JP2003272428A - 導光板、面照明装置、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非常に薄い面照明装置においても、高輝度を
得るとともに均一な輝度を得ることが可能な面照明装
置、導光板、及び表示装置を提供する。 【解決手段】 光源102と、光源102からの光が側面の光
入射領域104から入射し内部を伝搬して一方の主面であ
る光出射面105から外部へ出射する導光板101とを備えた
面照明装置１において、導光板101の少なくとも一方の
主面105に光出射面にほぼ垂直な段差面114aが設けら
れ、段差面114aは、光入射領域104に対向しかつ導光板1
01が光入射領域104側において厚くなるように設けら
れ、段差面114aに光入射領域104側に光を反射する第１
の光反射構造123が形成され、導光板101の段差面114aを
境に薄くなっている部分の光出射面105が外部へ光を出
射する光出射領域113を形成しているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として携帯電話
や携帯端末などの表示部を照明するためのバックライト
等の面照明装置、それに用いられる導光板、及びそれを
用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話や携帯端末などの表示部におい
ては、液晶表示素子（液晶パネル）と薄型のバックライ
ト（面照明装置）とを主な構成要素とする表示装置が用
いられている。図１８にこの種の表示装置の断面構造を
示す。図１８において、この表示装置では、偏光フィル
ム１１１ａ、１１１ｂをその両面に貼り付けた液晶パネ
ル１１０が下側に位置するバックライト部１０９によっ
て照明されるように構成されている。

【０００３】バックライト部１０９は、導光板１０１と
ＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源１０２を主な構成要
素としている。光源１０２から出力された光は導光板１
０１の光入射側面１０４から導光板１０１内へ導入さ
れ、導光板１０１の上下面で反射を繰り返しながら伝搬
する。そして、下面（拡散面）１０６に形成された拡散
パターン１０３に当たると光は様々な方向に拡散され、
その拡散された光のうちの一部が上面（光出射面：拡散
面１０６の反対側の主面）１０５から出力光として取り
出される。導光板１０１の材料としては、ポリカーボネ
イト等の樹脂材料やガラスなどの透明で屈折率の大きい
媒質の材料が用いられる。また、バックライト部１０９
は、導光板１０１や光源１０２の他に、拡散面１０６か
ら下側に漏れた光を再度導光板１０１内へ戻すための反
射シート１０７を備えることもある。さらに、光出射面
１０５から出た光の指向性を均一化するための拡散シー
ト１０８なども備えることもあり、あるいは、逆に指向
性を高めるためのレンズシート又はプリズムシートなど
がさらに付加されることもある。

【０００４】図１８に示すようなバックライト部１０９
は、光源１０２を導光板１０１の下側ではなく側面に備
える構造となっているので薄型化が可能であるという特
長を有する。また、導光板１０１内で光が伝搬するとき
に光源１０２から近い部分では伝搬光量が多く、光源１
０２から遠くなるに従って伝搬光量が少なくなるが、拡
散パターン１０３の配置密度を最適設計することによ
り、光出射面全体に渡って比較的均一な出力光を得るこ
とができる。また、拡散パターン１０３の形状や配置方
向を最適化することにより、出力光の指向性を制御する
ことも可能となる。

【０００５】さて、携帯電話や携帯端末等の表示装置に
おいては、非常に薄い（場合によっては１〜２ｍｍ厚、
あるいはそれ以下の）バックライトが必要とされる。図
１８のバックライトは確かに薄型化に適してはいるが、
図１９（ａ）に示すように導光板１０１自体の厚みを光
源１０２の発光領域１０２ａのサイズよりも薄くするこ
とはさすがに困難である（ここでは後に述べる引用文献
の関係で光源１０２が蛍光管である場合を想定してい
て、発光領域１０２ａのサイズは蛍光管の直径に相当す
る）。こうすると、光源１０２からの光が有効に導光板
１０１内に導入されなくなり、光出射面１０５の光出射
領域１１３（実際に表示に寄与する領域に相当。表示領
域と言ってもよい）における輝度が低下するからであ
る。

【０００６】そこで、この課題を克服する構成が考案さ
れ、それが特開平６−１７４９３８号公報に開示されて
いる。この文献の図１に示されているのがその具体的な
構成であり、その概略の構成を本願の図１９（ｂ）に示
す。図１９（ｂ）において、光出射面１０５の光出射領
域１１３における導光板１０１の厚みは光源１０２の発
光領域１０２ａのサイズより薄くなっているが、光入射
側面１０４の近傍部１０１ａにおける導光板１０１の厚
みは光源１０２の発光領域１０２ａのサイズと同等ある
いはそれ以上になるようにしている。そして、これらの
間はテーパ部１１２によって接続されている。このよう
にすると、光出射領域１１３における導光板１０１の厚
みを薄くして、なおかつ光源１０２からの光を有効に導
光板１０１内に導入することができる。

【０００７】さて、携帯電話や携帯端末等の表示装置に
おいては、先にも述べたように光源として主にＬＥＤが
用いられる。その理由としては、蛍光管や冷陰極管など
に比べて小型でありかつ低消費電力であることが挙げら
れる。このときに、ＬＥＤ１個だけでは十分な輝度を得
ることができないので、２つ以上のＬＥＤを用いるのが
一般的である。２つのＬＥＤを用いた例としては、ＷＯ
９８／１９１０５（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９７／０
３８９２、特許第３１５１８３０号）の第２７図に記載
された表示装置を挙げることができる。

【０００８】なお、この表示装置では、２個の光源を一
箇所に集中させて配置するのではなく２箇所に分散させ
て配置しているが、これには光源で発生する熱を有効に
分散させて温度上昇を抑制し、導光板の劣化を防ぐとい
う意味がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、図１９
（ｂ）に示すようなテーパ部１１２を有する構成にする
と、図１９（ａ）のような実質的に一様な厚みの導光板
の場合に比べて光入射側面１０４における光導入効率を
高めることができる。しかし、詳細な解析の結果、図１
９（ｂ）の構造においては一旦導光板１０１内に導入さ
れた光の一部が再度導光板の外部へ抜けてしまい、テー
パ部１１２よりも奥へ光が有効に伝搬されないことがわ
かった。すなわち、光利用効率は思ったほど改善されな
いことが明らかになった。

【００１０】また、複数のＬＥＤを配置する構成におい
ては、光出射領域１１３を観察したときに、ＬＥＤ設置
位置の近傍で特に出力光の輝度の大きい部分が生じてし
まい、輝度ムラになるという問題が発生した。これは、
蛍光管が線状光源であるのに対して、ＬＥＤは実質的に
点光源であることに起因したものである。この輝度ムラ
は、導光板における拡散パターンの配置密度の補正では
対応しきれない程度のものであった。

【００１１】本発明は以上の２つの課題を同時に解決
し、非常に薄い面照明装置においても、光利用効率を高
めて高輝度を得るとともにＬＥＤ設置位置近傍で発生す
る輝度ムラをなくし均一な輝度を得ることが可能な面照
明装置、導光板、及び表示装置を提供することを目的と
している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本件発明者は、まず、図１９（ｂ）の構成において
発生した、導光板に一旦導入された光が再度外部へ抜け
てしまうという問題の原因について検討した。これを以
下に説明する。

【００１３】図２０は、図１９（ｂ）の光入射側面１０
４及びテーパ部１１２付近の拡大図である。いま、この
図において符号Ｒ1で示されるような光線が光入射側面
１０４上の点Ａから入射した場合を考える。光線Ｒ1と
光入射側面１０４の法線とのなす角をθＡとおくと、角
θＡは、光入射側面（導光板１０１を構成する媒質と導
光板１０１の周囲の媒質（空気）との界面）１０４に入
射した光線の導光板１０１内への出射角を表している。
この角θＡを、以下、導入角と呼ぶ。光線Ｒ1は導光板
１０１の底面の点ＢにおいてθＢ＝９０°−θＡという
角度で入射するが、θＢは導光板１０１を構成する媒質
の臨界角θｏ（＝ｓｉｎ^-1（１／η）；ηは導光板１０
１を構成する媒質の外界（導光板の周囲の媒質）に対す
る相対屈折率）以上である（すなわち導入角θＡは９０
°−θｏ以下である）ものとする。もし導光板１０１が
どの部分でも同じ厚みであり導光板の上下面が平行であ
るならば、光線Ｒ1は上下面で何回反射を繰り返しても
入射角はθＢのままであり、全反射条件θＢ≧θｏを保
ちながら導光板内を伝搬するので、拡散パターンに当た
らない限り導光板１０１の外部へ抜けることはない。し
かし図２０に示すようにテーパ部１１２が存在する構成
の場合、光線Ｒ1がテーパ部１１２に入射すれば（点
Ｃ）そのときの入射角θＣはθＢよりも小さくなり、場
合によってはθＣが臨界角θｏを下回り、全反射条件を
満足しなくなって、その一部が導光板１０１の外部に抜
けてしまうことになる。

【００１４】また、光入射側面１０４の点Ｄから入射さ
れる光線Ｒ2のようなケースもある。すなわち、この光
線Ｒ2の導入角θＤは導入角θＡ以下であるので、テー
パ部１１２が存在しなければ拡散パターンに当たらない
限り導光板１０１の外部へ抜けることはない。しかし、
ここでは、光線Ｒ2は、点Ｅにおいてテーパ部１１２に
入射するため、たとえこのときの入射角θＥが臨界角θ
ｏ以上であっても、次に導光板１０１の下面１０６に入
射するとき（点Ｆ）の入射角θＦはθＥより小さくな
り、場合によってはθＦが臨界角θｏを下回り、やはり
全反射条件を満足しなくなって一部の光が導光板の外部
に抜けてしまうことになる。

【００１５】その他、最初の入射角は十分大きいが、テ
ーパ部１１２と導光板下面の間で何度も反射を繰り返し
ているうちに次第に入射角が小さくなっていき、いずれ
θｏを下回って外部へ抜けてしまうという光線ももちろ
ん存在する。

【００１６】以上により、テーパ部１１２を有する構成
では導光板１０１に一旦導入された光が再度外部へ抜け
てしまうことが理解できる。

【００１７】そこで、本発明に係る面照明装置は、光源
と、前記光源からの光が側面の光入射領域から入射し内
部を伝搬して一方の主面である光出射面から外部へ出射
する導光板とを備えた面照明装置において、前記導光板
の少なくとも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段
差面が設けられ、前記段差面は、前記光入射領域に対向
しかつ前記導光板が前記光入射領域側において厚くなる
ように設けられ、前記段差面に前記光入射領域側に光を
反射する第１の光反射構造が形成され、前記導光板の前
記段差面を境に薄くなっている部分の光出射面が外部へ
光を出射する光出射領域を形成している（請求項１）。
かかる構成とすると、段差面に入射する光線が第１の光
反射構造によりほぼ全面反射されるので、段差面から外
部に光線が抜けるのがほぼ防止される。また、段差面が
光出射面にほぼ垂直に設けられているので、導光板内に
入射し段差面で反射された光線が臨界角より小さい角度
で導光板の上下面に当たって外部に抜けるのが防止され
る。その結果、光の利用効率が向上し、光出射領域にお
ける輝度が向上する。

【００１８】また、前記第１の光反射構造が、前記段差
面に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求項
２、８）。かかる構成とすると、第１の光反射構造を容
易に構成することができる。

【００１９】また、前記第１の光反射構造が、前記段差
面に沿って配設された光反射部材であるとしてもよい
（請求項３、１１）。かかる構成としても、第１の光反
射構造を容易に構成することができる。

【００２０】また、前記導光板の周囲の媒質に対する相
対屈折率が√２以上であるとしてもよい（請求項４）。
かかる構成とすると、導光板に入射する光線が導光板の
平行な上下面における全反射条件を満たすこととなり、
光のロスが低減される。

【００２１】また、前記導光板の前記光入射領域は前記
光出射面に対してほぼ垂直であるとしてもよい（請求項
５）。かかる構成とすると、導光板内に入射する光線が
導光板の平行な上下面における全反射条件を満たしやす
くなる。

【００２２】また、前記導光板の前記光入射領域から前
記段差面に渡る部分の両方の主面に、光を導光板側に反
射する光反射部材が配設されているとしてもよい（請求
項６）。かかる構成とすると、光のロスを低減すること
ができる。

【００２３】また、前記光源が点状光源であり、前記第
１の光反射構造が、前記光入射領域の前記点状光源に最
も近い位置である光入射位置から入射し前記段差面に向
かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の前
記光入射位置以外の部分に向かって反射するとしてもよ
い（請求項７）。かかる構成とすると、点状光源間に光
反射構造を形成することにより、導光板の光出射領域に
おける輝度を均一化することができる。

【００２４】また、前記入射光の最大指向方向と、前記
段差面の前記入射光が到達する部分における法線方向と
が、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互いに
平行でないとしてもよい（請求項９）。

【００２５】また、前記段差面は、前記光出射面に平行
な平面に射影したときに、鋸歯形状又は曲線形状である
としてもよい（請求項１０）。かかる構成とすると、容
易に第１の光反射構造を実現できる。

【００２６】また、前記入射光の最大指向方向と、前記
段差面の法線方向と、光反射部材の反射面の法線方向と
を前記光出射面に平行な平面に射影したときに全てが平
行ではないとしてもよい（請求項１２）。

【００２７】また、前記段差面又は光反射部材の反射面
は、前記光出射面に平行な平面に射影したときに鋸歯形
状又は曲線形状であるとしてもよい（請求項１３）。か
かる構成とすると、容易に第１の光反射構造を実現でき
る。

【００２８】また、前記段差面に回折光学素子が形成さ
れているとしてもよい（請求項１４）。

【００２９】また、前記段差面にフレネルレンズが形成
されているとしてもよい（請求項１５）。

【００３０】また、前記段差面が前記入射光の最大指向
方向の光線に対して全反射条件を満たすとしてもよい
（請求項１６）。かかる構成とすると、光反射膜や光反
射部材を設けることなく、第１の光反射構造を実現でき
る。

【００３１】また、前記光入射領域において、前記第１
の光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射
光を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する
第２の光反射構造が形成されているとしてもよい（請求
項１７）。かかる構成とすると、導光板の光出射領域に
おける輝度を均一化することができる。

【００３２】また、前記第２の光反射構造が、前記光入
射領域に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求
項１８）。かかる構成とすると、第２の光反射構造を容
易に実現できる。

【００３３】また、前記入射光の最大指向方向と、前記
光入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方
向とが、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互
いに平行でないとしてもよい（請求項１９）。

【００３４】また、前記第２の光反射構造が、前記光入
射領域に沿って配設された光反射部材であるとしてもよ
い（請求項２０）。

【００３５】また、前記入射光の最大指向方向と、前記
光入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方
向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部
分における前記光反射部材の反射面の法線方向とを前記
光出射面に平行な平面に射影したときに、全てが平行で
はないとしてもよい（請求項２１）。

【００３６】また、前記光入射領域の前記反射光が到達
する部分に、回折光学素子が形成されているとしてもよ
い（請求項２２）。

【００３７】また、前記光入射領域の前記反射光が到達
する部分に、フレネルレンズが形成されているとしても
よい（請求項２３）。

【００３８】また、前記光入射領域の前記反射光が到達
する部分が、前記反射光の最大指向方向の光線に対して
全反射条件を満たしているとしてもよい（請求項２
４）。

【００３９】また、前記光入射領域の前記反射光が到達
する部分に、光拡散反射部材が配設されたものとしても
よく（請求項２５）、また、前記光源の光放射指向特性
が、前記光拡散反射部材の反射指向特性と略同じである
としてもよい（請求項２６）。かかる構成とすると、導
光板の光出射領域における輝度をより均一化することが
できる。

【００４０】また、前記光源及び前記光入射位置を複数
有するとしてもよい（請求項２７）。

【００４１】また、導光板の光出射面と反対側の面には
方向性を有する拡散パターンが形成されていて、光出射
領域内で前記拡散パターンの長手方向は入射光の最大指
向方向に対してほぼ垂直であるとしてもよい（請求項２
８）。

【００４２】また、本発明に係る導光板は、側面の光入
射領域から入射した光が内部を伝搬して一方の主面であ
る光出射面から外部へ出射する導光板において、少なく
とも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段差面が設
けられ、前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ厚
みが前記光入射領域側において厚くなるように設けら
れ、前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１
の光反射構造が形成され、前記導光板の前記段差面を境
に薄くなっている部分の光出射面が外部へ光を出射する
光出射領域を形成している（請求項２９）。かかる構成
とすると、非常に薄くても輝度を向上することができ
る。

【００４３】また、前記第１の光反射構造が、前記段差
面に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求項３
０、３２）。

【００４４】また、前記第１の光反射構造が、前記光入
射領域に設定された光入射位置から入射し前記段差面に
向かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の
前記光入射位置以外の部分に向かって反射するとしても
よい（請求項３１）。

【００４５】また、前記光入射領域において、前記第１
の光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射
光を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する
第２の光反射構造が形成されているとしてもよい（請求
項３３）。かかる構成とすると、光出射領域における輝
度を均一化することができる。

【００４６】また、前記第２の光反射構造が、前記光入
射領域に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求
項３４）。３に記載の導光板。

【００４７】また、本発明に係る表示装置は、請求項１
に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を
２次元的に変調する表示素子とを備えたものである（請
求項３５）。

【００４８】また、本発明に係る表示装置は、請求項７
に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を
２次元的に変調する表示素子とを備えたものである（請
求項３６）。

【００４９】また、本発明に係る表示装置は、請求項１
７に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光
を２次元的に変調する表示素子とを備えたものである
（請求項３７）。

【００５０】また、本発明に係る携帯電話機は、請求項
３５、３６、又は３７に記載の表示装置を表示部として
備えたものである（請求項３８）。

【００５１】また、本発明に係る携帯端末装置は、請求
項３５、３６、又は３７に記載の表示装置を表示部とし
て備えたものである（請求項３９）。

【００５２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。 実施の形態１ 図１は本発明の実施の形態１に係る面照明装置の構成を
模式的に示す断面図である。

【００５３】図１に示すように、本実施の形態に係る面
照明装置１は、導光板１０１を有している。導光板１０
１は、ここでは、矩形の平面形状を有し、平坦な下面１
０６と、下面１０６に平行で段差部１１４が形成された
上面１０５を有している。段差部１１４は、本発明の特
徴的構成であり、導光板１０１の４つの側面（端面）の
うちの１つである光入射側面（光入射領域）１０４の近
傍に該光入射側面１０４に平行に、かつ導光板１０１
の、段差部１１４の光入射側面側に位置する部分（以
下、光導入部という）１２１の厚みが、導光板１０１
の、段差部１１４の光入射側面側と反対側に位置する部
分（以下、光出力部という）１２２の厚みより大きくな
るように設けられている。段差部１１４の段差面１１４
ａは、導光板１０１の下面１０６にほぼ垂直に形成され
ている。段差面１１４ａには、反射膜１２３が形成され
ている。この反射膜１２３は、ここでは、蒸着、スパッ
タ、ＣＶＤ（化学的気層堆積法）、メッキ、スピンコー
トなどにより形成された金属反射膜で構成されている。
金属反射膜は、例えばＡｇ、Ａｌなどのように反射率の
高いものが望ましい。光出力部１２２の導光板１０１の
下面１０６には図示されない拡散パターンが形成され、
従って、光出力部１２２の導光板１０１の上面１０５が
光出力領域１１３を形成している。この光出射領域１１
３の上方には拡散シート１０８が配設されている。そし
て、導光板１０１の入射側面１０４に隣接して複数（こ
こでは４つ）のＬＥＤからなる光源１０２がほぼ等間隔
で配置されている。この光源１０２と光導入部１２１の
導光板１０１の上面１０５の上方を覆うように、光反射
部材としての上面反射シート１１５が配設されている。
また、光源１０２と導光板１０１の下面１０６との下方
を覆うように反射シート１０６が配設されている。

【００５４】次に、以上のように構成された面照明装置
１の動作を説明する。

【００５５】図１において、光源１０２から出射された
光は、導光板１０１の光入射側面１０４から導光板１０
１内に導入され、導光板１０１内を伝搬する過程で光出
力部１２２における下面１０６の拡散パターンで拡散さ
れて、上面１０５の光出力領域１１３から出射され、拡
散シート１０８で拡散される。

【００５６】次に、本発明の特徴である導光板１０１内
への光の導入作用について詳しく説明する。図２は導光
板内への光の導入作用を模式的に示す断面図である。

【００５７】図２において、まず、光源１０２（図２に
は示していない）から発せられて光入射側面１０４の下
半部に位置する点Ａから下向きに導光板内に入射した光
線Ｒ1のような場合について考える。光線Ｒ1の導入角θ
Ａは、９０°−θｏ以下であるという条件を満たしてい
るものとする。光線Ｒ1は導光板１０１の下面１０６の
点ＢにθＢ＝９０°−θＡという角度で入射するが、上
述の条件によりθＢは臨界角θｏ以上であるので、全反
射してそのまま何の問題も無く段差部１１４よりも奥へ
到達する。そして、以降は常に入射角θＢを保ったまま
導光板１０１の上下面で全反射を繰り返し、拡散パター
ンにあたるまで導光板１０１内を伝搬していく。

【００５８】次に、光入射側面１０４の略中央部に位置
する点Ｄから導光板１０１内に上向きに入射した光線Ｒ
2のような場合について考える。光線Ｒ2の導入角θＤ
は、９０°−θｏ以下であるという条件を満たしている
ものとする。この場合、光線Ｒ2は、まず段差面１１４ａ
上の点Ｅに角度θＤで入射する。段差面１１４ａには金
属反射膜が形成してあるので、入射角の如何にかかわら
ず入射光線はほぼ全てθＤという反射角で反射される。
その反射された光線Ｒ2は、今度は導光板１０１の上面
１０５の点Ｆに入射するが、このときの入射角はθＦ＝
９０°−θＤである。上述の条件によりθＦは臨界角θ
ｏ以上であるので光線Ｒ2は全反射する。次に、この光
線Ｒ2は光入射側面１０４上の点Ｇに到達するが、ここで
の入射角は９０°−θＦ＝θＤである。ここでは必ずし
も全反射条件を満たさないので、光線Ｒ2の一部Ｒ2'は光
入射側面１０４から導光板外部に出射され、残り（Ｒ
2"）は再度導光板１０１内を伝搬する。

【００５９】一方、導光板１０１の外部に出射された光
線Ｒ2'は光源１０２に当たるか、あるいはＬＥＤのよう
に実質的な点光源を配列している場合には光源１０２又
はその間隙部分のいずれかに当たる。一般に、光源１０
２の発光領域は拡散反射特性を持っている場合が多く、
また光源１０２の間隙部分にも拡散反射特性をもつ部材
を配置することが多いので、光線Ｒ2'はここで拡散反射
して再度光入射側面１０４から導光板１０１内部に導入
される（以下、これを再入射と呼ぶ）。また、上述の点
Ｇで反射されて再度導光板内を伝搬する光線Ｒ2"もやは
り最初に光入射側面１０４から入射した光線と等価であ
る。よって、点Ｇに到達した光は外部に出射されるか内
部に反射されるかにかかわらず結局振り出しに戻って、
再度光線Ｒ1あるいは光線Ｒ2のような経路を辿ることに
なる。

【００６０】ところで、以上においては光線Ｒ1、Ｒ2と
もに光入射側面１０４と段差面１１４ａとの間における
導光板１０１の上下面での全反射が１回だけ（点Ｂある
いは点Ｆおける反射）である場合を例にとって説明した
が、もちろんこれ以外にも何度も上下面で全反射する光
線や、逆に１度も上下面に当たらないような光線もあり
うる。しかし、どのような光線であっても段差面１１４
ａでの反射と光入射側面１０４での反射あるいは再入射
の挙動は上述の説明と全く同様であって、導光板１０１
の上下面における全反射回数を別にすれば、導光板１０
１内に入射する光線の経路は上述の光線Ｒ1又はＲ2のい
ずれかのパターンに集約される。

【００６１】以上によれば、仮に光線Ｒ2のように段差
面１１４ａに当たって光入射側面１０４の方に戻ってき
ても、何度か往復を繰り返しているうちにいずれは光線
Ｒ1のパターンとなって段差部１１４よりも奥に到達す
ることになり、結局ほとんどロス無く光出射領域１１３
の方まで達することが帰結される。

【００６２】さて、以上の説明において光入射側面１０
４から入射した直後の光線が光入射側面１０４の法線に
対してなす角、すなわち導入角θＡあるいはθＤは９０
°−θｏ以下であるということを前提としている。これ
が満たされるのはどのようなときかについて考えてみ
る。

【００６３】図３は光源１０２から発せられた光が導光
板１０１の内部に入射する様子を模式的に示す断面図で
ある。図３に示すように、光入射側面１０４への光線の
入射角をθＡ０、光入射側面１０４を通過した後の角度
をθＡとすると、これらの間にはｓｉｎ（θＡ）／ｓｉ
ｎ（θＡ０）＝１／ηの関係がある（スネルの法則）。
但し、ηは導光板１０１の周囲の媒質に対する相対屈折
率である。この式によれば、θＡが最大になるのは光源
から発せられた光線が光入射側面１０４に対してすれす
れに入射する場合、すなわちθＡ０＝９０゜の場合であ
り、そのときのθＡはθＡ＝ｓｉｎ−１（１／η）と求
められる。この最大角度θＡに対してもそれが９０゜−
θｏ以下であるという条件は、臨界角がθｏ＝ｓｉｎ−
１（１／η）と表されることを考慮すれば、以下の式
（１）のように表される。

【００６４】

【数１】

【００６５】式（１）により１／η≦√２／２、すなわ
ちη≧√２という条件が得られる。よって、η≧√２と
いう条件を満たしていれば光源１０２から発光されて光
入射側面１０４に入る光線（及び光入射側面１０４から
再入射する光線も含む）はすべて導光板上下面で全反射
条件を満たし、何度かの往復を繰り返した後に必ず段差
部１１４よりも奥に到達することになり、ほとんどロス
は発生しない。

【００６６】なお、以上の説明においては光入射側面１
０４は光出射面１０５に対してほぼ垂直である場合を想
定していたが、この条件を満たしておくことが望まし
い。こうしておくと、図２の光線Ｒ2"の導光板１０１の
上下面における入射角が保存されるからである。ただ、
光線Ｒ2"の光線は強度的には光線Ｒ2'ほど大きくないの
で、この条件が満たされなくても段差部１１４より奥へ
の光到達率が極端に低下するというわけではなく、それ
なりの効率改善効果は期待できる。

【００６７】ところで、本実施の形態では、図１に示す
ように、光反射部材である上面反射シート１１５が配設
されている。上面反射シート１１５は、図４に示すよう
に、光源１０２から発せられて該光源１０２と光入射側
面１０４との隙間から上方へ抜けようとする光線Ｒ3
を、反射して導光板１０１内に入射させることができ、
その結果、光利用効率を高めることができる。また、導
光板１０１の下面１０６においても、反射シート１０７
が該下面１０６の下方のみならず光源１０２の下方をも
覆うように配置されているので、光源１０２から発せら
れて該光源１０２と光入射側面１０４との隙間から下方
へ抜けようとする光線Ｒ4を、反射して導光板１０１内
に入射させることができ、それによって光利用効率をさ
らに高めることができる。

【００６８】なお、以上の構成では、段差面１１４ａに
形成される反射膜１２３が金属反射膜から構成されてい
るが、これが誘電体多層膜で構成されていても構わな
い。十分な光反射率が得られるものであれば何でもよ
い。

【００６９】次に、本実施の形態の変形例を説明する。

【００７０】図５は本実施の形態の第１の変形例を示す
断面図、図６（ａ）は本実施の形態の第２の変形例を示
す断面図、図６（ｂ）は本実施の形態の第３の変形例を
示す断面図である。

【００７１】図５に示すように、第１の変形例では、段
差面１１４ａに反射膜が形成される代わりに、該段差面
１１４ａに沿って反射シート等の光反射部材１１６が配
置されている。このような構成としても、図１の構成と
同等の効果が得られる。

【００７２】また、図１の構成では、段差部１１４は導
光板１０１の上面１０５に形成したが、これを例えば、
図６（ａ）に示す第２の変形例のように導光板１０１の
下面１０６に形成してもよく、あるいは、図６（ｂ）に
示す第３の変形例のように導光板１０１の両面１０５，
１０６に形成してもよい。このような構成としても、も
ちろん図１の構成と同等の効果が得られる。なお、第
２、第３の変形例では、光出力部１２２の導光板１０１
の下面１０６を覆うように反射シート１０７が配設さ
れ、これとは別に、光導入部１２１の導光板１０１の下
面１０６を覆うように反射シート１１７が配設されてい
る。もちろん、反射シート１０７をここまで延長しても
構わない。なお、図１の構成と図６（ａ）の第２の変形
例及び図６（ｂ）の第３の変形例とを比較すると、図１
の構成は、光出射領域１１３の上に液晶パネル等の表示
素子を置きやすいという利点がある。特に、段差部１１
４を液晶パネルの位置決めに利用できるという利点があ
る。また、図６（ｂ）の第３の変形例は、光源１０２か
ら光入射側面１０４に垂直入射する最も指向性の高い光
線が段差部１１４に当たることなく奥の方に達するの
で、上記３種類の構成中では最も高い効率が得られる。 実施の形態２ 図７は本発明の実施の形態２に係る面照明装置に用いら
れる導光板の構成を示す斜視図である。図７において図
１と同一符号は同一又は相当する部分を示す。図７に示
すように、本実施の形態では、導光板１０１の上面１０
５に形成された段差部１１４が、平面視において、鋸歯
形状（ジグザグ形状）に形成され、図１に示す拡散シー
ト１０８及び反射シート１１５の段差部１１４に対応す
る辺が、該段差部１１４の形状に対応する鋸歯形状に形
成されている。その他の点は、実施の形態１と同様であ
る。

【００７３】次に、以上のように構成された面照明装置
の導光板への光導入作用を説明する。図８は図７の導光
板への光の導入作用を示す図であって、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図である。

【００７４】図８において、光線Ｒ1は、光入射側面１
０４上の光入射位置（光入射側面１０４上で光源に接触
あるいは最近接している部分。目安として、光源１０２
の発光領域を光入射側面１０４上に射影した領域を想定
すればよい）上の点Ａを起点として導光板１０１内を伝
搬する光線の一つであり、図２における光線Ｒ1と同様
に、段差部１１４に当たることなく導光板１０１の奥の
方に伝搬する光線である。一方、光線Ｒ2も同じく点Ａ
を起点として導光板１０１内を伝搬する光線であるが、
これは図２における光線Ｒ2に対応し、段差部１１４で
反射する光線である。図８（ｂ）から明らかなように、
この光線Ｒ2は図２の光線Ｒ2（及びＲ2"）とほぼ同様な
経路をたどっている。以上より、本実施の形態の面照明
装置における光の導入作用は、側面視においては実施の
形態１（図２）と全く等価であり、従って、実施の形態
１）と全く同様の原理で光利用効率を高められることが
わかる。

【００７５】次に、この光線Ｒ2を図８（ａ）の平面図
で見てみる。光線Ｒ2は、導光板１０１内に入射する
と、最初は光入射側面１０４に対してほぼ垂直に近い角
度で段差部１１４まで伝搬するが（点Ａ−点Ｂの区
間）、段差部１１４が鋸歯形状になっているため点Ｂで
斜めの方向に反射され、光入射側面１０４の光入射位置
（点Ａ）以外の部分（点Ｃ）に向かって伝搬する。点Ｃ
では光線Ｒ2は反射又は再入射し、再び導光板１０１の
奥の方に向かって伝搬する。もし、段差部１１４で光線
の当たる位置が鋸歯形状の頂点Ｔを挟んで点Ｂと反対側
（例えば点Ｂ'）であれば、反射光は点Ｃ'付近に向かっ
て伝搬する。点Ｃ'付近も光入射側面１０４の光入射位
置以外の部分に相当している。光入射側面１０４の光入
射位置から段差部１１４に向かって伝搬する入射光のう
ち最も指向性の高い方向（最大指向方向と呼ぶことにす
る）は光入射側面１０４の法線方向であり、導光板１０
１への入射光の指向特性はこの方向にピークをもつ分布
になると考えられる。従って、導光板１０１への入射光
の大部分は頂点Ｔ近傍に当たることになり、結果として
大部分が点Ｃあるいは点Ｃ'付近に向かって反射される
ことになる。このような特徴により、実施の形態１で述
べた光利用効率向上の効果のみならず、光出射領域内の
ＬＥＤ設置位置に近い部分で発生する輝度ムラが平均化
され輝度が均一になるという効果が得られる。以下、こ
の点についてさらに詳しく説明する。

【００７６】図９は導光板の伝搬光量分布を示すグラフ
であって、図９（ａ）は図８（ａ）のIXa−IXa断面にお
ける伝搬光量分布を示す図、図９（ｂ）は図１の導光板
のIXa−IXa断面に対応する断面における伝搬光量分布を
示す図である。なお、実施の形態１で述べたように、図
１の面照明装置においても図７の面照明装置板と同様に
光源１０２としてのＬＥＤを４個有している。

【００７７】図９（ａ）及び図９（ｂ）において、符号
Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3は、それぞれ、段差部に当たらない光線
の伝搬光量分布、段差部に少なくとも１回当たる光線の
伝搬光量分布、及び全伝搬光量分布を表す曲線を示す。

【００７８】まず、図１の導光板について考察する。図
２の光線Ｒ1のような段差部１１４に当たらない光線に
ついては、当然、ＬＥＤ光源１０２に近接した部分では
伝搬光量が大きく、その中間部分では伝搬光量は少なく
なる。従って、図９（ｂ）の曲線Ｌ1で示されるような
伝搬光量分布になる。一方、図２の光線Ｒ2のように段
差部１１４に少なくとも１回当たる光線については、光
入射側面１０４と段差部１１４との往復で伝搬距離が多
少増えて僅かに輝度の明暗差が緩和されるものの、曲線
Ｌ1と大差はなく、曲線Ｌ2のような伝搬光量分布とな
る。そして、曲線Ｌ1と曲線Ｌ2とを足し合わせた全伝搬
光量として曲線Ｌ3が得られる。このように、全伝搬光
量は非常に明暗の差が激しいものになる。

【００７９】次に、図７の導光板について考察する。図
８（ｂ）の光線Ｒ1のように段差部１１４に当たらない
光線の伝搬光量分布は、図１の導光板におけるそれと変
わりなく、図９（ｂ）の曲線Ｌ4のように表せる。しか
し、少なくとも１回段差部１１４に当たる光線について
は、先に説明したように図８（ａ）の光入射側面１０４
の光入射位置（点Ａ）以外の部分（例えば点Ｃあるいは
点Ｃ'付近）に集中的に戻ってくるので、そこから導光
板１０１内に再度入射した光は点Ｃあるいは点Ｃ'のよ
うな位置に極大をもった分布となる。従って、図９
（ｂ）の曲線Ｌ5で表されるような伝搬光量分布が得ら
れる。そうすると、互いに逆の明暗分布を有する曲線Ｌ
4と曲線Ｌ5とが相補的に足し合わされて、全伝搬光量と
して非常に平滑な曲線Ｌ6が得られる。そして、導光板
１０１の光出力部１２２の始端部における断面（IX−IX
断面）でこのように平滑な伝搬光量分布が得られている
ので、光出射領域１１３においてもその全領域に渡って
非常に均一な輝度を得ることができる。

【００８０】以上の効果を得るための構成を要約する
と、「光入射側面１０４上の光入射位置から段差部１１
４に向かって伝搬する入射光の大部分が、光入射側面１
０４の光入射位置以外の部分に向かって反射されるよう
な光反射構造が段差部１１４に形成されていること」で
あるといえる。「入射光の大部分」という代わりに、
「入射光の最大指向方向に伝搬する光線」と言ってもよ
い。

【００８１】図７の導光板の場合には、図８（ａ）から
わかるように、入射光の最大指向方向（光入射側面１０
４の法線方向に相当）と、この入射光が達する部分にお
ける段差面１１４ａの法線方向とが、光出射面１０５に
平行な平面に射影したとき（平面視において）に互いに
平行でないようにすることで、上記の光反射構造を実現
しているのである。

【００８２】なお、以上の構成では段差部１１４の形状
は鋸歯形状であるとしたが、これ以外にももちろんいろ
いろな形状が考えられる。図１０にいくつかの具体例を
示す。これらは全て導光板１０１における段差部１１４
を光出射面１０５と平行な平面に射影したときの形状を
示したものである。図１０（ａ）は、段差部１１４の鋸
歯形状の山と谷とが図７の場合と逆になった例を示して
いる。図１０（ｂ）も、鋸歯形状の一種であって、段差
部１１４の一部のみを光入射側面１０４に対して非平行
にした例を示す。図１０（ｃ）は鋸歯形状のさらに別の
パターンの例を示している。図１０（ｄ）〜（ｆ）は、
段差部１１４を様々な曲線形状（円弧、放物線形状、双
曲線形状、正弦波形状、その他様々な曲線形状も含まれ
る）として形成した例を示している。以上のいずれであ
っても、均一な輝度分布を得ることができる。

【００８３】また、本実施の形態においても、実施の形
態１の第１の変形例と同様に、段差部１１４に金属反射
膜あるいは誘電体反射膜等を成膜する代わりに、段差部
１１４に沿って光反射部材１１６を配設することができ
る。側面視においては、図５の構造に類似したものにな
る。図１１にその具体例を示す。図１１（ａ）は、鋸歯
形状の段差部１１４と平面状の光反射部材１１６とを組
み合わせた例を示す。図１１（ｂ）は、平坦な段差部１
１４と鋸歯形状の光反射部材１１６（ちょうど屏風（び
ょうぶ）のような形状になる）とを組み合わせた例を示
す。図１１（ｃ）は、鋸歯形状の段差部１１４と鋸歯形
状の光反射部材１１６とを組み合わせた例を示す。この
ような構成とすると、光入射位置Ａから段差部１１４に
向かって伝搬する入射光の最大指向方向における光線
は、図１１（ａ）の場合には段差部１１４を透過して屈
折することにより、図１１（ｂ）の場合には光反射部材
１１６で反射することにより、図１１（ｃ）はこれらの
両方の効果により、光入射側面１０４の光入射位置Ａ以
外の部分に向かって反射される。従って、やはり輝度分
布を均一化できるという効果が得られる。

【００８４】図１１（ａ）〜（ｃ）の光反射構造で共通
するのは、入射光の最大指向方向と、段差部１１４（正
確には段差面）の法線方向と、光反射部材１１６の反射
面の法線方向とを光出射面に平行な平面に射影したとき
に、全てが平行ではない（少なくとも一つは他と異なっ
ている）ということである。これが、上記光反射構造に
より、反射光を光入射側面１０４の光入射位置以外の部
分に向かって伝搬させるための条件であるといえる。

【００８５】なお、この場合の段差部１１４あるいは光
反射部材１１６の反射面の形状としては、図１０に挙げ
たような鋸歯形状や曲線形状等の様々な形状を採用する
ことが可能である。

【００８６】また、例えば、図１２（ａ）に示すように
段差部１１４にフレネルレンズ１１８を形成したり、あ
るいは図１２（ｂ）のように段差部１１４にホログラム
等の回折光学素子１１９を形成したりしてもよい。この
ような構成によっても入射光の最大指向方向における光
線を光入射側面１０４の光入射位置Ａ以外の部分に向か
って反射させることができ、それにより、輝度均一化の
効果が得られる。なお、回折光学素子１１９の場合は反
射というよりもむしろ回折というほうが適切であるが、
これも広い意味で反射に含めるものとする。

【００８７】その他、例えば図１０（ｃ）や図１２
（ａ）のように比較的微細な構造をもつ段差部１１４に
おいて、その段差面の光入射側面１０４に対し傾斜した
部分における傾斜を大きくして入射光の最大指向方向の
光線に対して全反射条件を満たすようにすれば、反射膜
や光反射部材などを設けることなく入射光を所望の方向
へ反射することができる。この方式を用いれば部品点数
及び製造工程数を減らすことができるので、低コスト化
につながる。 実施の形態３ 図１３は本発明の実施の形態３に係る面照明装置に用い
られる導光板の構成を示す平面図である。図１３におい
て図７と同一符号は同一又は相当する部分を示す。

【００８８】図１３に示すように、本実施の形態では、
導光板１０１の光入射側面１０４の光入射位置Ａ近傍部
以外の部分が平面視において傾斜し、その部分に反射膜
（金属反射膜あるいは誘電体多層膜等）が形成されたも
のである。この傾斜した部分対向する段差面１１４ａに
対して概略平行になっている。その他の点は実施の形態
２と同様である。

【００８９】この構成において、図８における光線Ｒ2
のように一旦段差部１１４にあたる光線Ｒ7の光路を考
えると次のようになる。まず、入射位置Ａから導光板１
０１内に入射した光線Ｒ7は、段差部１１４上の点Ｂで
反射され、光入射側面１０４の光入射位置Ａ以外の点Ｃ
で再度反射される。このときに、光入射側面１０４と段
差面１１４ａがぼぼ平行であることから、光線Ｒ7の点
Ａから点Ｂに至る光路と点Ｂ以降の光路とは、光出射面
１０５に平行な平面に射影したときにほぼ平行となって
いる。一方、実施の形態１における図２の点Ｇからの再
入射光線や、実施の形態２における図８の点Ｃからの再
入射光線は、その背後に拡散反射特性を有する媒質があ
ることを想定していたため、その伝搬方向は導光板１０
１への最初の入射光のそれとは無関係な方向であった。
従って、再入射光の指向特性は入射光のそれとは関係な
く、背後の拡散反射物質の反射指向特性が反映されたも
のであった。これに対して、本実施の形態における再反
射光は導光板１０１への最初の入射光の伝搬方向がその
まま保存されたものになっているので、その指向特性も
やはり初期の入射光の指向特性が保存されたものにな
る。よって、図１３の導光板のＰ−Ｑ断面において、図
９（ａ）のように、段差部１１４に当たらない光線（そ
の伝搬光量分布Ｌ4）と段差部に少なくとも１回当たる
光線（その伝搬光量分布Ｌ5）とに分けて光の伝搬を考
えた場合、両者は伝搬光量において互いに相補的な関係
になるだけでなくその指向特性もほぼ一致する。これに
対して、実施の形態２の場合は、両者は、伝搬光量にお
いては相補的であるが指向特性は必ずしも一致しない。
従って、両者の和である全伝搬光（その伝搬光量分布Ｌ
6）は、伝搬光量においても一様で、かつ指向特性にお
いても一様になる。これにより、実施の形態２にも増し
て均一な光出力面における輝度が得られる。特に、面照
明装置を斜めから見たときの均一性を大きく改善するこ
とができる。

【００９０】このような効果が得られるのは、光入射側
面１０４において反射光が到達する部分に、反射光が導
光板１０１への最初の入射光の最大指向方向に向かって
再度反射されるような光反射構造が形成されているため
であるといえる。

【００９１】図１３の面照明装置の場合には、光入射側
面１０４において反射光が到達する部分の法線方向と初
期の入射光の最大指向方向とが互いに平行でないように
することにより、かかる光反射構造が実現されている。

【００９２】なお、光入射側面１０４において反射光が
到達する部分の形状としては図１３のようなものの他
に、図１０において段差部１１４の形状として示したよ
うな様々な形状を採用することが可能である。

【００９３】また、図１１の段差部１１４と同様に、光
入射側面１０４において反射光が到達する部分に反射膜
を形成する代わりに、光入射側面１０４に沿って光反射
部材を配設してもよい。この場合も、入射光の最大指向
方向と、光入射側面１０４において反射光が到達する部
分の法線方向と、光入射側面１０４の背後に設けた光反
射部材の反射面の法線方向とを光出射面１０５に平行な
平面に射影したときに、全てが平行ではない（少なくと
も一つは他と異なっている）ようにすることにより、所
望の光反射構造を形成することができる。

【００９４】さらには、光入射側面１０４において反射
光が到達する部分に、図１２の段差部１１４と同様に、
フレネルレンズを形成したり、あるいは回折光学素子を
形成してもよい。

【００９５】また、図１０（ｃ）や図１２（ａ）の段差
部１１４において、傾斜部の傾斜を大きくして入射光の
最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たすように
して光反射構造を形成したのと同様の考えを、光入射側
面１０４において反射光が到達する部分に対して適用す
ることも勿論可能である。すなわち、この部分に段差部
からの反射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件
をみたすような光反射構造を形成するのである。 実施の形態４ 本発明の実施の形態４は、実施の形態２で生じたよう
な、IXa−IXa断面において段差部１１４に当たらない光
線と段差部に少なくとも１回当たる光線とで指向特性が
異なるという課題を解決する別の構成を提供するもので
ある。本実施の形態では、実施の形態２の図７及び図８
に示す導光板１０１を用い、かつ光入射側面１０４にお
いて段差部１１４からの反射光が到達する部分に光拡散
反射部材を設け、その光拡散反射部材の反射指向特性を
光源１０２の光放射指向特性と略同じにする。このよう
な構成とすると、確かに段差部１１４に当たらない光線
と段差部に少なくとも１回当たる光線の指向特性を一致
させることができ、光出射領域１１３の輝度におけるよ
り高い均一性が得られる。図１３のような光入射側面１
０４を傾斜させる方法と比較すると、光入射側面１０４
にこのような傾斜のための加工を施す必要がないためコ
スト低下が望める。しかし、場合によっては光源の指向
特性と一致させるためにわざわざ高価な光拡散反射部材
を用いなければならないこともあり得、それぞれ一長一
短である。 実施の形態５ 本発明の実施の形態５は、本発明を導光板に適用したも
のである。すなわち、実施の形態１〜４では本発明の面
照明装置、具体的にはバックライトへの適用例を示し
た。しかし、本発明は面照明装置としてだけでなく、導
光板単独として所望の効果が得られる場合もある。例え
ば、実施の形態１で述べた図１の面照明装置、実施の形
態２で述べた図７の面照明装置、あるいは実施の形態３
で述べた図１３の面照明装置において、段差部１１４に
金属反射膜あるいは誘電体多層膜等の光反射膜が形成さ
れている場合には、実質上これらの光反射層は導光板と
一体のものになり、それらの導光板単独で光利用効率の
改善、輝度の均一化などの効果が得られる。 実施の形態６ 本発明の実施の形態６は、本発明を表示装置に適用した
ものである。具体的には、図１８において、バックライ
ト部１０９に代えて、実施の形態１〜４の面照明装置を
用いたものである。つまり、表示素子としての液晶パネ
ル１１０にバックライトとして実施の形態１〜４の面照
明装置を組み合わせて液晶表示装置を構成したものであ
る。この液晶表示装置では、前記面照明装置から出力さ
れた光が液晶パネル１１０に入射し、その入射した光の
液晶パネル１１０における透過率が画像信号に応じて制
御され、それにより表示が行われる。従って、このよう
な構成としても、実施の形態１、実施の形態２、実施の
形態３、あるいは実施の形態４で述べたような光利用効
率の改善すなわち輝度の向上、及び液晶パネル１１０の
表示領域における輝度の均一化などの効果が得られる。

【００９６】なお、表示素子としては、液晶パネルの他
に光書き込み型の空間光変調素子（例えば特開平０７−
３０６４１８などで述べられている）などを採用するこ
とも可能である。また、必ずしも液晶を用いた表示素子
である必要はない。例えば、ＢＳＯ（ビスマスシリコン
オキサイド）等の電気光学結晶であってもよい。あるい
は、エレクトロクロミック材料であってもよい。あるい
は、ＤＭＤ（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄ
ｅｖｉｃｅ）を用いた表示素子などでもよい。 実施の形態７ 本発明の実施の形態７は、本発明を携帯電話機及び携帯
端末装置に適用したものである。

【００９７】図１５は本実施の形態に係る携帯電話機及
び携帯端末装置の外観を示す図であって、（ａ）は携帯
電話機を示す斜視図、（ｂ）は携帯端末装置を示す斜視
図である。

【００９８】図１５（ａ）に示すように、本実施の形態
に係る携帯電話機３０１は、実施の形態６の液晶表示装
置を表示部１２０として用いたものである。また、図１
５（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る携帯端末装
置３０２は、実施の形態６の液晶表示装置を表示部１２
０として用いたものである。

【００９９】このような構成としても、表示部１２０に
おいて、実施の形態１〜４で述べたような輝度の向上及
び均一化などの効果が得られる。

【０１００】なお、実施の形態６の表示装置は、この
他、液晶テレビや液晶モニタ、ノートパソコン用液晶モ
ニタ、あるいはカーナビゲーション装置等の表示部とし
て用いることが可能である。 [光源についての補足]これまでに述べてきた実施の形態
２、あるいは実施の形態３では複数の点光源が用いられ
ている。これは、従来の技術の欄で述べたように、小型
で低消費電力であるＬＥＤ光源を用いる場合に、１個の
光源だけでは十分な輝度を得ることができないからであ
った。そして、これらの複数の光源を一箇所に集中させ
て配置するのではなく何箇所かに分散させて配置するの
は熱による導光板の劣化を防ぐためであった。しかし、
本発明でこのように複数の点光源を分散させて配置すれ
ば（すなわち光入射側面上に光入射位置が複数あれ
ば）、熱による劣化を防げるという効果の他に、輝度の
均一性がより有効に改善されるという効果も得られる。
例えば４個のＬＥＤを用いた場合、本発明では例えば図
８（ａ）の点Ｃや点Ｃ'にも光源が存在すのと等価にな
り、実質上８個、あるいは９個のＬＥＤを均一に並べた
ものに相当する。このような均一なＬＥＤ配列は、発光
の均一性という観点からいえば蛍光管や冷陰極間のよう
な線状光源とほぼ同等と見なしてよいレベルである。こ
れは、実質的に点光源であるＬＥＤを用いながら、蛍光
管等の線状光源を用いる場合とほぼ同等の均一性が光出
射領域において得られることを示している。

【０１０１】なお、本明細書では光源が４個である場合
を中心に説明してきたが、別にこれに限定されるわけで
はなく、２個以上であれば何個でもよい。均一性という
観点からは、個数は多ければ多いほど望ましい。 ［拡散パターンの配置に関する補足］ところで、従来の
技術の欄で説明したＷＯ９８／１９１０５（国際出願番
号ＰＣＴ／ＪＰ９７／０３８９２、特許第３１５１８３
０号）の第２７図では、拡散パターンはそれぞれの光源
を中心とする同心円状に配置されていた。しかし、本発
明の、特に実施の形態２や実施の形態３においては（も
ちろん実施の形態１でも構わないが）、導光板１０１内
での伝搬光量はほぼ均一になっているのであえてこのよ
うな同心円状にする必要はない。すなわち、図１４に示
すような平行パターンにしておけばよい。特に、光出射
領域１１３の全域に渡って拡散パターン１０３の長手方
向が入射光の最大指向方向に対してほぼ垂直になるよう
に配置しておけば正面方向に高い指向性が得られ（この
理由の詳細については前出文献ＷＯ９８／１９１０５参
照）、しかもその拡散指向特性が光出射領域１１３全域
で均一になり、従って面照明装置を斜めから見たときの
均一性も改善される。

【０１０２】なお、拡散パターン１０３の配列は図１４
のようにランダムである必然性はない。例えばマトリク
ス状あるいは千鳥状に整然と配列していてもよい。ま
た、光出射領域１１３の全幅に渡るような長い拡散パタ
ーンを配列してもかまわない。 ［垂直条件の許容範囲に関する補足］なお、これまでの
説明において、光出射面に対して「ほぼ垂直」な段差
面、あるいは、導光板の光入射側面は光出射面に対して
「ほぼ垂直」であるというような表現を用いてきた。こ
こでいう「ほぼ垂直」とは、必ずしも厳密な垂直でなく
ても、ある程度のずれは許されるという意味である。こ
の許容範囲がどの程度であるかについて、以下、考察す
る。

【０１０３】図１６は段差面１１４ａと光出射面１０５
のなす角がわずかに直角からずれている場合の導光板の
断面図であって、（ａ）は光出射面１０５と段差面１１
４ａのなす角が鈍角になるような場合を示す図、（ｂ）
は逆に鋭角になるような場合を示す図である。いずれの
図においても直角からのずれの角度をαとしている。

【０１０４】図１６において、最大指向方向に相当する
光線、すなわち光入射側面１０４に対して垂直な光線Ｒ
8が段差面１１４ａに当たる場合を考える。段差面１１
４ａが光出射面１０５に対して厳密に垂直ならばこの光
線は来た経路をそのまま逆に戻るが、図１６（ａ）に示
すように光出射面１０５に対し段差面１１４ａが鈍角を
なすような場合には、該段差面１１４ａで光線Ｒ8が僅
かに下に向いて反射され、導光板１０１の下面１０６に
対して９０゜−２αという角度で入射する。また、図１
６（ｂ）に示すように光出射面１０５に対し段差面１１
４ａが鋭角をなすような場合には、該段差面１１４ａで
反射された光線Ｒ8が導光板１０１の上面１０５に対し
て同じく９０゜−２αという角度で入射する。ここで光
線Ｒ8が有効に伝搬するためにはこの角度が臨界角θｏ
以上である必要がある。すなわち、この条件は図１６
（ａ）、（ｂ）のいずれの場合も９０゜−２α≧θｏ、
従ってα≦４５゜−θｏ／２と表される。いま、例えば
導光板１０１の媒質としてポリカーボネイトを想定する
と、空気に対する相対屈折率はη＝１．５９であり、臨
界角はθｏ＝ｓｉｎ−１（１／１．５９）≒３９゜と求
められる。よって、α≦２５．５゜という条件が得られ
る。すなわち、垂直からのずれの許容範囲は±２５．５
゜以内と考えればよい。

【０１０５】なお、以上はあくまでも最大指向方向の光
線を代表として用いた場合の条件であるが、より厳しく
考えれば、光入射側面から入射する光線のうち最も小さ
い角度で導光板上下面に入る光線に対して全反射条件を
満たすようにしなければならない。図１７に、そのよう
な場合の光線を示す。図３に関する記述で説明したよう
に、光入射側面１０４からの入射光のうちその法線方向
から最もずれるものの角度は臨界角θｏに等しい。よっ
て、光出射面１０５と段差面１１４ａのなす角が鈍角に
なる場合には図１７（ａ）のような経路をたどる光線Ｒ
9が、また光出射面１０５と段差面１１４ａのなす角が
鋭角になる場合には図１７（ｂ）のような経路をたどる
光線Ｒ10が、段差面１１４ａで反射した後に導光板１０
１の上下面に最も小さい角度で入射する。いずれの場合
も、その角度は９０゜−θｏ−２αと計算される。この
入射角度に対する全反射条件は９０゜−θｏ−２α≧θ
ｏ、すなわちα≦４５゜−θｏと求められる。屈折率η
＝１．５９に対する臨界角θｏ＝３９゜を用いると、α
≦６゜という条件が得られる。すなわち、垂直からのず
れの許容範囲は±６゜以内と考えねばならない。

【０１０６】以上、より緩い条件（α≦２５．５゜）
と、より厳しい条件（α≦６゜）について考えたが、通
常は前者の方を採用して判定すれば特に支障はない。 ［その他の補足事項］以下、本発明の各実施の形態に関
する補足事項をいくつか述べておく。

【０１０７】まず、本発明の面照明装置における、具体
的なサイズの一例について述べる。本発明において、例
えば導光板の光出射領域における厚みを０．５ｍｍにま
で薄くしたいにもかかわらずＬＥＤ光源の発光領域の高
さが０．７ｍｍあるような場合、例えば光入射側面にお
ける導光板の厚みを０．８ｍｍにして発光領域をカバー
するようにして、高さ０．３ｍｍの段を設けるというよ
うな構成にすればよい。なお、光入射側面から段差部ま
での距離は小型化のためには小さい方が望ましい。例え
ば光出射領域が４５ｍｍ×３４ｍｍであるような導光板
において、この距離を０．２〜２０ｍｍ、望ましくは１
〜５ｍｍ程度にするとよい。

【０１０８】また、各実施の形態で用いた導光板では、
光出射領域１１３においては必ずしも上面と下面とが平
行なものである必要はなく、導光板の奥（光源から遠い
方）へ行くに従って薄くなる楔形のものであってもよ
い。

【０１０９】また、導光板としては片側の辺のみに光入
射側面を設けたものを想定して説明したが、もちろん複
数の辺（対向する２辺、あるいは矩形状導光板の全４辺
など）に光入射側面がある場合についても本発明を適用
することは可能である。

【０１１０】なお、本明細書においては面照明装置とし
てバックライト型のものを想定したが、フロントライト
型の面照明装置であっても本発明を適用することはもち
ろん可能である。また、その場合反射型の液晶パネルと
セットにした表示装置においても上述の効果が得られ
る。

【０１１１】なお、液晶パネル等の表示素子に用いられ
る基板と導光板を兼用するような構成に対しても本発明
を適用することが可能である。

【０１１２】なお、点状発光光源として主にＬＥＤを想
定していたが、別に有機又は無機等のエレクトロルミネ
ッセンス光源やレーザ光源などでも同様の効果が得られ
るのはもちろんである。また、実施の形態１に関しては
必ずしも複数の点状光源がある場合だけでなく、蛍光管
や冷陰極管等の線状光源に対しても用いることができ、
光利用効率改善効果を得ることができる。

【０１１３】

【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実
施され、非常に薄型の面照明装置において高い光利用効
率が得られ、従って高輝度が得られる。また、同時に表
示の均一性も改善することができる。さらに、光利用効
率を改善することにより消費電力のロスを低減すること
ができるので省エネルギとなり、地球環境、宇宙環境に
も優しいという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る面照明装置の構成
を模式的に示す断面図である。

【図２】図１の導光板内への光の導入作用を模式的に示
す断面図である。

【図３】光源から発せられた光が導光板の内部に入射す
る様子を模式的に示す断面図である。

【図４】図１の反射シートによる光漏れ防止作用を模式
的に示す断面図である。

【図５】本発明の実施の形態１の第１の変形例を示す断
面図である。

【図６】本発明の実施の形態１の変形例を示す図であっ
て、（ａ）は第２の変形例を示す断面図、（ｂ）は第３
の変形例を示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態２に係る面照明装置に用い
られる導光板の構成を示す斜視図である。

【図８】図７の導光板への光の導入作用を示す図であっ
て、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図９】導光板の特定断面における伝搬光量を示す図で
あって、（ａ）は図８（ａ）のIXa−IXa断面における伝
搬光量分布を示す図、（ｂ）は図１の導光板のIXa−IXa
断面に対応する断面における伝搬光量分布を示す図であ
る。

【図１０】導光板の段差部の形状を示す平面図であっ
て、（ａ）〜（ｆ）は具体例を示す図である。

【図１１】導光板の段差部及び光反射部材の形状を示す
平面図であって、（ａ）〜（ｃ）は具体例を示す図であ
る。

【図１２】導光板の段差部の他の構成例を示す平面図で
あって、（ａ）は段差部にフレネルレンズが形成された
構成を示す図、（ｂ）は段差部に回折光学素子が形成さ
れた構成を示す図である。

【図１３】本発明の実施の形態３に係る面照明装置に用
いられる導光板の構成を示す平面図である。

【図１４】本発明の実施の形態２及び３の導光板におけ
る拡散パターンの一例を示す平面図である。

【図１５】本発明の実施の形態７に係る携帯電話機及び
携帯端末装置の外観を示す図であって、（ａ）は携帯電
話機を示す斜視図、（ｂ）は携帯端末装置を示す斜視図
である。

【図１６】段差面と光出射面のなす角がわずかに直角か
らずれている場合の導光板の断面図であって、（ａ）は
光出射面と段差面のなす角が鈍角になるような場合を示
す図、（ｂ）は鋭角になるような場合を示す図である。

【図１７】段差面と光出射面のなす角がわずかに直角か
らずれていてかつ厳しい条件の光が入射した場合におけ
る導光板の断面図であって、（ａ）は光出射面と段差面
のなす角が鈍角になるような場合を示す図、（ｂ）は鋭
角になるような場合を示す図である。

【図１８】従来の液晶表示装置の構造を示す断面図であ
る。

【図１９】光源の発光領域のサイズより導光板を薄くし
た構成を模式的に示す断面図であって、（ａ）は仮想の
構成を示す図、（ｂ）は従来例の構成を示す図である。

【図２０】図１９（ｂ）の光入射側面及びテーパ部付近
の拡大図である。

【符号の説明】

１ 面照明装置 １０１ 導光板 １０２ 光源 １０３ 拡散パターン １０４ 光入射側面 １０５ 上面（光出射面） １０６ 下面（拡散面） １０７ 反射シート １０８ 拡散シート １０９ バックライト部 １１０ 液晶パネル １１１ａ、１１１ｂ 偏光フィルム １１２ テーパ部 １１３ 光出射領域 １１４ 段差部 １１４ａ 段差面 １１５ 上面反射シート １１６ 光反射部材 １１７ 下面反射シート １１８ フネレルレンズ １１９ 回折光学素子 １２０ 表示部 １２１ 光導入部 １２２ 光出力部 １２３ 光反射膜 ３０１ 携帯電話機 ３０２ 携帯端末装置 Ｌ1〜Ｌ6 伝搬光量 Ｒ1,Ｒ2,Ｒ2',Ｒ2",Ｒ3〜Ｒ10 光線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 // Ｆ２１Ｙ 101:02 Ｆ２１Ｙ 101:02 (72)発明者 木村 雅典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 一郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H038 AA55 BA06 2H091 FA14Z FA19Z FA23Z FA27Z FA32X FA45Z FB02 FD04 FD23 KA01 LA11 LA18 MA10

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光が側面の光入
   射領域から入射し内部を伝搬して一方の主面である光出
   射面から外部へ出射する導光板とを備えた面照明装置に
   おいて、 前記導光板の少なくとも一方の主面に前記光出射面にほ
   ぼ垂直な段差面が設けられ、 前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ前記導光板
   が前記光入射領域側において厚くなるように設けられ、 前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１の光
   反射構造が形成され、 前記導光板の前記段差面を境に薄くなっている部分の光
   出射面が外部へ光を出射する光出射領域を形成している
   ことを特徴とする面照明装置。
2. 【請求項２】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に
   形成された光反射膜である、請求項１に記載の面照明装
   置。
3. 【請求項３】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に
   沿って配設された光反射部材である、請求項１に記載の
   面照明装置。
4. 【請求項４】 前記導光板の周囲の媒質に対する相対屈
   折率が√２以上である、請求項１に記載の面照明装置。
5. 【請求項５】 前記導光板の前記光入射領域は前記光出
   射面に対してほぼ垂直である、請求項４に記載の面照明
   装置。
6. 【請求項６】 前記導光板の前記光入射領域から前記段
   差面に渡る部分の両方の主面に光を導光板側に反射する
   光反射部材が配設されている、請求項５に記載の面照明
   装置。
7. 【請求項７】 前記光源が点状光源であり、 前記第１の光反射構造が、前記光入射領域の前記点状光
   源に最も近い位置である光入射位置から入射し前記段差
   面に向かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領
   域の前記光入射位置以外の部分に向かって反射する、請
   求項１に記載の面照明装置。
8. 【請求項８】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に
   形成された光反射膜である、請求項７に記載の面照明装
   置。
9. 【請求項９】 前記入射光の最大指向方向と、前記段差
   面の前記入射光が到達する部分における法線方向とが、
   前記光出射面に平行な平面に射影したときに互いに平行
   でない、請求項８に記載の面照明装置。
10. 【請求項１０】 前記段差面は、前記光出射面に平行な
    平面に射影したときに、鋸歯形状又は曲線形状である、
    請求項９に記載の面照明装置。
11. 【請求項１１】 前記第１の光反射構造が、前記段差面
    に沿って配設された光反射部材である、請求項７に記載
    の面照明装置。
12. 【請求項１２】 前記入射光の最大指向方向と、前記段
    差面の法線方向と、光反射部材の反射面の法線方向とを
    前記光出射面に平行な平面に射影したときに全てが平行
    ではない、請求項１１に記載の面照明装置。
13. 【請求項１３】 前記段差面又は光反射部材の反射面
    は、前記光出射面に平行な平面に射影したときに鋸歯形
    状又は曲線形状である、請求項１２に記載の面照明装
    置。
14. 【請求項１４】 前記段差面に回折光学素子が形成され
    ている、請求項７に記載の面照明装置。
15. 【請求項１５】 前記段差面にフレネルレンズが形成さ
    れている、請求項７に記載の面照明装置。
16. 【請求項１６】 前記段差面が前記入射光の最大指向方
    向の光線に対して全反射条件を満たす、請求項７に記載
    の面照明装置。
17. 【請求項１７】 前記光入射領域において、前記第１の
    光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射光
    を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する第
    ２の光反射構造が形成されている、請求項７に記載の面
    照明装置。
18. 【請求項１８】 前記第２の光反射構造が、前記光入射
    領域に形成された光反射膜である、請求項１７に記載の
    面照明装置。
19. 【請求項１９】 前記入射光の最大指向方向と、前記光
    入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方向
    とが、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互い
    に平行でない、請求項１８に記載の面照明装置。
20. 【請求項２０】 前記第２の光反射構造が、前記光入射
    領域に沿って配設された光反射部材である、請求項１７
    に記載の面照明装置。
21. 【請求項２１】 前記入射光の最大指向方向と、前記光
    入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方向
    と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分
    における前記光反射部材の反射面の法線方向とを前記光
    出射面に平行な平面に射影したときに、全てが平行では
    ない、請求項２０に記載の面照明装置。
22. 【請求項２２】 前記光入射領域の前記反射光が到達す
    る部分に、回折光学素子が形成されている、請求項１７
    に記載の面照明装置。
23. 【請求項２３】 前記光入射領域の前記反射光が到達す
    る部分に、フレネルレンズが形成されている、請求項１
    ７に記載の面照明装置。
24. 【請求項２４】 前記光入射領域の前記反射光が到達す
    る部分が、前記反射光の最大指向方向の光線に対して全
    反射条件を満たしている、請求項１７に記載の面照明装
    置。
25. 【請求項２５】 前記光入射領域の前記反射光が到達す
    る部分に、光拡散反射部材が配設された、請求項１７に
    記載の面照明装置。
26. 【請求項２６】 前記光源の光放射指向特性が、前記光
    拡散反射部材の反射指向特性と略同じである、請求項２
    ５に記載の面照明装置。
27. 【請求項２７】 前記光源及び前記光入射位置を複数有
    する、請求項７乃至２６のいずれかに記載の面照明装
    置。
28. 【請求項２８】 導光板の光出射面と反対側の面には方
    向性を有する拡散パターンが形成されていて、光出射領
    域内で前記拡散パターンの長手方向は入射光の最大指向
    方向に対してほぼ垂直である、請求項７から２６のいず
    れかに記載の面照明装置。
29. 【請求項２９】 側面の光入射領域から入射した光が内
    部を伝搬して一方の主面である光出射面から外部へ出射
    する導光板において、 少なくとも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段差
    面が設けられ、 前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ厚みが前記
    光入射領域側において厚くなるように設けられ、 前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１の光
    反射構造が形成され、前記導光板の前記段差面を境に薄
    くなっている部分の光出射面が外部へ光を出射する光出
    射領域を形成していることを特徴とする導光板。
30. 【請求項３０】 前記第１の光反射構造が、前記段差面
    に形成された光反射膜である、請求項２９に記載の導光
    板。
31. 【請求項３１】 前記第１の光反射構造が、前記光入射
    領域に設定された光入射位置から入射し前記段差面に向
    かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の前
    記光入射位置以外の部分に向かって反射する、請求項２
    ９に記載の導光板。
32. 【請求項３２】 前記第１の光反射構造が、前記段差面
    に形成された光反射膜である、請求項３１に記載の導光
    板。
33. 【請求項３３】 前記光入射領域において、前記第１の
    光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射光
    を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する第
    ２の光反射構造が形成されている、請求項３１に記載の
    導光板。
34. 【請求項３４】 前記第２の光反射構造が、前記光入射
    領域に形成された光反射膜である、請求項３３に記載の
    導光板。
35. 【請求項３５】 請求項１に記載の面照明装置と、前記
    面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子
    とを備えた表示装置。
36. 【請求項３６】 請求項７に記載の面照明装置と、前記
    面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子
    とを備えた表示装置。
37. 【請求項３７】 請求項１７に記載の面照明装置と、前
    記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素
    子とを備えた表示装置。
38. 【請求項３８】 請求項３５、３６、又は３７に記載の
    表示装置を表示部として備えた携帯電話機。
39. 【請求項３９】 請求項３５、３６、又は３７に記載の
    表示装置を表示部として備えた携帯端末装置。