JP2005268201A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 凹パターンやプリズムパターンといっ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。
【解決手段】 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。
【選択図】 図２２

Description

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。

液晶パネルを照明するバ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)光源の光を導光板から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。

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１〜３）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。

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い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。

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。

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φ１との関係を示す図である。この導光角度φ１は、図６に示すように、光入射面１３に垂直な水平線から測った角度であり、導光板１２の下面に向かう方向を正の角度とし、上面に向かう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φ２との関係を示す図である。この入射角度φ２は、図６に示すように、導光板１２の下面に平行な水平線から測った角度であり、導光板１２の下面に向かう方向を正の角度とし、上面に向かう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φ３との関係を示す図である。この出射角度φ３は、図６に示すように、光出射面１４に垂直な法線から測った角度であり、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。

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φ１＝−４１°〜＋４１°の範囲に広がっており、しかも、対称なプロファイルを示している。

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、下方からの光（φ２が負の光）も凹パターン１５に入射するが、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φ２＝−４１°〜＋４１°の範囲に広がっているが、そのピークは正の角度方向にシフトしている。

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っている。

携帯電話やモバイル機器、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く、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。

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く、当該平面と垂直な方向で狭くなっている。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いう問題が生じる。

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。

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φ３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、凹パターン１５の光反射部１５ａに下方から入射する光（φ２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、上方からの光しか光反射部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。

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かりが入射しており、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。

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。

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。

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。

以上のべたように、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った問題がある。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いる。

特開２００２−１４３４１号公報 特開２０００−３１４８８２号公報 特開２００１−３４３５３２号公報 特開２００３−２１５５７８号公報

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いっ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。

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。

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１／２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１／１０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。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いてもよい。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いれば平坦部と見なしてよい。

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。

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いる。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１／２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１／１０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。

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。

本発明にかかる第１及び第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。か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。

本発明にかかる第１及び第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。か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。

本発明にかかる第１及び第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。

また、本発明にかかる第１及び第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から出射させることができる。

本発明にかかる第１及び第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。か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。

また、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。

また、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。

本発明にかかる第１及び第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。か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の傾斜面か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。

こ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、光出射面から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。

また、この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きる。

本発明にかかる第１及び第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。

こ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、光出射面から出射される光の指向性を高めることができる。

また、この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よい。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。

本発明にかかる第１及び第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の傾斜面から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。

本発明にかかる第１及び第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、光出射面から出射される光の指向性を良好にすることができる。

本発明にかかる第１及び第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。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。

本発明にかかる画像表示装置は、本発明にかかる面光源装置と、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く、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いる場合には、画面のコントラストを向上させることができる。

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。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く、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で任意に変更を加えることができることはいうまでもない。

（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）の長手方向に沿って延びており、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く、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く、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、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂、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から遠い側に平坦部が連続していないものであればよい。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。

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β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く、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っている。

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。

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。

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となっている。

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から遠ざか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。

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くくなる。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が、バ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。

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１／２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１／１０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。

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。従来例においては光反射部１５ａに向けてさまざまな角度から光３１が入射している。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から光反射部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。

さらに図９を見ると、下方から光反射部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。

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から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。

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って、光出射面２４から出射される光３１の指向性も狭くなる。

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、しかも、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きる。

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φ１max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φ１max（例えば、４１°）とすれば、
Ｈ＝Ｄ（tanφ１max＋tanβ）−ｄtanβ …（Ａ）式
となる。

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から分かるように、指向性変換部３０の幅Ｄを大きくすれば、光反射部２５ａに下方から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Ｄ／Ｗ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Ｄ／Ｗが４以下では半値幅が大きく変化しているが、比Ｄ／Ｗが４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。

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の下面から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２５ａ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。

なお、指向性変換部３０の幅Ｄが光反射部２５ａの幅Ｗの１／５以下の場合には、指向性の半値幅は１０％程度しか改善しないので、指向性変換部３０の幅Ｄは光反射部２５ａの幅Ｗの１／５以上とすることが望ましい。

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いる。導光板２２内を導光する光の最大導光角度をφ１max（例えば、４１°）とするとき、傾斜面からなる指向性変換部３０の傾斜角度をφ１maxよりも大きな角度（例えば、４２°以上）とすればよい。

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。

（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。

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２５ａに入射する光の指向性を高めるようにしている。

しかして、このような傾斜面からなる指向性変換部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っ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。

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２５ｂ（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２５ａ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。

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い従来例の光度分布（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φ１、入射角度φ２、出射角度φ３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。

光度分布がその最大値の１／１０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。

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φ３＝０°の方向をピークとし、光源２１から離れる方向にφ３＝９０°付近まで広がってしまっている。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φ３＝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。

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α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αが大きくなりすぎると、指向性変換部３０に入射する光の量が小さくなる。従って、指向性変換部３０の傾斜角αには、適当な値の範囲が存在する。

図２６は、指向性変換部３０の傾斜角α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αを変化させ、光出射面２４に垂直な方向から出射角度φ３＝−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、α＝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っている。また、図２７によれば、指向性変換部３０の傾斜角αが２５°以下のとき、指向性変換部３０が無い場合（α＝０°の場合）に比べて出射角度φ３が±３０°以内の方向に出射する光の光束が大きくなっている。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ったため、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２８に対する傾きは、１０°以上２５°以下とするのが望ましく、それによっ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α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く、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。

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６０°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く、光出射面２４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γは、９０°に近いほどよく、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きる。

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β＝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＝５μｍ、高さＨ＝１.３μｍ、光反射部２５ａの幅Ｗ＝６μｍ、再入射面２５ｂの幅Ｋ＝０.３６μｍ、高さＶ＝４.１μｍとなっている。

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の下面外側から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から出射される光の指向性をより高めることができる。図９を見ると分かるように、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から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。よって、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。

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β１、β２からなる傾斜面としている。ここで、傾斜角がβ１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β１を小さくすることにより、傾斜角β１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。

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。

再入射面２５ｂの望ましい突出長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φ１max（例えば、φ１max＝４１°）の光が光反射部２５ａの下端から漏れたとき、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）tanφ１max
とすればよい。

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いると、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いる平坦部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いる平坦部２８との間に段差が生じないようにしている。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。

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。

（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の光源から遠い側に、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。

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。さらに、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。

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。

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の上端から測った光反射部２５ａの上端までの高さをＱとすれば、最大導光角度φ１max（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）tanφ１max

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。

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。それによって、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。

図３６はこの実施例の最適な数値例を示している。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β＝４２°、再入射面２５ｂの傾斜角γ＝８５°、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＝５μm、光反射部２５ａの幅Ｗ＝６μm、再入射面２５ｂの幅Ｋ＝０.６４μm、再反射面３３の幅Ｌ＝３.９μm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＝３.３μmだけ突出している。

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。

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。

（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、偏向パターン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２８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く、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。

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。

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２２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β＝６０°の傾斜角を有している。

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。

（実施例５）
図４３は本発明にか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、屈折率の高い透明樹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を透明樹脂内に封止したものであり、透明樹脂は前面を除いて白色樹脂によって覆われ、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。

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パ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。

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。

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。

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。

（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っている。

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。

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。

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から見た図、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。

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が、図５０に示すように、各偏向パターン２５の向きをばらつかせてもよい。

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の隅が暗くなりにくくなるという長所がある。

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２５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の機能についても、特願２００３−１４６９２５に詳細に開示されている。

（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い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によって背面から液晶パネル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。

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、前面から液晶パネル４２を照明する。前面から液晶パネル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。

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。

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。

（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等の携帯用モバイル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、バッテリーの消耗を抑えることができる。

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。 導光板内に入射した光の光度と導光角度φ１との関係を示す図である。 凹パターンに入射する光の光度と入射角度φ２との関係を示す図である。 光出射面から出射した光の光度と出射角度φ３との関係を示す図である。 図３〜図５で用いた導光角度φ１、入射角度φ２及び出射角度φ３の定義を説明する図である。 図１の面光源装置の問題点を説明する図である。 図１の面光源装置の問題点を説明する図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 実施例１における指向性変換部の作用説明図である。 実施例１における指向性変換部の作用説明図である。 光反射部の幅に対する指向性変換部３０の幅の比Ｄ／Ｗ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。 実施例１の変形例を示す概略断面図である。 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。 実施例２の面光源装置の概略断面図である。 実施例２における、指向性変換部の作用説明図である。 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い従来例の光度分布を表している。 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い従来例の光度分布を表している。 指向性変換部の傾斜角αを変化させ、光出射面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図である。 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φ３＝−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。 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。 実施例２の変形例を示す概略断面図である。 実施例２の別な変形例を示す概略断面図である。 実施例２のさらに別な変形例を示す概略断面図である。 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。 実施例２のさらに別な変形例を示す概略断面図である。 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。 実施例３において、再反射面の上端から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。 実施例３の最適な数値例を示す図である。 実施例３の変形例を示す概略断面図である。 実施例３の別な変形例を示す概略断面図である。 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。 実施例４による面光源装置の概略断面図である。 実施例４の作用説明のための図である。 実施例４の変形例を示す概略断面図である。 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。 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。 本発明の実施例６示す斜視図である。 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。 偏向パターンを導光板内部から見た斜視図である。 （ａ）（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。 偏向パターンの別な形状を示す平面図である。 偏向パターンのさらに別な配置を示す平面図である。 実施例６の変形例を示す概略図である。 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。 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。 液晶表示装置の別な例を示す概略断面図である。 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。 本発明の液晶表示装置をディスプレイとして用いたＰＤＡ等の携帯用モバイ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

Claims (21)

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. 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、請求項１又は２に記載の面光源装置。
4. 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、請求項１又は２に記載の面光源装置。
5. 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、請求項１又は２に記載の面光源装置。
6. 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、請求項３、４又は５に記載の面光源装置。
7. 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、請求項６に記載の面光源装置。
8. 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、請求項７に記載の面光源装置。
9. 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、請求項８に記載の面光源装置。
10. 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、請求項７に記載の面光源装置。
11. 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、請求項１０に記載の面光源装置。
12. 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、請求項１１に記載の面光源装置。
13. 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、請求項１０、１１又は１２に記載の面光源装置。
14. 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いることを特徴とする、請求項１３に記載の面光源装置。
15. 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、請求項１４に記載の面光源装置。
16. 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、請求項１４及び１５に記載の面光源装置。
17. 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いることを特徴とする、請求項１３、１４又は１５に記載の面光源装置。
18. 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、請求項１〜１７に記載の面光源装置。
19. 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請求項１〜１７に記載の面光源装置。
20. 請求項１〜１９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。

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