の光)も凹パターン 15に入射する力 上方から凹パターン 15に入 射する光に比べて下方からは凹パターン 15に光が入射しにくい。そのため、図 4の 光度分布のように凹パターン 15に入射する光の光度は φ 2=— 41° 一 +41° の範 囲に広がって 、るが、そのピークは正の角度方向にシフトして!/、る。

[0009] 光反射部に入射した光は、光出射面 14に向けて反射され光出射面 14から出射す る。光反射部 15aの傾斜角を調整することにより任意の方向に光を出射させることが できるが、光反射部 15aに入射する光は図 4の光度分布のように広がっており、光反 射部 15aで反射した光も広がりを持っている。そのため、図 5の光度分布に示すよう に、光出射面 14から出射された光の広がりは、光出射面 14で屈折することによって 導光板 12内部よりも大きくなつている。

[0010] 携帯電話ゃモパイル機器、パソコン等のディスプレイとして用いられる液晶表示装 置は、一般に正面から観察される。そのため、液晶表示装置は、正面輝度の向上が 求められる反面、図 7に示すように、液晶パネル 19の正面方向に対して大きな角度 で斜め出射される光は、観察者の目に届かない不要な光となる。面光源装置につい ていえば、図 5で斜線を施した領域に出射される光は、観察者の目に届かない不要 な光となる。このように導光板 12の光出射面 14から出射する光の広がりが大きぐ不 要な光の光量が多いと、面光源装置における光の利用効率が低くなるばかりか、光 のロスが多い分だけ正面輝度を向上させる妨げになる問題があった。

[0011] また、面光源装置としては、図 8に示すように光源 11として点状の光源を用いたも のがある。このような面光源装置では、光出射面 14から出射される光の拡がりが図 8 で梨地模様を施した領域のようになり、光源 11を通り導光板 12に垂直な平面内では 拡がりが大きぐ当該平面と垂直な方向で狭くなつている。このような面光源装置で、 図 5の光度分布のように光が大きな出射角度で斜め方向へ出射されると、導光板 12 を見る角度によってある方向の領域 (例えば、図 8で斜線を施した領域)だけが明るく なり、導光板 12の表面に輝線が発生する。このような輝線は、斜め方向から見たとき の液晶表示装置の画面の明るさを不均一にするので、液晶表示装置の画面の見映 えを劣化させると 、う問題が生じる。

[0012] 断面鋸刃状のプリズムパターン 16を設けられた図 10の面光源装置は、図 1の面光 源装置と同様な問題を有しているので、説明は省略する。

[0013] 次に、図 11の面光源装置を説明する。これは導光板 12の下面に多数の凸パター ン 17を形成された面光源装置である。図 1の面光源装置において大きな出射角度 φ 3で光出射面 14から出射されている光は、図 9に破線で示す光 31のように、凹バタ ーン 15の光反射部 15aに下方力も入射する光（ φ 2が負の光)である。これに対し、 図 11の面光源装置では、導光板 12の下面の平坦部 18に妨げられて凸パターン 17 の光反射部 17aに下方からの光が入射せず、上方力 の光しか光反射部 17aに入 射しない。そのため、光出射面 14から大きな出射角度で斜め方向へ出射される光が 減少し、光出射面 14から出射される光の指向性は高くなる。

[0014] しかし、図 11に示すように、この面光源装置では凸パターン 17の光反射部 17aを 透過した光は、導光板 12に再入射することなく下面から外部へ出射される。特に、光 反射部 17aには上方からの光ば力りが入射しており、この光を光反射部 17aで反射さ せて光出射面 14からほぼ垂直な方向へ出射させようとすれば、反射により光の進行 方向を大きく偏向させる必要がある。そのためには、光反射部 17aに入射する光の入 射角が小さくなるように光反射部 17aの傾斜角を決定する必要があり、その結果、光 反射部 17aに入射した光の多くが光反射部 17aを透過して散逸してしまうことになる。

[0015] よって、図 11の面光源装置では、凸パターン 17を透過する光による光のロスが大 きくなり、面光源装置の光利用効率を低下させる。そして、この光のロスにより液晶表 示装置の画面の明るさが低下する。

[0016] また、図 11の面光源装置では、下向きの光のみが凸パターン 17の光反射部 17a に入射するので、光反射部 17aに入射する光の角度が限定されており、十分な光量 が光反射部 17aに入射せず、光出射面 14から出射する光量も少なくなる問題がある

[0017] さらに、図 11の面光源装置をフロントライトとして用いた場合には、凸パターン 17か ら漏れてロスとなる光は、直接観察者の方へ向けて出射する。この様子を図 12に示 す。この漏れ光は、液晶パネル 19を通過した画像光と重なるため液晶表示装置の画 面コントラストを低下させ、画像の見映えを劣化させる。

[0018] 以上のベたように、図 11の面光源装置では、（1)凸パターンからの光の漏れが大き くて光の利用効率が低く画面の明るさが低下する、（2)フロントライトとして用いた場合 に画面コントラストが低下するといつた問題がある。そのため、図 1や図 10に示したよ うなパターンを有する面光源装置において、光の利用効率を高め、その正面輝度を 向上させることが望まれて 、る。

[0019] 特許文献 1 :特開 2002— 14341号公報

特許文献 2 :特開 2000-314882号公報

特許文献 3：特開 2001— 343532号公報

特許文献 4 :特開 2003— 215578号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0020] 本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ ろは、凹パターンやプリズムパターンと ヽつたパターンを導光板に形成された面光源 装置において、導光板から出射される光の指向性を向上させることにある。

課題を解決するための手段

[0021] 本発明にかかる第 1の面光源装置は、光入射面から入射した光を伝搬させ光出射 面から出射させる導光板と、導光板の光入射面側に配置された光源とを有する面光 源装置において、前記導光板の光出射面に対向する面は、前記導光板内の光を反 射して導光させる平坦部と、導光する光を反射して光出射面から出射させる光反射 部とを有しており、前記光反射部は、少なくともその一部が前記光反射部より光源側 にある前記平坦部の延長線上よりも導光板の内側に位置し、前記光反射部の光源 側には前記光反射部に入射する光の指向性を向上させる指向性変換部を有するこ とを特徴としている。

[0022] 本発明においては、指向性とは、光の光度分布がその最大値の 1Z2以上となる領 域の角度の幅、もしくは光度がその最大値の 1 Z 10以上となる領域の角度の幅を!、 い、この指向性の幅が狭くなるとき指向性が向上するというものとする。また、光反射 部とは、導光板内を導光する光を光出射面に向けて反射させて光出射面から出射さ せる機能を有する領域である。また、平坦部とは、光入射面から入射した光を反射さ せて導光し、導光板内の光を面状に広げる機能を有する領域である。また、平坦部 は光出射面に平行である必要はなく光出射面に対して傾斜して 、てもよい。このとき 、平坦部で光が全反射せずに一部が透過する場合があるが、上記の条件を満たして Vヽれば平坦部と見なしてょ ヽ。

[0023] 本発明にかかる第 1の面光源装置にあっては、光反射部の光源側に指向性変換 部、すなわち光反射部に入射する光の指向性を向上させる作用を持つ領域を有して いるので、光反射部に入射する光の指向性を向上させることにより、光反射部で反射 されて光出射部から出射される光の指向性を向上させることができる。よって、この面 光源装置を画像表示装置のバックライトやフロントライトなどに用いれば、導光板から 不要な方向に出射する光を減少させ、画像表示装置の画面を明るくすることができる

[0024] 本発明にかかる第 2の面光源装置は、光入射面から入射した光を伝搬させ光出射 面から出射させる導光板と、導光板の光入射面側に配置された光源とを有する面光 源装置において、前記導光板の光出射面に対向する面は、前記導光板内の光を反 射して導光させる平坦部と、導光する光を反射して光出射面から出射させる光反射 部とを有しており、前記平坦部と前記光反射部の間には、前記光反射部に入射する 光の指向性を向上させる指向性変換部が設けられており、前記光反射部より光源側 にある平坦部の延長線が前記光反射部と交わることを特徴として 、る。本発明にお いても、指向性とは、光の光度分布がその最大値の 1Z2以上となる領域の角度の幅

、もしくは光度がその最大値の lZio以上となる領域の角度の幅をいい、この指向性 の幅が狭くなるとき指向性が向上するというものとする。

[0025] 本発明にかかる第 2の面光源装置にあっては、光反射部のうち平坦部の延長線より も外側にある領域では、平坦部で光が妨げられることによって入射する光の角度が 制限され、平坦部の延長線よりも内側にある領域では、平坦部と光反射部が離れて いるために入射する光の角度が制限される。その結果、光反射部に入射する光の指 向性を向上させることができ、さらに光反射部で反射されて光出射部から出射される 光の指向性を向上させることができる。よって、この面光源装置を画像表示装置のバ ックライトやフロントライトなどに用いれば、導光板から不要な方向に出射する光を減 少させ、画像表示装置の画面を明るくすることができる。

[0026] 本発明にかかる第 1又は第 2の面光源装置のある実施態様においては、前記指向 性変換部は、前記平坦部と前記光反射部の間に設けられており、かつ、前記導光板 内を導光する光が入射しない領域となっている。但し、この実施態様においては、光 反射部での散乱光などは指向性変換部に入射しても差し支えない。力かる実施態様 においては、平坦部と光反射部は導光板内を導光する光の入射しない指向性変換 部により隔てられているため、光反射部に入射する光の角度が制限され指向性が向 上する。

[0027] 本発明にかかる第 1又は第 2の面光源装置の別な実施態様においては、前記指向 性変換部は、前記平坦部と前記光反射部の間に設けられており、かつ、前記導光板 内を導光する光を反射させない領域となっている。ここで、光を反射させないとは、指 向性変換部で光を吸収または透過させる場合のほか、光を拡散させて特定の方向に 光を反射させない場合も含む。力かる実施態様においては、指向性変換部では導光 板内を導光する光が反射しないので、光反射部に入射する光の指向性が向上する。

[0028] 本発明にかかる第 1又は第 2の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前 記指向性変換部は前記平坦部と前記光反射部の間に設けられており、前記指向性 変換部は、指向性変換部で反射した光の光出射面となす角度が指向性変換部に入 射する光の光出射面となす角度よりも小さくなるように光を反射する。この実施態様に おいては、指向性変換部によって光反射部に入射する光の入射角を制御し、光出 射面に入射する光の指向性を向上させることができるので、光出射面から出射される 光の指向性を向上させることができる。

[0029] さらに、この直前の実施態様の場合においては、前記導光板の光出射面に垂直な 方向から見たとき、前記指向性変換部の幅が前記光反射部の幅の 4倍以下となるよ うにするのが望ましい。より好ましくは、光反射部の幅の 2倍以下である。この実施態 様によれば、指向性変換部の大きさを最適化することができ、指向性のよい光を効率 よく光出射面力 出射させることができる。

[0030] さらに、この直前の実施態様の場合においては、前記指向性変換部は第 1の傾斜 面によって形成され、第 1の傾斜面は前記平坦部よりも外側に向けて突出している。 力かる実施態様によれば、第 1の傾斜面で反射した光は、平坦面と平行な平面で反 射する場合と比較して小さな入射角で光反射部に入射するので、光入射面に入射 する光の指向性が狭くなる。なお、第 1の傾斜面は平面に限らず、曲面であってもよ い。ここでいう入射角とは、光の入射する面の法線方向から測った角度を指す。

[0031] さらに、この直前の実施態様の場合における前記第 1の傾斜面は、その平坦部に 対する傾斜角を 10° 以上 25° 以下とすることが望ましい。指向性変換部である第 1 の傾斜面の傾斜角を 10° 以上 25° 以下とすることにより、第 1の傾斜面の傾斜角を 最適化することができ、光出射面から出射される光の指向性を高めることができる。

[0032] さらに、この直前の実施態様の場合においては、前記光反射部を第 2の傾斜面に よって形成し、その平坦部に対する傾斜角を 30° 以上 60° 以下としてもよい。光反 射部である第 2の傾斜面の角度を 30° 以上 60° 以下の範囲で変更すれば、一定の 範囲内で任意の方向に指向性の高い光を出射させることが可能になる。 [0033] また、第 1の傾斜面が前記平坦部よりも外側に向けて突出している前記実施態様に おいては、さらに、前記光反射部を第 2の傾斜面によって形成し、第 2の傾斜面を透 過した光を導光板内に再入射させる第 3の傾斜面を第 2の傾斜面の近傍に設けてい る。カゝかる実施態様によれば、第 2の傾斜面を透過して漏れた光を導光板内に再入 射させることができるので、面光源装置の光の利用効率を高めることができる。また、 当該面光源装置を画像表示装置のフロントライトとして使用する場合には、第 2の傾 斜面カゝら漏れるノイズ光を減少させ、画像表示装置における画面のコントラストを向 上させることができる。

[0034] さらに、この直前の実施態様においては、前記第 1の傾斜面の前記平坦面に対す る傾斜角を、 10° 以上 25° 以下とすることが望ましい。第 1の傾斜面の傾斜角をこ のような範囲に定めて最適化を図ることにより、光出射面から出射される光の指向性 を高くでき、光出射面力も斜め方向へ漏れる不要な光を少なくできる。さらには、前記 第 2の傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角を 30° 以上 60° 以下とし、前記第 3の 傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角を 80° 以上とすることが望ましい。このような範 囲で第 2の傾斜面の傾斜角を適当に変化させることにより、任意の方向に指向性の 高い光を出射させることができる。また、第 3の傾斜面の傾斜角を上記のような範囲で 最適化することにより、第 2の傾斜面から漏れた光を導光板に再入射させてノイズ光 を低減させることができる。

[0035] また、第 2の傾斜面を透過した光を導光板内に再入射させる第 3の傾斜面を第 2の 傾斜面の近傍に設けた前記実施態様においては、前記第 3の傾斜面は、第 3の傾斜 面より光源側に位置する平坦部の延長線上よりも外側に突出していてもよい。かかる 実施態様によれば、第 2の傾斜面を透過した光を第 3の傾斜面から導光板内に再入 射させることができ、光の利用効率を高めることができる。また、フロントライトとして用 いる場合には、ノイズ光を減少させ画像表示装置の画面のコントラストを向上させるこ とがでさる。

[0036] さらに、この直前の実施態様においては、前記第 3の傾斜面の前記光源から遠い 側に、第 3の傾斜面と平坦部とを結ぶ第 4の傾斜面が設けられている。この実施態様 にあっては、第 3の傾斜面から導光板内に再入射した光を第 4の傾斜面で反射させ て光出射面から出射させることができるので、光の利用効率を高めることができる。な お、第 4の傾斜面は曲面であってもよい。

[0037] さらに、第 3の傾斜面の光源力 遠い側に第 3の傾斜面と平坦部とを結ぶ第 4の傾 斜面を設けた直前の実施態様においては、第 4の傾斜面の前記平坦部に対する傾 斜角が 30° 以上 50° 以下となっている。この実施態様によれば、第 4の傾斜面で反 射して出射される光の方向と第 2の傾斜面で反射して出射される光の方向とを一致さ せ、光出射面力も出射される光の指向性を高めることができる。

[0038] また、第 3の傾斜面の前記光源から遠い側に第 3の傾斜面と平坦部とを結ぶ第 4の 傾斜面を設けた前記実施態様においては、前記第 4の傾斜面が、導光板内を導光 する光から見て第 2の傾斜面の陰となる領域に含まれるようにしてもょ 、。この実施態 様によれば、導光板内を導光する光が直接第 4の傾斜面に入射して反射されるのを 防止することができ、第 4の傾斜面で反射された光のために指向性が低下するのを 防ぐことができる。あるいは、導光板内を導光する光が直接第 4の傾斜面に入射して 第 4の傾斜面を透過するのを防ぐことができ、光の損失やノイズ光の発生を防止する ことができる。

[0039] また、第 3の傾斜面が第 3の傾斜面より光源側に位置する平坦部の延長線上よりも 外側に突出している前記実施態様においては、前記第 3の傾斜面の突出高さが、最 大の導光角度で導光板内を導光する光が前記第 2の傾斜面の突出部を透過して第 3の傾斜面に入射することができる高さに定めることが望ましい。この実施態様によれ ば、第 2の傾斜面を透過して外部へ漏れた光をほぼ全て第 3の傾斜面に入射させて 再利用することができる。よって、第 2の傾斜面力も漏れてノイズ光となる光を少なくす ることができ、また、光の利用効率をより高くすることができる。

[0040] 本発明にかかる第 1又は第 2の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前 記光源が点光源であり、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、前記光反 射部は長手方向の方向性を有しており、前記点光源を中心として同一円周上にある 各光反射部の長手方向に垂直な直線が実質的に 1点で交わっている。かかる実施 態様によれば、点光源から出射された光を光出射面に均一に広げて任意の方向に 光出射面から出射させることができ、しかも、光出射面力も出射される光の指向性を 良好にすることができる。

[0041] 本発明にかかる第 1又は第 2の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前 記光源が点光源であり、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、前記光反 射部は長手方向の方向性を有しており、光反射部の長手方向が、当該光反射部と 光源とを結ぶ方向に実質的に直交している。カゝかる実施態様によれば、点光源から 出射された光を光出射面に均一に広げて光出射面から出射させることができ、しかも 、光出射面から出射される光の指向性を良好にすることができる。

[0042] 本発明にかかる画像表示装置は、本発明にかかる第 1又は第 2の面光源装置と、 画像表示パネルとを備えている。また、本発明にかかる電子機器は、本発明にかかる 画像表示装置をディスプレイとして備えている。従って、正面における指向性がよぐ 正面輝度が高くて明るいディスプレイを提供することができる。また、面光源装置をフ ロントライトとして用いて 、る場合には、画面のコントラストを向上させることができる。

[0043] 本発明にかかる情報表示方法は、本発明にかかる電子機器を使用し、該電子機器 のディスプレイに情報を表示することを特徴として 、る。かかる情報表示方法によれ ば、電子機器のディスプレイに正面輝度が高くて明るい表示を行なうことができる。

[0044] 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。

図面の簡単な説明

[0045] [図 1]図 1は、導光板に凹パターンを形成した従来の面光源装置を示す概略断面図 である。

[図 2]図 2は、図 1の面光源装置の凹パターンを拡大して示す概略断面図である。

[図 3]図 3は、導光板内に入射した光の光度と導光角度 φ 1との関係を示す図である

[図 4]図 4は、凹パターンに入射する光の光度と入射角度 φ 2との関係を示す図であ る。

[図 5]図 5は、光出射面から出射した光の光度と出射角度 φ 3との関係を示す図であ る。

[図 6]図 6は、図 3—図 5で用いた導光角度 φ 1、入射角度 φ 2及び出射角度 φ 3の定 義を説明する図である。

[図 7]図 7は、図 1の面光源装置の問題点を説明する図である。

[図 8]図 8は、図 1の面光源装置の問題点を説明する図である。

[図 9]図 9は、図 1の従来例における凹パターンに入射した光線を表した図である。

[図 10]図 10は、導光板の光出射面と対向する面をプリズムパターンにより形成した従 来の面光源装置を示す概略断面図である。

[図 11]図 11は、導光板の光出射面と対向する面に三角形状の凸パターンを形成し た従来の面光源装置を示す概略断面図である。

[図 12]図 12は、図 11の面光源装置をフロントライトとして用いたときの問題点を説明 する図である。

[図 13]図 13は、本発明の実施例 1による面光源装置を示す斜視図である。

[図 14]図 14は、実施例 1の面光源装置の概略断面と、導光板における光の挙動を示 す図である。

[図 15]図 15は、実施例 1の面光源装置における偏向パターンを拡大して示す断面図 である。

[図 16]図 16は、実施例 1において、偏向パターンに入射した光の挙動を説明する図 である。

[図 17]図 17は、実施例 1における指向性変換部の作用説明図である。

[図 18]図 18は、実施例 1における指向性変換部の作用説明図である。

[図 19]図 19は、光反射部の幅に対する指向性変換部 30の幅の比 DZWと、光出射 面から出射される光の光度の半値幅との関係を表した図である。

[図 20]図 20は、実施例 1の変形例を示す概略断面図である。

[図 21]図 21は、本発明の実施例 2による面光源装置を示す斜視図である。

[図 22]図 22は、実施例 2の面光源装置の概略断面図である。

[図 23]図 23は、実施例 2における、指向性変換部の作用説明図である。

[図 24]図 24は、光反射部に入射する光の光度分布を示す図であって、太線は指向 性変換部を設けた本実施例における光度分布を表し、細線は指向性変換部のな ヽ 従来例の光度分布を表して!/ヽる。 [図 25]図 25は、光出射面から出射する光の光度分布を示す図であって、太線は指 向性変換部を設けた本実施例における光度分布を表し、細線は指向性変換部のな V、従来例の光度分布を表して!/、る。

[図 26]図 26は、指向性変換部の傾斜角 αを変化させ、光出射面力 出射される光の 光度分布の半値幅を求めてプロットした図である。

[図 27]図 27は、指向性変換部の傾斜角 αを変化させ、光出射面に垂直な方向から 出射角度 Φ 3=— 30° — + 30° の方向に出射される光の光束を求めてプロットした 図である。

[図 28]図 28は、実施例 2における偏向パターンと指向性変換部の最適な寸法例を示 す図である。

[図 29]図 29は、実施例 2の変形例を示す概略断面図である。

[図 30]図 30は、実施例 2の別な変形例を示す概略断面図である。

[図 31]図 31は、実施例 2のさらに別な変形例を示す概略断面図である。

[図 32]図 32は、再入射面の突出量 δを決定する方法を説明する図である。

[図 33]図 33は、実施例 2のさらに別な変形例を示す概略断面図である。

[図 34]図 34は、本発明の実施例 3による面光源装置の一部を示す断面図である。

[図 35]図 35は、実施例 3において、再反射面の上端力も測った光反射部の上端まで の高さを決定する方法を説明する図である。

[図 36]図 36は、実施例 3の最適な数値例を示す図である。

[図 37]図 37は、実施例 3の変形例を示す概略断面図である。

[図 38]図 38は、実施例 3の別な変形例を示す概略断面図である。

[図 39]図 39は、本発明の実施例 4による面光源装置を示す斜視図である。

[図 40]図 40は、実施例 4による面光源装置の概略断面図である。

[図 41]図 41は、実施例 4の作用説明のための図である。

[図 42]図 42は、実施例 4の変形例を示す概略断面図である。

[図 43]図 43は、本発明の実施例 5による面光源装置を示す斜視図である。

[図 44]図 44は、実施例 5における光源の作用説明のための断面図と、その一部を拡 大して示す図である。 [図 45]図 45は、本発明の実施例 6示す斜視図である。

[図 46]図 46は、実施例 6において導光板の下面に形成されている偏向パターン及び 指向性変換部の配置を示す図である。

圆 47]図 47は、偏向パターンを導光板内部から見た斜視図である。

[図 48]図 48 (a)及び (b)は、実施例 6において、偏向パターンに入射する光の指向 性と偏向パターンで反射した光の指向性を説明する図である。

[図 49]図 49は、偏向パターンの別な形状を示す平面図である。

[図 50]図 50は、偏向パターンのさらに別な配置を示す平面図である。

[図 51]図 51は、実施例 6の変形例を示す概略図である。

[図 52]図 52は、本発明の面光源装置をバックライトして用いた液晶表示装置の断面 図である。

[図 53]図 53は、本発明の面光源装置をフロントライトして用いた液晶表示装置の断 面図である。

[図 54]図 54は、液晶表示装置の別な例を示す概略断面図である。

[図 55]図 55は、本発明の液晶表示装置をディスプレイとして用いた携帯電話を示す 斜視図である。

[図 56]図 56は、本発明の液晶表示装置をディスプレイとして用いた PDA等の携帯用 モノくィルを示す斜視図である。

符号の説明

21 光源

22 導光板

23 光入射面

24 光出射面

25 偏向パターン

25a 光反射部

25b 再入射面

28 平坦部

30 指向性変換部 32 段差調整部

33 再反射面

発明を実施するための最良の形態

[0047] 以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は、以下 に説明する実施例に限られるものでなぐ本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で 任意に変更をカ卩えることができることは 、うまでもな 、。

[0048] (実施例 1)

図 13は本発明の一実施例による面光源装置を示す斜視図である。図 14は当該面 光源装置の概略断面と、導光板における光の挙動を示す図である。図 15は偏向パ ターン近傍を拡大して示す導光板の断面図である。この面光源装置は、光源 21と導 光板 22とからなる。光源 21は導光板 22の一側面 (光入射面 23)の長手方向に沿つ て延びており、いわゆる線状光源となっている。このような光源 21としては、冷陰極管 を用いたものでもよぐ発光ダイオード (LED)の光を線状に広げて線状光源化したも のでもよぐ複数個の LEDを線状に配列させて線状光源化したものでもよい。導光板 22は、ポリカーボネイト榭脂ゃメタクリル榭脂、ガラス材料等の透明で屈折率の高い 材料によって板状に形成されている。導光板 22の下面には、多数の微細な偏向パタ ーン 25が形成されている。偏向パターン 25は導光板 22内の光を光出射面 24側へ 向けて反射させる光反射部 25aを有しており、導光板 22の下面のパターンとしては、 光反射部 25aの光源 21から遠 、側に平坦部が連続して 、な 、ものであればよ!、。す なわち、従来技術において説明した凸パターン以外の凹パターンやプリズムパター ンなどであればよい。この実施例では、下記のように凹パターン状の偏向パターン 25 を形成している。

[0049] 偏向パターン 25は、導光板 22の下面を凹没させることによって断面三角形状に形 成されており、導光板 22の幅方向に沿って光入射面 23と平行に配列されている。偏 向パターン 25は、光源 21側を向いた光反射部 25a (パターン反射面）と、光源 21と 反対側を向いた再入射面 25bとからなる。光反射部 25aは、導光板 22内を導光する 光を光出射面 24に向けて反射させて光出射面 24から出射させる機能を有する領域 であり、その傾斜角 j8は、平坦部 28に対して 30° 以上 60° 以下となっている。再入 射面 25bの傾斜角 γは、 80° 以上 90° 以下となっている。なお、導光板 22の光出 射面 24から出射される光の光度を均一化するため、偏向パターン 25は、光源 21に 近い領域ではパターン密度が小さぐ光源 21から遠ざかるにつれてパターン密度が 次第に大きくなつている。

[0050] この偏向パターン 25にあっては、光反射部 25aの一部が光源側に位置する平坦部 28の延長線上よりも導光板 22の内側に位置しており、凹パターンとなっている。また 、光反射部 25aよりも光源側にある平坦部 28の延長線が光反射部 25aと交差してい る。

[0051] また、平坦部 28とは、光入射面 23から導光板 22内に入射した光を反射させて導 光し、導光板 22内の光を面状に広げる機能を有する領域であり、平坦部 28に入射し た光の 50%以上の光は平坦部 28で反射された後に、直接光反射部 25aに入射せ ず、光出射面 24に入射して導光される。

[0052] さらに、偏向パターン 25の光反射部 25aは下方へ延長されており、光反射部 25aと 導光板 22下面の平坦部 28との間には指向性変換部 30が設けられている。指向性 変換部 30は、偏向パターン 25に入射する光の指向性を狭くする働きをするものであ る。この実施例では、導光板 22内を導光する光が入射しない領域が指向性変換部 であり、光反射部 25aを延長した傾斜面の一部領域と、この領域と導光板 22下面の 平坦部 28との間にある垂直面及び水平な底面を含む領域とが指向性変換部 30とな つている。

[0053] しかして、この面光源装置においては、図 14に示すように、光源 21から出射された 光 31は光入射面 23から導光板 22に入射し、導光板 22の上面と下面との間で全反 射しながら光源 21から遠ざ力る方向へ導光される。その途中で、偏向パターン 25の 光反射部 25aに入射した光 31は、図 16に示すように、光反射部 25aにより光出射面 24にほぼ垂直な方向に向けて反射され、光出射面 24を透過して光出射面 24から外 部へ出射される。

[0054] また、図 16に示すように、光反射部 25aに入射した光のうち光反射部 25aを透過し た光 31は、再入射面 25bを透過して導光板 22内に戻り、再利用される。よって、光 のロスを低減し、光の利用効率を向上させることができる。また、液晶表示装置のフロ ントライトとして用いる場合には、光反射部 25aから漏れた光で画面のコントラストを低 下させに《なる。なお、光反射部 25aから出射された光のうち一部は、再入射面 25b に入射することなく散逸する力 ノ ックライトとして用いる場合には、導光板 22の下面 に対向させて反射シート（図示せず)を配設しておけば、光反射部 25aを透過して再 入射面 25bに入射しない光も反射シートで反射させて導光板 22内に再入射させるこ とができ、光のロスを一層低減させることができる。

[0055] さらに、本発明の面光源装置によれば、光出射面 24から出射される光の指向性を 向上させることができる。本発明においては、指向性とは、光の光度分布がその最大 値の 1Z2以上となる領域の角度の幅、もしくは光度がその最大値の 1Z10以上とな る領域の角度の幅をいい、指向性が向上するとは、この指向性の幅が狭くなることを いうものとする。以下、本発明により出射光の指向性を向上させることができる理由を 、図 1の従来例と比較して説明する。

[0056] 図 9は、図 1の従来例における凹パターン 15に入射した光線を表している。従来例 にお ヽては光反射部 15aに向けてさまざまな角度から光 31が入射して 、る。図 9に 破線で示した光 31の光線の様子からは、これらの光のうち下方力も光反射部 15aに 向けて入射する光が、光反射部 15aで反射された後、光出射面 14の法線方向に対 して大きな出射角度で斜め方向へ出射されていることが分かる。この結果、図 5に示 した従来例の光度分布において、斜め方向に出射される光の光度が大きくなり、指 向性が悪くなるのは既に説明したとおりである。

[0057] さらに図 9を見ると、下方力 光反射部 15aに入射する光 31は、平坦部 18で反射し た直後に、光反射部 15aに入射していることが分かる。特に、光反射部 15aにほぼ平 行な方向から上方へ向けて光反射部 15aに入射し、光出射面 24から大きな出射角 度で斜め方向へ出射される光は、光反射部 15aの近傍において平坦部 18で反射さ れている。

[0058] これに対し、本発明の当該実施例の場合には、平坦部 28と光反射部 25aとの間に 指向性変換部 30を設けているので、光反射部 25aに入射する光の指向性が狭くな る。その結果、光反射部 25aで反射されて光出射面 24から出射される光の指向性が 向上する。図 17及び図 18は指向性変換部 30により指向性を向上させる理由を具体 的に示す図である。図 17は光反射部 25aのうち、平坦部 28の延長線と交わる箇所よ りも上方の領域に入射する光 31を表している。この図に破線で示す光線は、従来平 坦部で反射されて光出射面力 大きな出射角度で斜め方向へ出射されていた光で あるが、指向性変換部 30を設けた領域では平坦部 28が存在しないので、図 17に破 線で示した光 31が光反射部 25aに入射しなくなる。そのため光反射部 25aに入射す る光の入射角度が制限され、光反射部 25aに入射する光の指向性が狭くなる。

[0059] また、図 18は光反射部 25aのうち、平坦部 28の延長線と交わる箇所よりも下方の領 域に入射する光 31を表している。この場合には、指向性変換部 30が平坦部 28の陰 になるので、光反射部 25aには下方からの光 31は入射できず、偏向パターン 25に 入射する光 31の指向性は大きく制限される。その結果、光反射部 25aに入射する光 の指向性が狭くなつて、光出射面 24から出射される光 31の指向性も狭くなる。

[0060] よって、この実施例によれば、光出射面 24から出射される光の指向性を向上させ、 し力も、斜め方向に出射される光を減少させて正面輝度を向上させることができる。 そして、液晶表示装置などのバックライトやフロントライトとして用いた場合には、画面 の視認性を良好にすることができる。また、この実施例によれば、光出射面 24から出 射された光の指向性を改善するためのプリズムシートを不要にすることができるので、 面光源装置の薄型化を図ることができると共に、面光源装置のコストを安価にするこ とがでさる。

[0061] なお、指向性変換部 30の高さは、指向性変換部 30が平坦部 28の陰になるような 高さであればよい。即ち、最大導光角度の光が指向性変換部 30の底面 30aに入射 しないだけの高さを指向性変換部 30に持たせておけばよい。例えば、図 15に示すよ うに、指向性変換部 30の高さを H、指向性変換部 30の幅 (この実施例では、最大導 光角度 φ lmax以下の導光角度の光が入射しない領域の幅を指向性変換部 30の幅 と定義する。）を D、指向性変換部 30の底面 30aの幅を d、光反射部 25aの傾斜角度 を βとし、最大導光角度を φ lmax (例えば、 41° )とすれば、

H = D (tan lmax+tan j8 )— dtan j8 · ' · (Α)式

となる。

[0062] また、指向性変換部 30の幅 Dは、光反射部 25aの幅 (導光板 22の下面に平行な方 向で測った光反射部 25aの幅) Wの 4倍以下とするのが望ましい。図 17から分力るよ うに、指向性変換部 30の幅 Dを大きくすれば、光反射部 25aに下方力も入射する光 の角度を制限する働きが高くなり、光反射部 25aに入射する光の指向性が高くなる。 図 19は光反射部 25aの幅に対する指向性変換部 30の幅の比 DZWに対して、光出 射面 24から出射される光の光度の半値幅を表した図である。この図からも指向性変 換部 30の幅 Dを大きくしていくと、出射光の半値幅が小さくなり、指向性が向上するこ とが分かる。しかし、図 19によると、比 DZW力 以下では半値幅が大きく変化してい る力 比 DZW力 を超えるとその後は半値幅の変化は小さくなり、直線的に変化し ている。

[0063] 一方、指向性変換部 30の幅 Dを大きくし過ぎると、指向性変換部 30の突出高さ H が大きくなる（上記 (A)式参照）ので、光反射部 25aが導光板 22の下面力も突出する 面積が大きくなる。そのため、偏向パターン 25を透過した光が再入射面 25bに再入 射することなく散逸し易くなる。よって、指向性変換部 30の幅 Dは、光反射部 25aの 幅 Wの 4倍以下とすることが好ましい。さらに、指向性変換部 30の幅 Dが光反射部 2 5aの幅 Wの 2倍以下のときには、フロントライとして用いた時のノイズ光を少なくできる ので、指向性変換部 30の幅 Dは光反射部 25aの幅 Wの 2倍以下とするのがより望ま しい。

[0064] なお、指向性変換部 30の幅 Dが光反射部 25aの幅 Wの 1Z5以下の場合には、指 向性の半値幅は 10%程度しか改善しな 、ので、指向性変換部 30の幅 Dは光反射 部 25aの幅 Wの 1Z5以上とすることが望まし 、。

[0065] 上記実施例では、指向性変換部 30の断面が角形をしたものを示したが、上記実施 例の効果を得るためには、指向性変換部 30に光が入射しなければよいので、指向 性変換部 30はこのような形状に限らない。図 20は上記実施例の変形例であって、指 向性変換部 30を傾きの大きな傾斜面で形成して 、る。導光板 22内を導光する光の 最大導光角度を φ lmax (例えば、 41° )とするとき、傾斜面力 なる指向性変換部 3 0の傾斜角度を φ lmaxよりも大きな角度 (例えば、 42° 以上）とすればよい。

[0066] なお、この実施例においては、導光板 22内を導光する光は、指向性変換部 30に 入射しないが、偏向パターン 25等で散乱した光は指向性変換部 30に入射してもよ い。

[0067] (実施例 2)

図 21は本発明の別な実施例による面光源装置を示す斜視図である。また、図 22 は当該面光源装置の概略断面図である。この実施例では、偏向パターン 25の光反 射部 25aと平坦部 28との間において、傾斜面 (第 1の傾斜面）によって指向性変換部 30を形成している。図 23は偏向パターン 25及び指向性変換部 30の形状を示す拡 大断面図である。この実施例でも光反射部 25a (第 2の傾斜面）は若干下面側へ延 長されており、指向性変換部 30は、平坦部 28と延長された光反射部 25aとの間に傾 斜面を設けることによって形成されており、当該傾斜面は平坦部 28の延長線よりも下 面側へ突出している。

[0068] この実施例でも、偏向パターン 25は平坦部 28の延長線よりも上方に引っ込んでい て凹パターンとなっており、平坦部 28の延長線は光反射部 25aと交差している。指向 性変換部 30は、偏向パターン 25に入射する光の指向性を狭くする働きをするもので あるが、この実施例では、指向性変換部 30で光を反射させることによって光反射部 2 5aに入射する光の指向性を高めるようにして 、る。

[0069] しかして、このような傾斜面力もなる指向性変換部 30にあっては、図 23に示すよう にして光反射部 25aに入射する光の指向性を高めることができる。すなわち、指向性 変換部 30は、光反射部 25a側で下方へ下がるように傾斜しているので、この指向性 変換部 30で反射された光は、平坦面 28と平行な平面で反射された場合よりも小さな 入射角で光反射部 25aに入射することになり、光反射部 25aに入射する光の拡がり が狭くなつて指向性が向上させられる。この結果、光出射面 24から出射される光の指 向性も向上することになる。

[0070] 偏向パターン 25は、光反射部 25aとその光源 21から遠い側で対向する再入射面 2 5b (第 3の傾斜面）によって断面三角形状に形成されている。そのため、光反射部 25 aを透過した光 31は、再入射面 25bから導光板 22内に入射し、再利用される。よって 、光のロスが低減して光利用効率が向上する。また、この面光源装置をフロントライト として用いた場合には、ノイズ光の出射を低減することができるので、液晶表示装置 の画面のコントラストを向上させることができる。 [0071] 図 24は光反射部 25aに入射する光の光度分布を示す図であって、太線は指向性 変換部 30を設けた本実施例における光度分布を示し、細線は指向性変換部のな!ヽ 従来例の光度分布（図 4と同じもの）を示している。また、図 25は光出射面 24から出 射する光の光度分布を示す図であって、太線は指向性変換部 30を設けた本実施例 における光度分布を示し、細線は指向性変換部のない従来例の光度分布（図 5と同 じもの）を示している。ここで、導光角度の最大値は ±41° としており、導光角度 φ 1 、入射角度 φ 2、出射角度 φ 3の定義は図 6に示したとおりである。なお、導光板内に 入射した光の光度分布は、指向性変換部 30の影響を受けないので、指向性変換部 30を設けた本実施例でも、従来例でも図 3のような光度分布となる。

[0072] 光度分布がその最大値の 1Z10以上となる領域の幅を指向性と定義すると、図 24 によれば、指向性変換部 30を設けた本実施例では、比較例と比較して指向性が大 幅に向上していることが分かる。

[0073] また、図 25によれば、指向性変換部 30が無い従来例では、出射光の光度分布が φ 3 = 0° の方向をピークとし、光源 21から離れる方向に φ 3 = 90° 付近まで広がつ てしまっている。一方、指向性変換部 30を有する本実施例の場合には、出射光の光 度分布は φ 3 = 0° の方向をピークとして光源 21から離れる方向に 45° 程度までし か広がっておらず、不要な方向への出射光を低減できていることが分かる。

[0074] 出射光の広がりについては、指向性変換部 30の幅 Dや傾斜角 ocを最適化すること により任意の視野角に設定することができる。指向性変換部 30の傾斜角 αを大きくし ていくと、光反射部 25aに入射する光の指向性が向上する一方、傾斜角 ocが大きく なりすぎると、指向性変換部 30に入射する光の量力 S小さくなる。従って、指向性変換 部 30の傾斜角 aには、適当な値の範囲が存在する。

[0075] 図 26は、指向性変換部 30の傾斜角 ocを変化させ、光出射面 24から出射される光 の光度分布の半値幅を求めてプロットしたものである。また、図 27は、指向性変換部 30の傾斜角 ocを変化させ、光出射面 24に垂直な方向から出射角度 φ 3 =— 30° — + 30° の方向に出射される光の光束を求めてプロットしたものである。図 26によれ ば、指向性変換部 30の傾斜角 αが 10° 以上のとき、指向性変換部 30がない場合（ すなわち、《= 0° の場合)と比較して出射光の光度分布の半値幅が十分小さくなつ ている。また、図 27によれば、指向性変換部 30の傾斜角 aが 25° 以下のとき、指向 性変換部 30が無い場合（《= 0° の場合）に比べて出射角度 φ 3が ± 30° 以内の 方向に出射する光の光束が大きくなつている。一方、指向性変換部 30の傾斜角 αが 25° 以上になると、図 26に示されている出射光の半値幅や図 27に示されている出 射光束はほとんど変化していない。これは指向性変換部 30に入射する光の量が小さ くなつたため、指向性変換部 30の傾斜角 αを変化させても光出射面 24からの出射 光にほとんど影響を与えていないためである。以上より、指向性変換部 30の平坦部 2 8に対する傾きは、 10° 以上 25° 以下とするのが望ましぐそれによつて最も効率よ く指向性を向上させることができる。特に、指向性変換部 30の傾斜角 ocが 10° 以上 20° 以下の場合には、光出射面 24から出射される出射光の輝度分布が所定の角 度内でのみ高ぐその他の角度では急激に小さくなり、光の利用効率が高く視野角 内での明るさも均一となる。

[0076] さらに、光反射部 25aの導光板下面と平行な方向に対する傾斜角 βを 30° 以上 6 0° 以下とすることにより、光反射部 25aに入射した光の指向性を劣化させることなく 光出射面 24に向けて反射させることができ、光出射面 24から任意の方向に向けて 指向性の高い光を出射させることができる。特に、光出射面 24から垂直方向に光を 集めたい場合には、傾斜角 βを 40° 以上 60° 以下にするのが望ましぐ光出射面 2 4から斜め方向に比較的多く光を出射したい場合には、傾斜角 βは 30° 以上 50° 以下にするのが望ましい。また、再入射面 25bの導光板下面と平行な方向に対する 傾斜角 0は、 90° に近いほどよぐ実質的には 80° 以上 90° 以下とすることにより 、光反射部 25aを透過した光を再入射面 25bからより多く導光板 22内に再入射させ ることがでさる。

[0077] 図 28は偏向パターン 25と指向性変換部 30の最適な寸法例を示している。この例 では、指向性変換部 30の傾斜角 α = 15° 、光反射部 25aの傾斜角 |8 =42° 、再 入射面 25bの傾斜角 γ = 85° となっており、指向性変換部 30の幅 D= 5 m、高さ Η = 1.3 πι、光反射部 25aの幅 W= 6 _iu m、再入射面 25bの幅 Κ= 0.36 m、高さ ν=4.1 πιとなっている。

[0078] 図 29はこの実施例の変形例を説明する図であって、指向性変換部 30及び偏向パ ターン 25の断面を表わしている。この変形例は、指向性変換部 30を曲面や折曲面、 複数の傾斜面で構成したものであって、特に図 29に示したものでは、導光板 22の下 面外側から見て凹面となる曲面によって指向性変換部 30を形成している。導光板 22 の下面外側力も見て凹面となるように指向性変換部 30を形成すれば、光出射面 24 力も出射される光の指向性をより高めることができる。図 9を見ると分力るように、平坦 部 18で反射した後に光反射部 25aに入射する光の入射角は、平坦部 28において光 が反射した位置と光反射部 25aとの距離に依存しており、平坦部 28に対して光源 21 力 遠い位置に入射した光ほど光出射面 24から大きな角度で斜めに出射される。よ つて、この変形例のように、指向性変換部 30を凹状の曲面などに形成すれば、指向 性変換部 30に対して光源 21から遠い位置に入射した光が、光反射部 25aで反射さ せた後に光出射面 24に垂直な方向に近づくので、指向性がより高くなる。

[0079] 図 30は本実施例の別な変形例を説明する図であって、指向性変換部 30及び偏向 パターン 25の断面を表わしている。この変形例は、光反射部 25aを曲面や折曲面、 複数の傾斜面によって構成し、光反射部 25aが導光板 22の下面側から見て凸状と なるようにしたものである。特に図 30に示したものでは、光反射部 25aを 2種類の傾 斜角 β 1、 β 2からなる傾斜面としている。ここで、傾斜角が β 1の領域は、平坦部 28 よりも導光板 22の外側に突出した領域であり、この領域には下向きの光 31しか直接 に入射せず、光出射面 24に垂直な方向に対して比較的小さな角度で反射される。 そして、傾斜角 β 1を小さくすることにより、傾斜角 β 1の領域に入射した光のうち、こ の領域を透過する光を減少させ、ノイズ光を低減させることができる。

[0080] 図 31は本実施例のさらに別な変形例を説明する図である。この変形例では、再入 射面 25bの先端力 その光源側に位置している平坦部 28の延長線上よりも外に δだ け突出している。こうして再入射面 25bを下面側へ突出させておけば、光反射部 25a を透過した光をより多く再入射面 25bで捕捉して導光板 22内に再入射させることが できる。これにより、光の利用効率をより向上させることができる。また、フロントライトと して用いる場合には、ノイズ光を減少させて画面のコントラストを向上させることができ る。

[0081] 再入射面 25bの望ま 、突出長 δは、光反射部 25aを透過したほぼ全ての光を再 入射面 25bで捕捉できる高さである。そのためには、図 32に示すように、最大導光角 度 φ ΐπιαχ (例えば、（) lma_X=41° )の光が光反射部 25aの下端力も漏れたとき、再 入射面 25bに入射させられる高さとしておけばよい。そのためには、光反射部 25aの 幅を W、再入射面 25bの幅を Kとすれば、

δ≥(W+K) tan lmax

とすればよい。

[0082] 図 33は本実施例のさらに別な変形例を説明する図である。図 31の変形例のように 再入射面 25bの先端が、その光源側に位置している平坦部 28の延長線上よりも外に 突出して!/、ると、光源側に位置して 、る平坦部 28と光源と反対側に位置して 、る平 坦部 28との間に段差が生じる。そのため、この変形例では、再入射面 25bの光源と 反対側に段差調整部 32を設け、光源側に位置している平坦部 28と光源と反対側に 位置して!/ヽる平坦部 28との間に段差が生じな ヽようにして ヽる。図 33に示す例では 、段差調整部 32を傾斜面とし、その傾斜角を 30° 以上 50° 以下としている。

[0083] なお、図示しないが、実施例 1のように光が入射しない指向性変換部と、実施例 2の ように入射した光を指向性が高くなるように反射させる指向性変換部とを組み合わせ てもよい。

[0084] (実施例 3)

図 34は本発明のさらに別な実施例による面光源装置の一部を示す断面図である。 この実施例では、再入射面 25bの先端を平坦部 28の延長線上よりも外に突出させる と共に、再入射面 25bの光源カゝら遠い側に、再入射面 25bから再入射した光を光出 射面 24に向けて反射させるための再反射面 33 (第 4の傾斜面）を形成している。また 、この再反射面 33によって平坦部 28が段差のない同一平面となるようにしている。

[0085] しかして、図 34に示すように、この実施例によれば、光反射部 25aから漏れた光を 再入射面 25bで効率よく捕捉して導光板 22内に再入射させ、光の利用効率を高め ると共にノイズ光を低減することができる。さら〖こ、この実施例では、再入射面 25bか ら再入射した光を再反射面 33で反射させることによって光出射面 24に垂直な方向 へ出射させることができ、面光源装置の指向性をさらに向上させることができる。

[0086] 再反射面 33の平坦部 28に対する傾斜角 εを 30° 以上 50° 以下とすれば、再反 射面 33で反射されて光出射面 24から出射される光を、光反射部 25aで反射して光 出射面 24から出射する光と同じ方向に出射させることができる。

[0087] また、この実施例では、導光板 22内を導光する光に対して、再反射面 33が光反射 部 25aの陰となるようにしている。そのためには、図 35に示すように、再入射面 25bの 幅を K、再反射面 33の幅を L、再反射面 33の上端力も測った光反射部 25aの上端ま での高さを Qとすれば、最大導光角度 φ lmax (例えば、 41° )に対して次式を満た すようにすればよい。

Q≥ (K+L) tan lmax

[0088] 導光板 22内を導光する光が再反射面 33に直接入射すると、その一部の光は再反 射面 33を透過して外部に漏れてロストなる。しかし、図 35に示すように、導光板 22内 を導光する光に対して、再反射面 33が光反射部 25aの陰となるようにしてあれば、導 光板 22内を導光する光が再反射面 33から外部に漏れるのを防ぐことができる。これ により、不要な方向への光の出射を防ぎ、光の利用効率向上とノイズ光の低減が可 能となる。

[0089] また、この実施例でも、再入射面 25bの突出長を、光反射部 25aを透過した光がほ ぼ全て再入射面 25bに入射するような寸法としておくことが望ましい。それによつて、 光反射部 25aを透過した光をほぼ全て導光板 22に再入射させることができ、より光の 利用効率の向上とノイズ光の低減を図ることができる。

[0090] 図 36はこの実施例の最適な数値例を示して 、る。この例では、指向性変換部 30の 傾斜角 α = 15° 、光反射部 25aの傾斜角 |8 =42° 、再入射面 25bの傾斜角 γ = 8 5° 、再反射面 33の傾斜角 ε =40° としている。また、指向性変換部 30の幅 D = 5 μ m、光反射部 25aの幅 W= 6 m、再入射面 25bの幅 Κ=0.64 μ m、再反射面 33 の幅 L = 3.9 mとしている。このとき、再反射面 33は、平坦部 28の延長線に対して δ = 3.3 mだけ突出している。

[0091] 図 37はこの実施例の変形例を示し、再反射面 33を曲面によって構成している。再 反射面 33を曲面によって構成してもノイズ光を減少させることができる。また、再反射 面 33を図 37のような曲面によって構成すれば、導光板 22の作製が容易で、かつ、 面光源装置の組込み時などにおいて他の部材と接触しても再反射面 33がつぶれに くくなる。

[0092] 図 38はこの実施例の別な変形例であり、平坦部 28を傾斜させることによって平坦 部 28に再反射面 33の機能を持たせるようにしている。従って、この変形例では、再 反射面 33は存在しないが、この場合も同様にノイズ光を減少させることができる。

[0093] (実施例 4)

図 39は本発明のさらに別な実施例による面光源装置を示す斜視図である。図 40 は当該面光源装置の概略断面と、導光板における光の挙動を示す図である。図 41 は偏向パターン近傍を拡大して示す導光板の断面図である。この面光装置は、平坦 部 28が傾斜したプリズム状のパターンを有する導光板 22において、平坦部 28と偏 向パターン 25との間に指向性変換部 30を形成したものである。すなわち、偏向バタ ーン 25 (光反射部）が下方へ延長されており、延長された偏向パターン 25と平坦部 2 8との間に傾斜面によって指向性変換部 30が設けられている。この指向性変換部 30 は偏向パターン 25に入射する光の指向性を狭くする働きをするものであって、第 1の 実施例と同じように導光板 22内を導光する光が指向性変換部 30に入射しないように なったものでもよぐ実施例 2とおなじように偏向パターン 25に入射する光の指向性 が高くなるように指向性変換部 30で入射光を反射させるようにしたものでもよい。

[0094] 例えば、図 41に示すように、指向性変換部 30で入射光を反射させることによって 偏向パターン 25に入射する光の入射角を小さくすることができるので、偏向パターン 25で反射された光は、光出射面 24と平行な方向へ向けられ、光出射面 24から出射 される光の指向性を向上させることができる。

[0095] この実施例では、平坦部 28の延長線は偏向パターン 25と交差しており、各面の角 度は平坦部 28と平行な平面を基準として定められる。例えば、平坦部 28は導光板 2 2の下面に対して σ = 5° 傾いており、指向性変換部 30は平坦部 28の延長線に対 して α = 15° の傾斜角を持ち、偏向パターン 25は平坦部 28の延長線に対して |8 = 60° の傾斜角を有している。

[0096] 図 42はこの実施例の変形例であって、平坦部 28を逆向きに傾斜させたものである 。すなわち、平坦部 28は、光源 21から遠ざかるにつれて光出射面 24側に近づくよう に傾斜している。 [0097] (実施例 5)

図 43は本発明に力かるさらに別な実施例を示す斜視図であって、 LEDを用いた線 状光源を光源 21として用いた実施例であり、また、導光板の偏向パターン及び指向 性変換部と同じものを光源 21の導光体に用いた実施例である。図 44はこの光源 21 の作用を説明するための平面図である。光源 21は、屈折率の高い透明榭脂によって 形成されたくさび状の導光体 (以下、くさび状導光体という） 35と、くさび状導光体 35 の側端面に対向させて配置された点光源 34と、くさび状導光体 35の背面に配置さ れた正反射板 36とからなっている。ここで、くさび状導光体 35の背面には光をくさび 状導光体 35の光出射面 35aから出射させるための偏向パターン 37が多数設けられ ている。また、点光源 34は 1個もしくは複数個の LEDを透明榭脂内に封止したもの であり、透明榭脂は前面を除いて白色榭脂によって覆われ、発光ダイオードから出射 された光は、直接あるいは白色樹脂の内面で反射された後、前方へ効率良く出射さ れる。

[0098] くさび状導光体 35の偏向パターン 37は、これまで説明したような導光板の偏向バタ ーンと同じような構造を有している。例えば、図 44に示すように、偏向パターン 37は、 くさび状導光体 35の背面に対して凹状のパターンとなっており、光反射部 37aと再入 射面 37bによって構成されている。光反射部 37aは、入射する光を反射させてくさび 状導光体 35の光出射面 35aからほぼ垂直な方向へ出射させる働きをするものである 。再入射面 37bは、光反射部 37aから漏れた光を偏向パターン 37内に再入射させる 働きをするものである。また、偏向パターン 37の背面においては、光反射部 37aとそ の光源側の平坦部 38との間に、光反射部 37aに入射する光の指向性を高めるため の指向性変換部 39が設けられており、指向性変換部 39はくさび状導光体 35の背面 に対して突出している。

[0099] しかして、点光源 34から出射された光 (ランバート光）は、くさび状導光体 35の側端 面からくさび状導光体 35内に入射する。くさび状導光体 35内に入射した光は、図 44 に示すように、くさび状導光体の光出射面 35a及び背面で反射しながら進行し、光反 射部 37aで反射されると、光出射面 35aからほぼ垂直に出射される。

[0100] このとき、指向性変換部 39で反射して光反射部 37aに入射する光の光反射部 37a への入射角度は、くさび状導光体 35の背面で反射して光反射部 37aへ入射する光 の入射角より小さくなるため、光反射部 37aに入射する光の指向性が向上する。光反 射部 37aで反射された光は、くさび状導光体 35の光出射面 35aからほぼ垂直方向に 出射されることになるので、光反射部 37aに入射する光の指向性が高められることに よって光出射面 35aから出射される光の指向性も向上する。

[0101] 本実施例において、くさび状導光体 35の光出射面 35aから出射される光はくさび 状導光体 35の前面にほぼ垂直であり、指向性が高いことから、このような光源 21を 線状光源として用いた場合には、点光源の光を効率よく線状に広げて出射させること ができる。

[0102] (実施例 6)

図 45は本発明のさらに別な実施例を示す斜視図である。この実施例では、光源 21 として LED等の点光源を用いている。点光源状の光源 21は、導光板 22の光入射面 23の中央部に対向させて配置されている。導光板 22の下面には、図 46に示すよう に、光源 21をほぼ中心とする同心円状の各円弧に沿って偏向パターン 25が配置さ れており、偏向パターン 25の長手方向は光源 21をほぼ中心とする円弧の接線方向 と平行になっている。つまり、各偏向パターン 25は、光出射面 24に垂直な方向から 見て、光源 21と当該偏向パターン 25とを結ぶ方向と当該偏向パターン 25の長手方 向とが直交するように配置されている。また、偏向パターン 25のパターン密度は、光 源 21から遠くなるに従って次第に大きくなつている。

[0103] 図 47は偏向パターン 25を導光板内部から見た斜視図であって、偏向パターン 25 は光反射部 25aと再入射面 25bによって構成されており、光反射部 25aの光源側に は指向性変換部 30が設けられている。

[0104] この面光源装置においては、光源 21から出射された光は、導光板 22内において 放射状に拡がり、偏向パターン 25で反射されて光出射面 24に垂直な方向へ出射さ れる。従って、このような面光源装置においても、上記各実施例で説明したような指 向性変換部 30を設けることにより、光出射面 24から出射される光の指向性を向上さ せることができる。

[0105] 図 48 (a) (b)は、偏向パターン 25で反射する前後における光の指向性を示す図で あって、図 48 (a)は偏向パターン 25の断面と垂直な方向力 見た図、図 48 (b)は光 出射面 24に垂直な方向から見た図である。この面光源装置では、偏向パターン 25 の長手方向と光源 21と結ぶ方向とが直交しているので、図 48 (b)に示すように、光 出射面 24に垂直な方向から見た状態では、偏向パターン 25で反射しても導光方向 に対して横方向には指向性はほとんど広がらず、かつ、導光方向も変化しない。その ため、導光板 22内を導光する光は円周方向には広がらず、この方向では狭い指向 性を有している。これに対し、導光板 22内を導光する光は、光出射面 24に垂直な断 面内では、図 48 (a)に示すように比較的広い指向性を有しているので、指向性変換 部 30を設けてこの面内における指向性を向上させることにより、任意の方位で指向 性の高い正面出射光を得ることができる。よって、このような実施例によれば、点光源 状の光源 21から出射された光を導光板 22全体に均一に広げ、光出射面 24から垂 直な方向に向けて狭い指向性の光を出射させることが可能になる。なお、このような 偏向パターン 25の機能の詳細については、特願 2003— 146925に開示されている

[0106] 図 49は偏向パターン 25の別な形状を示す平面図である。この偏向パターン 25は 長手方向に沿って蛇行している。導光板 22内における光の指向性は、パターン配列 の円周方向（導光方向に対して横方向）で狭いので、そのままでは円周方向で画面 の視野が狭くなる恐れがある。このような蛇行した偏向パターン 25を用いれば偏向パ ターン 25で反射した光の指向性を円周方向で広げることができ、半径方向の指向性 と円周方向の指向性との差を小さくすることができ、液晶表示装置に用いたときには 視認性が良好となる。図 49では偏向パターン 25を波状に蛇行させた力 図 50に示 すように、各偏向パターン 25の向きをばらっかせてもよい。

[0107] 図 51は本実施例の変形例であって、これは導光板 22のコーナー部に点光源状の 光源 21を配置し、光源 21をほぼ中心として同心円状に偏向パターン 25を配置した ものである。この変形例では、光源 21をコーナー部に置いているので、光源 21から 出射される光の拡がり角が狭くてすみ、導光板 22の隅が暗くなりに《なるという長所 がある。

[0108] また、図 51の変形例では、光出射面 24に垂直な方向から見たとき、偏向パターン 2 5の長さ方向と直交する直線を描いたとき、光源 21を中心として同一円周上に配置さ れた各偏向パターン 25の長さ方向に直交する各直線は、一点 Pで交わるように偏向 パターン 25が配置されている。この結果、光出射面 24から出射される光の最大光度 の方向がほぼ平行に揃うようになっている。なお、このような偏向パターン 25の機能 【こつ ヽても、特願 2003— 146925【こ詳糸田【こ開示されて!ヽる。

[0109] (液晶表示装置）

図 52に示すものは、本発明の面光源装置 41をバックライトとして用 ヽた液晶表示 装置の断面図である。面光源装置 41は、透過型の液晶パネル 42の背面に配置され ており、液晶パネル 42の背面には反射シート 44が配置されている。この液晶表示装 置にあっては、面光源装置 41によって背面力も液晶パネル 42を照明し、液晶パネル 42に画像を生成させている。このような液晶表示装置において、本願の面光源装置 を用いれば、指向性を高めて正面輝度を向上させることができるので、正面からの視 認性が良好となる。また、従来のバックライトの構成で必要とされていたプリズムシート や拡散板の機能 (モアレ防止、輝度向上)を面光源装置 41の構成だけで満足できる 。よって、面光源装置 41と液晶パネル 42の間にプリズムシートや拡散板を必ず挿入 する必要はない。反射シート 44についても、反射効率の良い部材に直接面光源装 置 41を取り付けるだけで機能を満足するため、反射シート 44を必ずしも貼り付ける必 要はない。

[0110] また、図 53に示すものは、本発明の面光源装置 41をフロントライトして用いた液晶 表示装置の断面図である。面光源装置 41は、反射型の液晶パネル 42の前面に配 置されており、前面力 液晶パネル 42を照明する。前面力 液晶パネル 42に入射し た面光源装置 41の光は、液晶パネル 42で反射して画像を生成する。このような液晶 表示装置において、本願の面光源装置を用いれば、指向性を高めて正面輝度を向 上させることができると共に、画面のコントラストを向上させることができ、正面の視認 '性が良好となる。

[0111] また、図 54は液晶表示装置の別な例を示す。この液晶表示装置に用いられている 面光源装置 41では、光源 21と対向する光入射面 23以外の外周面をテーパー状に 傾斜させている。 22の縁をテーパー状に傾斜させているので、導光板 22の縁に達し た光が導光板 22の縁から漏れにくくなり、導光板 22の縁に達した光を縁で反射させ ることによって液晶パネル側へ出射させることができ、光の利用効率が向上する。

[0112] あるいは、導光板 22の光入射面 23以外の外周面には、黒色塗料を塗布してもよい 。黒色塗料を塗布しておけば、導光板 22の縁に達した光を吸収させることができるの で、導光板 22の縁から光が漏れて迷光となるのを防止することができる。

[0113] (電子機器）

図 55は上記液晶表示装置 51をディスプレイとして用いた携帯電話 52、図 56は液 晶表示装置 51をディスプレイとして用いた PDA等の携帯用モパイル 53である。これ らは、上記の液晶表示装置 51を用いているので、ディスプレイが見易くなり、また、光 の利用効率が高いので、ノ ッテリーの消耗を抑えることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 光入射面から入射した光を伝搬させ光出射面から出射させる導光板と、導光板の 光入射面側に配置された光源とを有する面光源装置において、

前記導光板の光出射面に対向する面は、前記導光板内の光を反射して導光させ る平坦部と、導光する光を反射して光出射面から出射させる光反射部とを有しており 前記光反射部は、少なくともその一部が前記光反射部より光源側にある前記平坦 部の延長線上よりも導光板の内側に位置し、前記光反射部の光源側には前記光反 射部に入射する光の指向性を向上させる指向性変換部を有することを特徴とする面 光源装置。

[2] 光入射面から入射した光を伝搬させ光出射面から出射させる導光板と、導光板の 光入射面側に配置された光源とを有する面光源装置において、

前記導光板の光出射面に対向する面は、前記導光板内の光を反射して導光させ る平坦部と、導光する光を反射して光出射面から出射させる光反射部とを有しており 前記平坦部と前記光反射部の間には、前記光反射部に入射する光の指向性を向 上させる指向性変換部が設けられており、

前記光反射部より光源側にある平坦部の延長線が前記光反射部と交わることを特 徴とする面光源装置。

[3] 請求項 1又は 2に記載の面光源装置において、

前記指向性変換部は、前記平坦部と前記光反射部の間に設けられており、かつ、 前記導光板内を導光する光が入射しない領域であることを特徴とする面光源装置。

[4] 請求項 1又は 2に記載の面光源装置において、

前記指向性変換部は、前記平坦部と前記光反射部の間に設けられており、かつ、 前記導光板内を導光する光を反射させない領域であることを特徴とする面光源装置

[5] 請求項 1又は 2に記載の面光源装置において、

前記指向性変換部は前記平坦部と前記光反射部の間に設けられており、前記指 向性変換部は、指向性変換部で反射した光の光出射面となす角度が指向性変換部 に入射する光の光出射面となす角度よりも小さくなるように光を反射することをことを 特徴とする面光源装置。

[6] 請求項 5に記載の面光源装置において、

前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、前記指向性変換部の幅が前 記光反射部の幅の 4倍以下であることを特徴とする面光源装置。

[7] 請求項 6に記載の面光源装置において、

前記指向性変換部は第 1の傾斜面によって形成され、第 1の傾斜面は前記平坦部 よりも外側に向けて突出していることを特徴とする面光源装置。

[8] 請求項 7に記載の面光源装置において、

前記第 1の傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角が、 10° 以上 25° 以下であるこ とを特徴とする面光源装置。

[9] 請求項 8に記載の面光源装置において、

前記光反射部は第 2の傾斜面によって形成され、その平坦部に対する傾斜角が 30 ° 以上 60° 以下であることを特徴とする面光源装置。

[10] 請求項 7に記載の面光源装置において、

前記光反射部は第 2の傾斜面によって形成され、第 2の傾斜面を透過した光を導 光板内に再入射させる第 3の傾斜面が第 2の傾斜面の近傍に形成されていることを 特徴とする面光源装置。

[11] 請求項 10に記載の面光源装置において、

前記第 1の傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角が、 10° 以上 25° 以下であるこ とを特徴とする面光源装置。

[12] 請求項 11に記載の面光源装置において、

前記第 2の傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角が 30° 以上 60° 以下であり、前 記第 3の傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角が 80° 以上であることを特徴とする面 光源装置。

[13] 請求項 10に記載の面光源装置において、

前記第 3の傾斜面は、第 3の傾斜面より光源側に位置する平坦部の延長線上よりも 外側に突出していることを特徴とする面光源装置。

[14] 請求項 13に記載の面光源装置において、

前記第 3の傾斜面の前記光源から遠い側には、第 3の傾斜面と平坦部とを結ぶ第 4 の傾斜面が設けられて 、ることを特徴とする面光源装置。

[15] 請求項 14に記載の面光源装置において、

前記第 4の傾斜面の前記平坦部に対する傾斜角は、 30° 以上 50° 以下であるこ とを特徴とする面光源装置。

[16] 請求項 14に記載の面光源装置において、

前記第 4の傾斜面は、導光板内を導光する光から見て第 2の傾斜面の陰となる領 域に含まれることを特徴とする面光源装置。

[17] 請求項 13に記載の面光源装置において、

前記第 3の傾斜面の突出高さは、最大の導光角度で導光板内を導光する光が前 記第 2の傾斜面の突出部を透過して第 3の傾斜面に入射することができる高さに定め られて 、ることを特徴とする面光源装置。

[18] 請求項 1又は 2に記載の面光源装置において、

前記光源は点光源であり、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、前記光 反射部は長手方向の方向性を有しており、前記点光源を中心として同一円周上にあ る各光反射部の長手方向に垂直な直線が実質的に 1点で交わることを特徴とする面 光源装置。

[19] 請求項 1又は 2に記載の面光源装置において、

前記光源は点光源であり、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、前記光 反射部は長手方向の方向性を有しており、光反射部の長手方向が、当該光反射部 と光源とを結ぶ方向に実質的に直交していることを特徴とする面光源装置。

[20] 請求項 1又は 20に記載の面光源装置と、画像表示パネルとを備えた画像表示装 置。

[21] 請求項 20に記載の画像表示装置をディスプレイとして備えた電子機器。

[22] 請求項 21に記載の電子機器を使用し、前記ディスプレイに情報を表示することを 特徴とする情報表示方法。