JP2015204137A - 導光板及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導光板の傾斜面に対となる円筒面を形成した面光源装置において、導光板本体の上面にレンチキュラーレンズを付加することによって輝度の均一化を図るとともに、レンチキュラーレンズを設けたことによる光利用効率の低下と輝線の発生を抑制する。
【解決手段】導光板４３は、光導入部４４と導光板本体４５からなる。光導入部４４の上面には、導光板本体４５より厚みの大きな部分から導光板本体４５の端に向けて傾斜した傾斜面４６を設ける。また、傾斜面４６には、傾斜面４６に切り込むように設けられた２つの円筒面５０によって溝５１を形成する。円筒面５０の軸心は、上方が光入射面側へ近づくように傾いており、傾斜面４６の傾斜角は、円筒面５０の軸心が導光板本体４５の表面となす傾き角よりも小さくなっている。
【選択図】図７

Description

本発明は、導光板及び面光源装置に関する。具体的には、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして用いる面光源装置と、当該面光源装置に用いる導光板とに関する。

近年、面光源装置を組み込むモバイル機器の薄型化に伴い、面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置を薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが必要になる。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くできたとしても、ＬＥＤからなる光源の高さを小さくすることには限界がある。そのため、平板状をした薄い導光板を用いた場合には、光源の高さが導光板の端面（光入射面）の厚みよりも大きくなり、導光板の光入射面に対向させて配置した光源が導光板の上面よりも上に飛び出ることになる。こうして光源が導光板よりも上に飛び出ていると、光源から出射した光がすべて導光板の光入射面に入らず、一部が外部へ漏れて光利用効率が悪くなる。

このような不具合を解決するため、従来より図１のような面光源装置１１が用いられている。この面光源装置１１では、つぎのような導光板１３の光入射面１７に対向させて光源１２を配置している。導光板１３は、平板状をした導光板本体１５の端に導光板本体１５よりも厚みの大きな光導入部１４を設けられ、光導入部１４には、その最大厚みの箇所から導光板本体１５の端に向けて傾斜した傾斜面１６が設けられている。

図１の面光源装置１１によれば、光導入部１４の端面に設けた光入射面１７の高さが光源１２の発光面（光出射窓）の高さよりも大きくなっているので、光源１２から出射した光を効率よく光導入部１４内に取り込むことができる。また、厚みの大きな光導入部１４から厚みの薄い導光板本体１５へ向かう光のうち、傾斜面１６に入射した光は傾斜面１６で反射されて導光板本体１５へ導かれる。導光板本体１５へ導かれた光は、導光板本体１５の下面に設けられた光学パターン（図示せず）によって反射され、導光板本体１５の上面の光出射面１８から外部へ出射される。このような面光源装置１１では、光源１２の光を光入射面１７から効率よく取り込むことができるとともに、光導入部１４から導光板本体１５へ伝搬する途中で導光板１３から漏れる光の光量を少なくできるので、面光源装置１１の光利用効率が向上する。また、傾斜面１６及び導光板本体１５の上面の縁から光が漏れにくいので、光出射面１８の縁が漏れ光で光りにくくなり、面光源装置１１の品質が向上する。

しかし、面光源装置の品質に対する要求が高くなるにつれ、図１のような面光源装置１１でも光利用効率の改善効果が不十分となってきた。特に、光源１２の正面方向に向けて出射された光は、傾斜面１６に対する入射角が小さいので、傾斜面１６を透過して導光板１３の外部へ漏れやすく、そのため十分な光利用効率を得ることができなかった。

図１のような構造の面光源装置の光利用効率を改善するため、非特許文献１は、新規な構造の面光源装置を開示する。図２（Ａ）は、非特許文献１に開示された面光源装置２１の構造を示す斜視図である。この面光源装置２１では、光導入部１４の傾斜面１６に２つの円筒面２２を設けている。２つの円筒面２２間には、Ｖ溝状の溝２３が形成されている。２つの円筒面２２は、溝２３の谷線を通り光入射面１７及び光出射面１８に垂直な平面に関して対称な形状となっている。また、円筒面２２の各軸心は、上方へ行くに連れて光入射面側へ近づくように傾いており、円筒面２２の軸心の傾きは傾斜面１６の傾斜角と等しくなっている。従って、円筒面２２の軸心は傾斜面１６と平行になっている。光源１２の発光中心を通る主軸（主光線と一致する軸）は、導光板本体１５の上面に垂直な方向から見たとき、２つの円筒面２２の交線（溝２３の谷線）を通過し、かつ、光入射面１７に垂直な直線上に位置している。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した面光源装置２１の光源近傍を表した概略平面図である。この面光源装置２１では、光源１２から正面方向に出射した光線は、図２（Ｂ）に矢印で示すように、円筒面２２を設ける以前の傾斜面１６への入射角よりも大きな入射角で円筒面２２に入射するので、円筒面２２で正面方向の光が反射されやすくなる。その結果、光源１２の正面方向において光導入部１４の表面から漏れる光を低減させることができ、光利用効率を高めることができる。

図３は、図１の面光源装置１１（Sample 1）と図２（Ａ）の面光源装置２１（Sample 2）のそれぞれの光利用効率を比較した図である。図３の横軸は段差比率ｔ／Ｔを表し、図３の縦軸は光利用効率Ｒを表す。段差効率とは、光導入部１４の高さＴに対する、導光板本体１５の高さｔの比ｔ／Ｔを表す。光利用効率は、導光板１３に入射した光のうちどれだけの割合の光を導光板１３の光出射面１８から出射させられるかを、百分率（％）で表示したものである。具体的に言うと、図４のように導光板１３の光入射面１７に対向する端面に向き合わせて光ディテクタ２４を配置し、光源１２から出て光入射面１７に入射した光の光量をＩoとし、光ディテクタ２４によって測定した光量（すなわち、光入射面１７に対向する端面から出射した光の光量）をＩsとしたとき、（Ｉs／Ｉo）×１００［％］を図３の光利用効率Ｒとした。ただし、図３の測定には、光出射面１８から光を出射させるための光学パターンを有しない導光板、すなわち導光板本体１５の上面及び下面が平滑で、かつ、平行である導光板を用いている。従って、光ディテクタ２４で測定している光量は、本来は光学パターンによって反射されて光出射面１８の有効領域から上方へ出射されるべき光の光量である。

図３に示すように、図１の面光源装置１１（Sample 1）に比べて、図２（Ａ）の面光源装置２１（Sample 2）では、かなり光利用効率Ｒが向上している。ところが、図２（Ｂ）に示す光線の様子から分かるように、円筒面２２を有する面光源装置２１の場合には、光源１２の正面方向における光漏れは抑制されるが、光源１２から正面方向へ出射された光は、円筒面２２で反射することによって横方向へ広がる。この結果、光源１２の正面方向で光出射面１８の発光輝度が低下し、輝度ムラが生じる。

光出射面１８（有効領域）における発光輝度を均一化するには、図５に示す面光源装置３１のように、導光板本体１５の上面にレンチキュラーレンズ３２を設けることが考えられる。光出射面１８にレンチキュラーレンズ３２を設けると、光出射面１８から出射する光の指向特性がレンチキュラーレンズ３２によって横方向に広げられるので、光出射面１８の発光輝度を均一化できる。

しかし、光出射面１８にレンチキュラーレンズ３２を設けると、レンチキュラーレンズ３２から光が漏れやすくなるので、導光板本体１５の上面に斜め方向の輝線が生じる。

図６はこの状況を説明している。図６（Ａ）は、レンチキュラーレンズを有しない図２の面光源装置２１の場合であって、導光板本体１５の光入射面１７に対向する端面における光の指向特性を光入射面１７に垂直な方向から見た様子を表している。図６（Ｂ）は、レンチキュラーレンズ３２を有する図５の面光源装置３１の場合であって、同じく導光板本体１５の光入射面１７に対向する端面における光の指向特性を光入射面１７に垂直な方向から見た様子を表している。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、黒い部分ほど光強度が大きい。図６（Ｃ）は、図４に示すように導光板本体１５の光出射面１８に対向させて光ディテクタ２５を配置し、面光源装置３１の光出射面１８から漏れる光量を光ディテクタ２５で測定した結果を表わしている。図６（Ｃ）では白い部分ほど漏れ光が大きくなっている。

図６（Ａ）の場合には、光入射面１７にほぼ垂直な方向（正面方向）を向いた光束の指向特性３３の周囲に円筒面２２で横方向に広げられた光束の指向特性３４が表れている。一方、図６（Ｂ）の場合には、正面方向の指向特性３３だけが顕著で、斜め方向の指向特性３４は消失している。すなわち、図６（Ａ）に表れていた斜め方向の指向特性３４を持つ光が、レンチキュラーレンズ３２によって漏れた結果、図６（Ｂ）からは指向特性３４が消失している。こうして図５の面光源装置３１では、レンチキュラーレンズ３２によって光出射面１８から漏れた光は、図６（Ｃ）に示すように斜め方向（細線矢印で示す方向）の輝線となる。ここで用いた導光板１３は光学パターンを設けられていないので、設計上は導光板本体１５の上面から光が漏れないはずであるが、レンチキュラーレンズ３２のために漏れて斜め方向の輝線となっている。

また、図２（Ａ）の面光源装置２１にレンチキュラーレンズ３２を付加した面光源装置３１では、円筒面２２で横方向に広げられたがレンチキュラーレンズ３２によって漏れるので、面光源装置３１の光利用効率が低下する。図３に破線で示すSample 3は、図５の面光源装置３１を用いて、その光利用効率を測定した結果を表している。Sample 2とSample 3の比較から分かるように、図２（Ａ）の面光源装置２１にレンチキュラーレンズ３２を付加すると、光利用効率がかなり低下する。

"A Novel LED-Backlight System with Tilted Cylindrical Surfaces on the Light Guide Plate" Kazutada Takaira, Yasuhiro Morii, Seiji Sakai, Kenji Itoga, Akimasa Yuuki; SID Symposium Digest of Technical Papers, Volume 44, Issue 1, pages 820-823, June 2013(http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/j.2168-0159.2013.tb06343.x/citedby)

本発明は、上記の技術的背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導光板の傾斜面に対となる円筒面を形成した面光源装置において、導光板本体の上面にレンチキュラーレンズを付加することによって輝度の均一化を図るとともに、レンチキュラーレンズを設けたことによる光利用効率の低下と輝線の発生を抑制することにある。

本発明に係る導光板は、光を導入する光入射面を備えた光導入部と、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられた導光板本体と、前記光導入部の光出射側の面とその反対側面のうち少なくとも一方の面に設けられた、前記導光板本体より厚みの大きな部分から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面と、前記傾斜面に切り込むように設けられた２つの円筒面によって構成された溝とを備え、前記傾斜面が前記円筒面の近傍で前記導光板本体の表面となす傾斜角は、前記円筒面の軸心が前記導光板本体の表面となす傾き角よりも小さいことを特徴としている。

本発明に係る導光板のある実施態様は、前記円筒面の軸心が、上方に行くほど前記光導入部の光入射面側に近づくように傾いていることを特徴としている。

本発明に係る導光板の別な実施態様は、前記傾斜面の端縁が、前記光導入部に設けられた光入射面の端縁に接していることを特徴としている。

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様は、前記溝の端が、前記光入射面の端縁に達していることを特徴としている。

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様は、前記光導入部の最大厚みをＴ、前記導光板本体の厚みをｔ、前記導光板本体の表面と平行な方向における前記傾斜面の長さをＬとするとき、前記傾斜面の傾斜角αが、
α≦arctan〔（Ｔ−ｔ）／Ｌ〕
であることを特徴としている。

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様は、前記導光板本体の光出射面にレンチキュラーレンズ形状を形成したことを特徴としている。

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様は、前記光導入部の側面における２点を比較したとき、前記光入射面から比較的遠くにある点において前記側面が前記光入射面に垂直な方向となす角度は、前記光入射面に近い点において前記側面が前記光入射面に垂直な方向となす角度よりも大きいか、もしくは等しいことを特徴としている。

特に、この実施態様においては、上方から見たとき、前記光導入部の両側面を前記光導入部に垂直な方向から傾かせることにより、前記光導入部の幅が前記光導入部から遠くなるに従って大きくなるようにしていることが好ましい。

上記実施態様においては、前記光導入部の両側面が、それぞれ複数の平面によって構成されていてもよい。

前記光導入部の両側面はそれぞれ２つの平面によって構成され、前記光入射面に比較的近い位置にある前記平面の前記光入射面に垂直な方向における長さが、前記光入射面に比較的遠い位置にある前記平面の前記光入射面に垂直な方向における長さよりも長くなっていることが好ましい。

また、上記実施態様においては、前記光導入部の両側面は、それぞれ湾曲面によって構成されていることを特徴としている。

また、上記実施態様においては、前記光導入部の側面に外向きに立てた法線が、外向き先端側で前記導光板本体の光出射側へ傾いていることを特徴としている。

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様は、前記傾斜面と前記レンチキュラーレンズ形状との間の領域に指向性変換パターンを設けたことを特徴としている。

上記実施態様においては、前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光入射面に入射する光の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも小さいことが好ましい。

本発明に係る面光源装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板の前記光入射面と対向する位置に配置された光源とを備えたことを特徴とする。この面光源装置は、液晶表示装置とモバイル機器に用いることができる。

なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。

本発明によれば、傾斜面に切り込むようにして２つの円筒面によって構成された溝を設けた導光板ないし面光源装置において、前記傾斜面が前記円筒面の近傍で前記導光板本体の表面となす傾斜角が、前記円筒面の軸心が前記導光板本体の表面となす傾き角よりも小さくなるようにしているので、傾斜面で反射した光、特に円筒面と傾斜面で反射した光が導光板本体の下面と上面に入射する際の入射角が大きくなるので、光が導光板本体から漏れにくくなる。その結果、円筒面からなる溝を備えた面光源装置の光利用効率をより向上させることができ、輝線の発生も抑制することができる。

図１は、従来の面光源装置を示す斜視図である。 図２（Ａ）は、従来の別な面光源装置を示す斜視図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の面光源装置における光源近傍での光の挙動を示す概略平面図である。 図３は、図１、図２（Ａ）及び図５に示す各面光源装置（Sample １-3）の光利用効率を比較して示す図である。 図４は、図３の測定と図６（Ｃ）の測定に用いた各光ディテクタの配置を説明する図である。 図５は、図２（Ａ）の面光源装置にレンチキュラーレンズを付加した面光源装置を示す斜視図である。 図６（Ａ）は、図２（Ａ）の面光源装置における導光板本体内での指向特性を示す図である。図６（Ｂ）は、図５の面光源装置における導光板本体内での指向特性を示す図である。図６（Ｃ）は、図４のように光出射面に対向させて配置した光ディテクタにより図５の面光源装置の光出射面から漏れる光を測定した結果を示す図である。 図７は、本発明の実施形態１による面光源装置を示す斜視図である。 図８（Ａ）は、図７に示す面光源装置の平面図である。図８（Ｂ）は、図７に示す面光源装置の側面図である。 図９は、複数個の光源を用いた実施形態１の面光源装置を示す斜視図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、実施形態１の面光源装置の設計条件を説明するための図である。 図１１は、実施形態１の面光源装置の構造と非特許文献１に記載された面光源装置の構造を比較して示す概略側面図である。 図１２は、実施形態１の面光源装置と非特許文献１の面光源装置にレンチキュラーレンズを加えた面光源装置の光利用効率を比較した図である。 図１３（Ａ）は、レンチキュラーレンズを設けていない実施形態１の面光源装置の導光板本体内における指向特性を示す。図１３（Ｂ）は、実施形態１の面光源装置の光出射面から漏れた光を示す図である。図１３（Ｃ）は、従来例の面光源装置の光出射面から漏れた光を示す図である。 図１４は、実施形態１の面光源装置（Sample 4）の光利用効率を示す図である。 図１５（Ａ）は、本発明の実施形態２による導光板を示す斜視図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示す導光板の平面図である。 図１６（Ａ）は、図１５（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。図１６（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示す導光板に入射した光線の挙動を示す図である。 図１７（Ａ）は、実施形態２の変形例による導光板を示す斜視図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示す導光板の平面図である。 図１８は、図１７（Ａ）に示す導光板に入射した光線の挙動を示す図である。 図１９（Ａ）は、実施形態２の別な変形例による導光板を示す斜視図である。図１９（Ｂ）は、図１９（Ａ）に示す導光板の平面図である。 図２０は、図１９（Ａ）に示す導光板に入射した光線の挙動を示す図である。 図２１（Ａ）は、実施形態３による面光源装置を示す斜視図である。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）に示す導光板の平面図である。 図２２は、光入射面と平行な断面における指向性変換パターンの形状と、その一部を拡大して示す断面図である。 図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、指向性変換パターンの作用説明図である。 図２４は、図２１（Ａ）に示す導光板に入射した光線の挙動を示す図である。 図２５は、本発明の実施形態４による導光板を示す斜視図である。 図２６は、本発明の実施形態４の変形例による導光板を示す斜視図である。 図２７は、本発明の実施形態４の別な変形例による導光板を示す斜視図である。 図２８（Ａ）は、本発明の実施形態５による導光板の上面側から見た斜視図である。図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）に示す導光板の下面側から見た斜視図である。 図２９（Ａ）は、本発明の実施形態６による面光源装置を示す斜視図である。図２９（Ｂ）は、図２９（Ａ）に示す面光源装置の側面図である。 図３０（Ａ）は、本発明の実施形態６の変形例による面光源装置を示す斜視図である。図３０（Ｂ）は、図３０（Ａ）に示す面光源装置の側面図である。 図３１は、本発明に係る液晶表示装置の概略断面図である。 図３２は、本発明に係るモバイル機器の概略斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。

（実施形態１）
以下、図７及び図８を参照して本発明の実施形態１による面光源装置４１を説明する。図７は本発明の実施形態１による面光源装置４１を示す斜視図である。図８（Ａ）はその面光源装置４１の平面図であり、図８（Ｂ）は面光源装置４１の側面図である。

面光源装置４１は、光源４２と導光板４３とからなる。光源４２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵したものであり、白色発光して正面の光出射窓から光を出射する。

導光板４３は、薄板状をした導光板本体４５と連続させるようにして、導光板本体４５の端に光導入部４４を設けたものである。導光板４３は、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、シクロオレフィン系材料、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高屈折率の透明樹脂によって一体成形される。

光導入部４４は、導光板４３のうちで厚みの厚い略くさび状の部分であって、その端面である光入射面４７に対向させて光源４２が配置される。光導入部４４の端面の厚み（最大厚み）Ｔは光源４２の光出射窓の高さと等しいか、それよりも厚くなっており、そのため光源４２から出射された光は効率よく光入射面４７から光導入部４４内に入射する。

光導入部４４の上面（導光板本体４５の光出射面４８と同じ側の面）には、平滑な傾斜面４６が形成されている。傾斜面４６は、光入射面４７と接する最大厚みの部分から導光板本体４５の端へ向けて下り傾斜している。傾斜面４６は、導光板４３の一方側面から他方側面まで帯状に延びている。傾斜面４６は下端から上端まで一定の傾斜角を有しており、傾斜面４６の上端は光入射面４７の上端に達している。よって、光導入部４４の上端に水平面を有していない。

傾斜面４６の幅方向中央部には、交差する２つの円筒面５０が形成されており、２つの円筒面５０によって光入射面側へ入り込むようにしてＶ溝状の溝５１が設けられている。両円筒面５０は、溝５１の谷線を通り光入射面４７及び光出射面４８に垂直な平面に関して互いに面対称となっている。また、各円筒面５０の軸心は、この垂直な平面と平行な平面内にあり、その上方が光入射面側へ傾いている。円筒面５０の軸心の傾き（水平面となす角度）は、傾斜面４６の傾斜角よりも小さくなっている。もっとも、円筒面５０の軸心は、前記垂直な平面と多少非平行になっていてもよい。溝５１の谷線の上端は、光入射面４７まで達している。この結果、溝５１の谷線は、導光板本体側から光入射面側へ向かうに従って、光出射面４８と同じ高さから光入射面４７の上端まで上り傾斜している。

光源４２は、円筒面５０間の中心において光入射面４７と対向している。すなわち、光源４２は、導光板４３の上面に垂直な方向から見たとき、光源４２の主軸が溝５１の谷線を通過するように配置されている。

導光板本体４５は導光板４３の大部分の面積を占めており、その厚みｔは光導入部４４の最大厚みＴよりも薄くなっており、それによって導光板４３の薄型化が図られる。導光板本体４５は表裏面が平行な平板状をしており、導光板本体４５の厚みはほぼ均一となっている。

導光板本体４５の下面には、導光板本体４５内を導光する光を反射させて導光板本体４５の上面の光出射面４８から外部へ光を出射させるための光学パターン（図示せず）が設けられている。導光板本体４５の光出射面４８には、光入射面４７と垂直な方向に延びた微細な複数本のレンチキュラーレンズ４９が設けられている。ただし、レンチキュラーレンズ４９は、導光板本体４５の光導入部側の端から少し後退させてあり、導光板本体４５の上面の光導入部側の端は平坦面となっている。

しかして、この面光源装置４１では、光源４２から出射した光は、光源４２よりも厚みの大きな光入射面４７から光導入部４４に効率よく取り込まれる。光導入部４４に入った光のうち傾斜面４６に入射した光は、傾斜面４６で反射されて導光板本体４５へ導光される。また、円筒面５０に入射した光は、円筒面５０で反射して横方向に広げられ、導光板本体４５へ導光される。導光板本体４５へ導光された光は、下面の光学パターンによって反射されると、上面の光出射面４８から外部へ出射される。光出射面４８から出射される光は、光出射面４８によって導光板４３の幅方向に指向特性を広げられるので、光出射面４８の輝度分布が均一化される。

面光源装置４１では、光導入部４４の上端に水平面を設けないで傾斜面４６の上端を光入射面４７の上端まで伸ばしているので、光導入部４４の長さ（Ｌ）を長くすることなく（つまり、導光板４３のデッドスペースを大きくすることなく）傾斜面４６の傾斜角を比較的小さくすることができる。また、傾斜面４６の下端が円筒面５０の下端に外接しているので、傾斜面４６の傾斜角をできるだけ小さくできる。こうして傾斜面４６の傾斜角を小さくすれば、傾斜面４６で反射された光の、導光板４３の下面に対する入射角が大きくなるので、光出射面４８からの光が漏れにくくなる。特に、円筒面５０で反射された後、傾斜面４６で反射した光もレンチキュラーレンズ４９によって漏れにくくなり、面光源装置４１の光利用効率が向上するとともに、輝線も生じにくくなる。この結果、実施形態１の面光源装置４１によれば、光利用効率を向上させ発光面の輝度を向上させ、光出射面４８の輝度分布を均一化し、斜め方向の輝線を目立たなくして発光品質を向上させることが可能になる。

実施形態１の面光源装置は、２個以上の光源４２にも対応する。２個以上の光源４２を用いる場合には、図９に示す面光源装置５３のように、各光源４２の正面方向に対となった円筒面５０を設ければよい。

つぎに、実施形態１の面光源装置４１、５３における傾斜面４６及び円筒面５０の設計条件を、図１０及び図１１を参照して説明する。まず、図１０（Ａ）を参照して説明する。交差する円筒面５０の幅Ｗｃは、光源４２の光出射領域（光出射窓）の幅Ｗｓよりも長くする。すなわち、Ｗｃ＞Ｗｓとする。光源４２から正面方向へ出射する光の全体を円筒面５０で反射させるためである。円筒面５０の曲率半径ｒは可能な限り小さいことが望ましいが、円筒面５０と傾斜面４６をできるだけ滑らかに接続するためには、２ｒ＞Ｗｃであることが好ましい。図１０（Ａ）に示す円筒面５０どうしの交差角度φは鋭角であることが望ましい。また、導光板本体４５内を導光する光の入射角を浅くするためには、傾斜した円筒面５０の面積をできるだけ大きくすることが望ましいので、円筒面５０の端（谷線５２の上端）は光入射面４７の上端まで達していることが好ましい。数値例としては、光源４２の光出射領域の幅Ｗｓ＝３.０ｍｍ、円筒面５０の曲率半径ｒ＝１.８ｍｍ、円筒面５０の幅Ｗｃ＝３.２ｍｍとする。

図１１は、本実施形態の面光源装置４１の構造と非特許文献１に記載された面光源装置２１の構造を比較して示す概略側面図である。図１１には、βの傾き角で光入射面側へ傾いた円筒面５０を１点鎖線で表しており、符号Ｃ−Ｃは円筒面５０の軸心（中心軸）を表し、符号５４は最も高い位置にある円筒面５０の母線（稜線）を表し、符号５５は円筒面５０の、軸心Ｃ−Ｃに垂直な断面を表している。また、２つの円筒面５０間の谷線５２は、円筒面５０どうしの交差部分である。また、図１１には、非特許文献１の面光源装置２１の構造を２点鎖線で表し、本実施形態の構造を実線で表している。面光源装置２１では、その傾斜面１６の傾斜角はβとなっており（円筒面５０の傾き角βと等しい。）、傾斜面１６の上端には水平面１９が形成されている。これに対し、本実施形態の面光源装置４１では、傾斜面４６の傾斜角αは、円筒面５０の傾き角βよりも小さくなっている。特に、面光源装置４１では、面光源装置２１のような水平面１９を有しておらず、傾斜面４６の上端が光入射面４７の上端と接しているので、導光板のサイズを大きくすることなく傾斜面４６の傾斜角を小さくすることができる。

いま、本実施形態において、傾斜面４６の下端（傾斜面４６の下端に沿った水平な直線）が円筒面５０に外接しているとする。このときの光導入部４４の水平長さをＬmaxとすれば、水平長さＬmaxは、次のように表される。
Ｌmax＝（Ｔ−ｔ）／tanα
ここで、ｔは導光板本体４５の厚み、Ｔは光導入部４４の最大厚みである。光導入部４４の水平長さＬは、このＬmaxよりも短くなければならないので、Ｌ≦Ｌmaxに上式を用いると、
Ｌ≦（Ｔ−ｔ）／tanα
が得られる。よって、本実施形態における傾斜面４６の傾斜角αは、
β＜α≦arctan〔（Ｔ−ｔ）／Ｌ〕
の範囲内にあればよい。

図１２は、本実施形態の面光源装置４１と非特許文献１の面光源装置２１にレンチキュラーレンズ３２を加えた面光源装置３１の光利用効率を比較したものである。ここで○印は、実施形態の面光源装置４１の場合であり、×印は、比較例の面光源装置３１の場合である。また、傾斜面の水平長さＬが０.５ｍｍの場合は、円筒面の傾きが２０.０°、面光源装置３１の傾斜面１６の傾斜角が２０.０°、面光源装置４１の傾斜面４６の傾斜角が１６.５°とした。水平長さＬが１.０ｍｍの場合は、円筒面の傾きが２５.２°、面光源装置３１の傾斜面１６の傾斜角が２５.２°、面光源装置４１の傾斜面４６の傾斜角が１６.５°とした。水平長さＬが１.５ｍｍの場合は、円筒面の傾きが３３.７°、面光源装置３１の傾斜面１６の傾斜角が３３.７°、面光源装置４１の傾斜面４６の傾斜角が１６.５°とした。水平長さＬが２.０ｍｍの場合は、円筒面の傾きが４８.８°、面光源装置３１の傾斜面１６の傾斜角が４８.８°、面光源装置４１の傾斜面４６の傾斜角が１６.５°とした。図１２から分かるように、傾斜面の水平長さＬが大きくなるほど、面光源装置４１の光利用効率が、面光源装置３１の光利用効率よりも良好になることが分かる。

図１３（Ａ）は、レンチキュラーレンズ４９を設けていない面光源装置４１において、光入射面４７に対向する端面で測定した指向特性を示す。図６（Ａ）と比較すれば分かるが、面光源装置４１では、斜め方向の指向特性３４が弱くなっているので、レンチキュラーレンズ４９を設けた場合にも光がレンチキュラーレンズ４９から漏れにくくなる。図１３（Ｂ）は、面光源装置４１の光出射面４８から漏れた光を示す図である（図４の光ディテクタ２５で測定したもの）。図１３（Ｃ）は、面光源装置３１の光出射面から漏れた光を示す図である（図６（Ｃ）と同じもの）。図１３（Ｂ）と図１３（Ｃ）を比較すれば、本実施形態の面光源装置４１によれば、光の漏れを小さくでき、輝線の発生を抑制できることが分かる。

図１４に示すSample ４は、面光源装置４１の光利用効率を測定した結果を表している。図１４によれば、レンチキュラーレンズ３２を設けることによって低下したSample 3（面光源装置３１）の光利用効率が、本実施形態により再び改善されることが分かる。

（実施形態２）
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、本発明の実施形態２による導光板６１を示す斜視図と平面図である。また、図１６（Ａ）は、図１５（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。実施形態２の導光板６１では、光導入部４４の両側面を斜めにカットしている。斜めにカットされた面は、光反射壁６２となる。なお、その他の部分の構造は実施形態１の導光板と同様であるので、実施形態１と同じ部分には図面に同じ符号を付すことによって説明を省略する。

導光板６１では、円筒面５０で横方向に反射され、光導入部４４の上面と下面で反射を繰り返しながら光導入部４４の側面に達した光は、図１６（Ａ）に示すように、光反射壁６２で反射して導光板４３の中央部へ戻る。その結果、導光板６１の側面における光漏れが低減し、光の利用効率が向上する。

また、光反射壁６２は、導光板６１の下面に対して垂直な方向から傾いていてもよい。すなわち、図１６（Ａ）に示すように、光反射壁６２は、導光板６１の下面とγの角度をなすように傾いていてもよい。ここで、光反射壁６２の角度γ（傾斜角）は、９０°よりも小さく、たとえば６０°以上７５°以下であればよい。

光導入部４４を導光する光は、傾斜面４６で反射することにより、光出射面４８に垂直な面内における指向特性が広くなる。そのため、傾斜面４６で反射した光は、導光板本体４５の上面と下面に入射するときの入射角が小さくなり、光学パターンで反射しなくても導光板本体４５から漏れやすくなる。これに対し、光反射壁６２を傾けてあれば、光反射壁６２で全反射した光は、光出射面４８に垂直な面内における指向特性が狭くなる。そのため、光反射壁６２で反射した光は、導光板本体４５の上面と下面に入射するときの入射角が大きくなり、導光板本体４５における光の漏れが小さくなる。

図１６（Ｂ）は、光反射壁６２を有する導光板６１における光の挙動を示す図である。この図によれば、光反射壁６２を設けることにより光導入部４４の側面からの光の漏れが小さいことがわかる。

（実施形態２の変形例）
図１７（Ａ）は、実施形態２の変形例による導光板６４を示す斜視図である。図１７（Ｂ）は、導光板６４の平面図である。この導光板６４では、光導入部４４の側面に設けた光反射壁６２が屈曲している。光反射壁６２は、光入射面側に位置する光反射壁６２ａと光入射面４７から遠い側に位置する光反射壁６２ｂとの２つの平坦な面からなる。垂直上方から見たとき、光反射壁６２ａが導光板本体４５の側面に対してなす傾き角は、光反射壁６２ｂが導光板本体４５の側面に対してなす傾き角よりも小さい。

光反射壁６２が屈曲している場合にも、図１８に示すように、横方向に広がった光を光反射壁６２で反射させて中央部へ戻すことができる。

また、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示す導光板６５のように、光反射壁６２は曲面によって構成されていて、垂直上方から見たとき弧状に湾曲していてもよい。光反射壁６２が弧状に湾曲している場合にも、図２０に示すように、横方向に広がった光を光反射壁６２で反射させて中央部へ戻すことができる。

（実施形態３）
図２１（Ａ）は、本発明の実施形態３による面光源装置７１を示す斜視図、図２１（Ｂ）は、面光源装置７１の平面図である。この面光源装置７１では、傾斜面４６とレンチキュラーレンズ４９の間の領域に指向性変換パターン７２を設けている。

指向性変換パターン７２は、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示すように、Ｖ溝状をした複数のパターン素子７３を放射状に配列したものである。すなわち、光出射面４８に垂直な方向から見たとき、各パターン素子７３は、光源４２の発光中心を通過し、かつ、光入射面４７に垂直な仮想の直線（以下、光源４２の光軸Ｋという。）に対して傾いており、光軸Ｋの両側で各パターン素子７３の傾く方向が反対向きになっている。さらに、各パターン素子７３は、光軸Ｋから離れるに従って光軸Ｋとなす角度が次第に大きくなっている。

図２２に示すように、各パターン素子７３は、光入射面４７と平行な断面において傾斜角と傾斜方向が異なる２つの斜面によって構成されており、左右非対称なＶ溝状となっている。したがって、指向性変換パターン７２は傾斜方向が異なる斜面が交互に並んでいる。

この指向性変換パターン７２の断面形状は、つぎのような特徴を有している。光入射面４７と平行な断面において、各パターン素子７３の斜面に導光板４３の内部から外部へ向けて立てた法線Ｎを考えるとき、法線Ｎが光軸Ｋに直交する垂線Ｋ´と反対側へ傾いた斜面７４ｂの横幅Ｄ２の総和は、法線Ｎが垂線Ｋ´側へ傾いた斜面７４ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている。ただし、斜面７４ｂの横幅Ｄ２の総和と、斜面７４ａの横幅Ｄ１は、それぞれ光軸Ｋの右側の領域と左側の領域とで個々に計算し、光軸Ｋの両側でそれぞれ斜面７４ｂの横幅Ｄ２の総和が斜面７４ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている。特に、図２２に示す例では、任意の箇所の隣合う２つの斜面７４ａ、７４ｂについて、法線Ｎが垂線Ｋ´と反対側へ傾いた斜面７４ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが垂線Ｋ´側へ傾いた斜面７４ａの横幅Ｄ１よりも大きくなっている。

また、指向性変換パターン７２の断面形状の特徴は、つぎのように表現することもできる。垂線Ｋ´側へ傾いた斜面７４ａの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度ξ（あるいは、斜面７４ａの傾斜角）の平均角度は、垂線Ｋ´と反対側へ傾いた斜面７４ｂの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度η（あるいは、斜面７４ｂの傾斜角）の平均角度よりも大きくなっている。ここで、垂線Ｋ´側へ傾いた斜面７４ａの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度ξの平均角度とは、垂線Ｋ´側へ傾いた斜面７４ａの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度をξi、各斜面７４ａの幅をＤ１iとするとき（ｉは、各斜面７４ａに付けた指標）、
Σξi×Ｄ１i／ΣＤ１i
で定義する。ここで、分母及び分子の総和は、いずれも光軸Ｋの右側領域、または左側領域の斜面７４ａについて行うものである。同様に、垂線Ｋ´と反対側へ傾いた斜面７４ｂの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度ηの平均角度とは、垂線Ｋ´と反対側へ傾いた斜面７４ｂの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度をηj、各斜面７４ｂの幅をＤ２jとするとき（ｊは、各斜面７４ｂに付けた指標）、
Σηj×Ｄ２j／ΣＤ２j
で定義する。ここで、分母及び分子の総和は、いずれも光軸Ｋの右側領域、または左側領域の斜面７４ｂについて行うものである。また、この平均角度の大小の比較は、光軸Ｋの右側領域と左側領域で別々に行う。特に、図２２に示す例では、任意の箇所の隣合う２つの斜面７４ａ、７４ｂについて、垂線Ｋ´側へ傾いた斜面７４ａの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度ξが、垂線Ｋ´と反対側へ傾いた斜面７４ｂの法線Ｎが垂線Ｋ´となす角度ηよりも大きくなっている。

しかして、この面光源装置７１にあっては、光源４２から出射した光は、光入射面４７から光導入部４４内に入射し、光導入部４４の上面又は下面で反射され、あるいは光導入部４４を通過して厚みの薄い導光板本体４５へ導びかれる。導光板本体４５へ導入された光は、指向性変換パターン７２、レンチキュラーレンズ４９又は導光板本体４５の下面で反射しながら導光板本体４５内を導光し、光学パターンによって反射または拡散されて光出射面４８からほぼ均一に出射される。

このとき、指向性変換パターン７２に入射した光は、図２１（Ｂ）に示すように、指向性変換パターン７２で反射することによって光軸Ｋと平行に近くなるように曲げられ、光軸Ｋとなす角度が小さくなるように変換される。図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）は、指向性変換パターン７２で反射される光Ｌ２の挙動を表した図であって、図２３（Ａ）は導光板４３の垂直上方から見た図であり、図２３（Ｂ）は光入射面４７に垂直な方向から見た図（光源側から見た図）である。

図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）に破線で示すように、パターン素子７３が光軸Ｋと平行に配置されている場合には、その斜面７４ｂで反射された光Ｌ１は、横方向へ広がるので、導光板４３の側面又はレンチキュラーレンズ４９から漏れる恐れがある。

これに対し、本発明の実施形態３による面光源装置７１では、図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）に実線で示すように指向性変換パターン７２が光軸Ｋに対して傾きを持つように配置されている。そのため、パターン素子７３の斜面７４ｂで反射された光Ｌ２は、垂直上方から見て光軸Ｋと平行に近くなるように反射され、光線方向が前方へ向けられる。この結果、本発明の実施形態３による面光源装置７１では、パターン素子７３で反射した光が導光板４３の側面へ届きにくくなり、またレンチキュラーレンズ４９に横方向から入射しにくくなる。よって、導光板４３の側面とレンチキュラーレンズ４９からの光漏れを低減でき、光の利用効率を向上させて面光源装置７１の発光輝度を向上させることができる。

図２４は、実施形態３の面光源装置７１における光の挙動を示す図である。図２４には、導光板４３内での光の方向が示されている。

（実施形態４）
図２５は、本発明の実施形態４による導光板８１を示す斜視図である。この導光板８１では、傾斜面４６は、異なる傾斜方向を有する複数の領域４６ａ、４６ｂを有している。すなわち、傾斜面４６は、溝５１の上端と下端を結ぶ直線によって２つの領域４６ａ、４６ｂに分かれている。傾斜面４６のうち円筒面５０のごく近傍の領域４６ａは導光板本体４５側へ向けて下り傾斜し、円筒面５０から離れた領域４６ｂは導光板本体４５側と光導入部４４の側面側との中間方向へ向けて下り傾斜している。領域４６ａと領域４６ｂの境界線は、円筒面５０の上端と下端とを結ぶ直線となっている。この結果、円筒面５０で横方向へ広げられた光は、傾斜面４６により下方へ向けて反射され、導光板８１の側面から漏れにくくなる。

また、図２６に示す変形例の導光板８２では、傾斜面４６は、垂直上方から見たとき導光板８２の側面と平行な直線によって２つの領域４６ａ、４６ｂに分かれている。傾斜面４６のうち円筒面５０の近傍の領域４６ａは導光板本体４５側へ向けて下り傾斜し、円筒面５０から離れた領域４６ｂは導光板本体４５側と光導入部４４の側面側との中間方向へ向けて下り傾斜している。領域４６ａと領域４６ｂの境界線は、導光板８２の垂直上方から見たとき、導光板８２の側面と平行な直線となっている。

あるいは、図２７に示す導光板８３のように、傾斜面４６のうち光導入部４４の上面の両側部に位置する領域４６ｂだけが光導入部４４の側面に向けて下り傾斜し、それ以外の領域４６ａでは導光板本体４５側へ向けて下り傾斜していてもよい。

（実施形態５）
図２８（Ａ）は、本発明の実施形態５による導光板９１の上面側から見た斜視図である。図２８（Ｂ）は、導光板９１の下面側から見た斜視図である。この実施形態では、傾斜面４６と円筒面５０を光導入部４４の下面に設け、レンチキュラーレンズ４９を導光板本体４５の上面に設けている。

（実施形態６）
図２９（Ａ）は、本発明の実施形態６による面光源装置１０１を示す斜視図である。図２９（Ｂ）は、面光源装置１０１の側面図である。この面光源装置１０１のように、傾斜面４６は湾曲していてもよい。

また、図３０（Ａ）及び図３０（Ｂ）の変形例に示すように、傾斜面４６は傾斜角の異なる複数の部分４６ｃ、４６ｄからなり、側面から見たときに屈曲していてもよい。

（実施形態７）
図３１は、本発明に係る面光源装置（例えば、実施形態１の面光源装置４１）を用いた液晶表示装置１１１を示す概略断面図である。図３１に示すように、導光板４３の光出射面４８の上には、拡散板１１２、１枚又は２枚のプリズムシート１１３及び液晶パネル１１４を重ねて配置している。導光板４３の裏面には、反射シート１１５が対向している。液晶表示装置１１１によれば本発明に係る面光源装置の特徴を生かすことができるので、液晶表示装置１１１の光利用効率を向上させて画面を見やすくでき、さらに液晶表示装置１１１を薄型化できる。

（実施形態８）
図３２は、本発明に係る液晶表示装置を用いたモバイル機器、すなわちスマートフォン１２１を示す正面図である。スマートフォン１２１は、その正面にタッチパネル付き液晶表示装置１２２を備えている。スマートフォン１２１に本発明の液晶表示装置を用いれば、面光源装置の光利用効率が向上し、画面の表示が明るくなる。また、本発明の面光源装置はスマートフォンなどの携帯電話以外にも、タブレット型コンピュータ、電子辞書、電子ブックリーダーなどのモバイル機器にも適用できる。

４１、５３、７１、１０１ 面光源装置
４２ 光源
４３、６１、６４、６５、８１、８２、８３、９１ 導光板
４４ 光導入部
４５ 導光板本体
４６ 傾斜面
４７ 光入射面
４９ レンチキュラーレンズ
５０ 円筒面
５１ 溝
６２、６２ａ、６２ｂ 光反射壁
７２ 指向性変換パターン
１１１ 液晶表示装置
１２１ スマートフォン

Claims (17)

1. 光を導入する光入射面を備えた光導入部と、
   前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられた導光板本体と、
   前記光導入部の光出射側の面とその反対側面のうち少なくとも一方の面に設けられた、前記導光板本体より厚みの大きな部分から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面と、
   前記傾斜面に切り込むように設けられた２つの円筒面によって構成された溝と、
   を備え、
   前記傾斜面が前記円筒面の近傍で前記導光板本体の表面となす傾斜角は、前記円筒面の軸心が前記導光板本体の表面となす傾き角よりも小さいことを特徴とする導光板。
2. 前記円筒面の軸心は、上方に行くほど前記光導入部の光入射面側に近づくように傾いていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
3. 前記傾斜面の端縁は、前記光導入部に設けられた光入射面の端縁に接していることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
4. 前記溝の端は、前記光入射面の端縁に達していることを特徴とする、請求項３に記載の導光板。
5. 前記光導入部の最大厚みをＴ、前記導光板本体の厚みをｔ、前記導光板本体の表面と平行な方向における前記傾斜面の長さをＬとするとき、前記傾斜面の傾斜角αは、
   α≦arctan〔（Ｔ−ｔ）／Ｌ〕
   であることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
6. 前記導光板本体の光出射面にレンチキュラーレンズ形状を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
7. 前記光導入部の側面における２点を比較したとき、前記光入射面から比較的遠くにある点において前記側面が前記光入射面に垂直な方向となす角度は、前記光入射面に近い点において前記側面が前記光入射面に垂直な方向となす角度よりも大きいか、もしくは等しいことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。
8. 上方から見たとき、前記光導入部の両側面を前記光導入部に垂直な方向から傾かせることにより、前記光導入部の幅が前記光導入部から遠くなるに従って大きくなるようにしたことを特徴とする、請求項７に記載の導光板。
9. 前記光導入部の両側面は、それぞれ複数の平面によって構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の導光板。
10. 前記光導入部の両側面はそれぞれ２つの平面によって構成され、前記光入射面に比較的近い位置にある前記平面の前記光入射面に垂直な方向における長さが、前記光入射面に比較的遠い位置にある前記平面の前記光入射面に垂直な方向における長さよりも長いことを特徴とする、請求項９に記載の導光板。
11. 前記光導入部の両側面は、それぞれ湾曲面によって構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の導光板。
12. 前記光導入部の側面に外向きに立てた法線が、外向き先端側で前記導光板本体の光出射側へ傾いていることを特徴とする、請求項７に記載の導光板。
13. 前記傾斜面と前記レンチキュラーレンズ形状との間の領域に指向性変換パターンを設けたことを特徴とする、請求項６に記載の導光板。
14. 前記指向性変換パターンは、傾き方向が異なる斜面を前記光入射面の幅方向に沿って交互に配列して構成され、
    前記指向性変換パターンの前記光入射面に平行な断面において、前記指向性変換パターンの断面形状が、前記光入射面に入射する光の発光中心を通過し、かつ、前記光入射面に垂直な仮想の直線を挟む両側の領域においてそれぞれ、内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの各斜面に法線を立てたとき、前記法線が前記仮想の直線側に向いて傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が前記仮想の直線と反対側に向いて傾いている斜面の横幅の総和よりも小さいことを特徴とする、請求項１３に記載の導光板。
15. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の導光板と、前記導光板の前記光入射面と対向する位置に配置された光源とを備えた面光源装置。
16. 請求項１５に記載された面光源装置と、液晶パネルとを備えた液晶表示装置。
17. 請求項１６に記載した液晶表示装置を備えたモバイル機器。

Images