JPH11203923A - 面光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光入射端面から導光板内へ導入した光を光出
射面から出射させる面光源装置において、光源の光学的
位置ずれによる輝度ムラを解消する。 【解決手段】 導光板１８の光入射端面２０に対向させ
て光源２３を配置し、光入射端面２０の光源２３と対向
する領域に複数の光学パターン３２を形成する。各光学
パターン３２は、導光板１８の厚み方向に一様な形状に
形成されており、光入射端面２０の幅方向に複数配列さ
れた光学パターン３２の周期Λは、光源２０の幅Ｗの１
／ｎ（ただし、ｎ＝１，２，…）倍にしている。また、
光学パターン３２を設けた領域の長さＬは、光源２３の
幅Ｗと光源２３の位置ずれ量δと光源２３から光入射端
面２０までの距離ｈの２倍との和（Ｗ＋δ＋２ｈ）より
も大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面光源装置に関す
る。具体的にいうと、いわゆる点光源や線状光源等の光
源から出射された光を、光源に比べて広い面積を有する
発光面（光出射面）からほぼ均一に出射させる面光源装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】面光源装置は、光源から出た光を導光板
へ導入して導光板に閉じ込めた後、その光出射面から均
一に出射されるものであって、液晶表示装置のバックラ
イトなどとして広く使用されている。

【０００３】従来の面光源装置の構造を一部分解した状
態で図１に示す。面光源装置１は、光を閉じ込めるため
の導光板３と、発光部２と、反射板４とから構成されて
いる。導光板３は、ポリカーボネイト樹脂やメタクリル
樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂によって成形されて
おり、導光板３の下面には凹凸加工や拡散反射インクの
ドット印刷等によって拡散パターン８が形成されてい
る。拡散パターン８は、図２に示すように発光部２に近
い領域ではパターン密度が小さく、発光部２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。発
光部２は導光板３の光入射端面５に対向して配置されて
いる。この発光部２は、回路基板（図示せず）上に発光
ダイオード（ＬＥＤ）等の小さな光源（いわゆる、点光
源）１０を複数個配列させたものをケース９内に納め、
各光源１０及び回路基板をケース９内で透明なモールド
樹脂１１によって封止してある。反射板４は、反射率の
高い材質例えば白色樹脂シートによって形成されてお
り、両面テープ１３によって導光板３の下面に貼り付け
られている。

【０００４】しかして、図３に示すように、発光部２内
の各光源１０から出射され、光入射端面５から導光板３
内に導入された光ｆは、導光板３の内部で全反射を繰り
返すことによって導光板３に閉じ込められる。導光板３
内に閉じ込められた光ｆは、導光板３の下面に形成され
ている拡散パターン８に入射して拡散反射され、拡散パ
ターン８により反射された光ｆのうち、全反射の臨界角
よりも小さな角度で光出射面６へ入射した光ｆは、光出
射面６から外部へ取り出され、光出射面６が面状に発光
する。一方、導光板３の下面の拡散パターン８が存在し
ていない部分を透過した光ｆは、反射板４で反射され、
再び導光板３へ戻るので、導光板３の下面からの光量損
失を防止される。

【０００５】ここで、光出射面６全体で面光源装置１の
発光輝度を均一にするためには、図４に示すように、光
入射端面５から導光板３内に入射した光ｆを導光板３下
面の拡散パターン８で散乱させ、光ｆを光出射面６全体
に均一に散らばらせる必要がある。そのため、導光板３
の下面に拡散パターン８を設けるにあたっては、図５に
示すように、拡散パターン８で反射した光ｆの一部が光
出射面６側へ反射して光出射面６から外部へ出射され、
また拡散パターン８で反射した光の一部が導光板３内で
光進行方向を変換するよう、拡散パターン８毎に傾斜角
度や傾斜方向などをばらつかせている。

【０００６】また、導光板３内へ入射した光は、導光板
３内を発光部２側から反対側へと伝搬するにつれ少しず
つ光出射面６から取り出されて次第に光量が減少する。
このため、発光部２近辺で発光輝度が高く、発光部２か
ら遠い側で発光輝度が低下しないよう、図２に示したよ
うに拡散パターン８の密度を発光部２側では疎にし、反
対側で次第に密となるようにし、面光源装置１の発光輝
度を均一化している。

【０００７】さらに、図１に示すように、導光板３の光
入射端面５には、光源１０と対向させて１個ずつ切り欠
き状の凹部７を形成してあり、発光部２のケース９上縁
及び下縁からは凹部７に向けてセード１２を突出させて
いる。ここで、凹部７の幅は光源１０の幅と比較して充
分に広くなっている（図では、便宜上光源１０を大きく
描いている）。導光板３の凹部７は、光入射端面５から
導光板３内へ入射した光を導光板３の隅（光入射端面５
の両端部領域）Ｇへ向けることにより、導光板３の隅Ｇ
が暗くなるのを防止するものである。この理由を図６及
び図７に図示する。図６に示すように、導光板３の光入
射端面５が平坦であると、光入射端面５から導光板３内
に入射した光ｆは屈折によって中央に集められ、導光板
３の隅Ｇへ向いて進行せず、導光板３の隅Ｇが暗くな
る。これに対し、光源１０と対向させて導光板３の光入
射端面５に矩形の凹部７が形成されていると、図７に示
すように、凹部７の側面から導光板３内に入射した光ｆ
は導光板３の隅Ｇへ向けて進行するので、導光板３の隅
Ｇにおける光量が増加し、導光板３の隅Ｇが明るくな
る。また、発光部２のセード１２は、光源１０から出た
光が光入射端面５に入射することなく、凹部７と発光部
２の隙間から上方または下方へ漏れるのを防止してい
る。

【０００８】凹部７の形状は矩形に限らず、適当な形状
を選択することにより、導光板３の全方位に適量の光を
配分することができる。特に、光源１０から見て導光板
３の対角線方向の隅（光源１０から最も距離の大きな方
向）Ｈへは多量の光を分配する必要がある。例えば、図
８に示す半円状の凹部７では、矩形の凹部７に比較して
対角方向へ飛ぶ光ｆの量が多くなり、全方位へほぼ均等
に光を分配することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構造の面
光源装置１では、導光板３内に入射した光の分配を調整
するため導光板３の光入射端面５に凹部７を設けている
が、このような構造では、光入射端面５に形成された凹
部７に対して光源１０の位置がずれたり、モールド樹脂
１１の厚みＴがばらついたりしていると、光出射面６に
輝度ムラが発生するという問題があった。しかも、光源
１０の位置ずれやモールド樹脂１１の厚みばらつきは、
量産時の機械の繰り返し誤差によって起こり、これらを
無くすのは困難である。

【００１０】例えば、図９に示すように、光源１０が正
しい位置（この位置にある光源１０とその光線を破線で
示す）から図上の右方向へ位置ずれした（位置ずれした
光源１０とその光線を実線で示す）とする。光源１０が
位置ずれすることによって光ｆが出射されなくなった空
間領域を斜線イで示すと、ここから出射された光ｆのう
ち図９に示す方向へ出射された光ｆが凹部７の側面で屈
折して導光板３内に入り、導光板３の右側の隅Ｇへ向け
て進行していたとすると、この角度範囲の光ｆは光源１
０の位置ずれによって存在しなくなる。一方、光源１０
が位置ずれすることによって光ｆが出射されるようにな
った空間領域を斜線ロで示すと、ここから同じ方向へ出
射される光ｆは、光入射端面５で全反射して導光板３内
へは入射できない。よって、光源１０の位置ずれによっ
て導光板３の右側の隅Ｇへ向かっていた光ｆが減少し、
光出射面６の右側の隅Ｇが暗くなる。同様な理由によ
り、光源１０の位置ずれが起こると、光源１０から見て
様々な方向で光出射面６が暗くなったり、明るくなった
りするので、面光源装置１に輝度ムラが発生することに
なる。

【００１１】また、モールド樹脂１１の厚みがばらつ
き、例えば、図１０に示すように、モールド樹脂１１の
厚みが正しい厚みＴ（このときのモールド樹脂１１と光
線を破線で示す）よりも薄くなったとする（このときの
モールド樹脂１１と光線を実線で示し、厚みをｔとす
る）。モールド樹脂１１が厚い場合には、図１０に破線
で示すように、凹部７の側面から導光板３内に入射した
光ｆが導光板３の隅Ｇへ向けて屈折していたとしても、
モールド樹脂１１が薄くなると、図１０に実線で示すよ
うに、凹部７の側面へ達した光ｆは、導光板３の隅Ｇか
ら外れた方向へ屈折することになり、導光板３の隅Ｇへ
向かう光ｆの量が減少する。この結果、モールド樹脂１
１の厚みばらつきによっても導光板３の隅が暗くなり、
光出射面６に輝度ムラが発生することになる。

【００１２】光源の位置ずれは、光入射端面と平行な方
向での光源の光学的位置ずれ（横ずれ）と考えることが
でき、モールド樹脂の厚みばらつきは、光入射端面と垂
直な方向での光源の光学的位置ずれ（縦ずれ）と考える
ことができるから、光源と対向させて１個の凹部を形成
した従来の面光源装置では、光源の光学的位置関係がず
れることによって、面光源装置に輝度ムラが発生すると
いう問題があった。

【００１３】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、光源の光学
的位置ずれによる面光源装置の輝度ムラを解消すること
にある。

【００１４】

【発明の開示】本発明にかかる面光源装置は、前方へ光
を出射する光源と、当該光源から出射された光を光入射
端面より導入して光出射面から均一に出射させる導光板
とを備えた面光源装置において、前記光出射面と垂直な
方向に一様な複数の光学パターンを、前記光入射端面の
前記光源と対向する領域に周期的に配列し、当該光学パ
ターンの周期Λが、光源の幅Ｗに対して、 Λ ≒ Ｗ／ｎ （ｎ＝１，２，…） を満たすようにしたことを特徴としている。

【００１５】本発明の面光源装置にあっては、光源と対
向させて導光板の光入射端面に規則的な光学パターンを
形成しているので、光源から出射されて光入射端面に入
射する光の方向を制御することができる。従って、例え
ば導光板の隅にも充分に光を届かせることができ、面光
源装置の輝度ムラを低減して発光面の輝度分布を均一に
することができる。しかも、光学パターンの周期Λを光
源の幅Ｗのほぼ整数分の１の大きさにしているので、光
源の位置ずれや光源を封止しているモールド樹脂の厚み
ばらつき等が発生しても、それが原因で輝度ムラが生じ
ることがほとんどなく、高品質の面光源装置を製作する
ことができる。

【００１６】また、光学パターンの周期Λが光源の幅Ｗ
のほぼ整数分の１としない場合でも、光学パターンの周
期Λが、光源の幅Ｗに対して、 Λ ≦ １.５×Ｗ を満たすようにすれば、光源の位置ずれや光源を封止し
ているモールド樹脂の厚みばらつき等が発生した場合の
輝度ムラを従来よりも低減することができ、面光源装置
の品質及び信頼性を向上させることができる。

【００１７】また、光源を導光板の光入射端面に対向さ
せて複数個設置し、これらの光源を光入射端面の幅に比
較して小さな領域に局在させれば、光源の光量を大きく
することができる。特に、光学パターンの周期Λが光源
の幅Ｗのほぼ整数分の１としてあれば、光源の位置によ
って導光板の輝度分布が影響を受けないので、導光板内
における光の制御が容易となり、面光源装置の設計が容
易になる。

【００１８】また、光源を導光板の光入射端面に対向さ
せて複数個設置し、各光源に対応する光学パターンの形
状を互いに異ならせてもよい。各光学パターンの形状を
個々に異ならせれば、光源位置に応じて導光板内の光の
分布を制御したり、導光板内における異なる分布の光を
重ね合わせたりすることができ、各光学パターンの形状
を変化させることによって導光板内における光の分布を
制御することができる。このとき、個々の光源に対応す
る各光学パターン領域の長さＬは、次式を満たすように
する。ただし、Ｗは光源の幅、δは光源の位置ずれ量、
ｈは光源から導光板までの距離である。 Ｌ ≧ Ｗ＋δ＋２ｈ なお、請求項４にいう、各光学パターンの形状を互いに
異ならせるというのは、同じ形状の光学パターン領域が
存在しないということではなく、例えば３つの領域に光
学パターンが設けられているすれば、３つの領域の光学
パターンがいずれも互いに異なっていてもよく、３つの
領域の光学パターンのうち２つの領域の光学パターンの
形状だけが同じであってもよい。

【００１９】さらに、光源を導光板の光入射端面に対向
させて複数個設置する場合には、各光源間に光を遮蔽す
るための手段を設けてもよい。光源から出た光が隣の光
学パターンに入射すると、導光板内における光の分布が
影響を受け、輝度ムラを生じる恐れがあるが、光源間に
遮蔽手段を置けば、隣の光学パターンを通って導光板内
に光が入るのを防止することができ、輝度ムラを抑制で
きる。

【００２０】導光板の短辺に形成された光入射端面に対
向させて前記光源を複数個設置する場合には、一部の光
源と対向する領域では、光入射端面に光学パターンを設
けないようにするのが望ましい。光学パターンを設けな
い場合には、光源の光は導光板内で前方へ多く分配され
るので、長辺方向へ分配され易くなり、光源と反対側の
端で導光板の光出射面が暗くなるのを防止できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１１は本発
明の一実施形態による面光源装置１６を示す分解斜視図
である。面光源装置１６は、主として導光板１８、発光
部１７及び反射板１９からなっている。導光板１８は、
ポリカーボネイト樹脂やメタクリル樹脂等の屈折率が大
きな透明樹脂材料によって形成されており、導光板１８
の一方端面が光入射端面２０、上面が光出射面２１とな
り、下面には凹凸加工によって拡散パターン２２が形成
されている。

【００２２】図１２は同上の導光板１８の下面に設けら
れた拡散パターン２２を示す平面図である。導光板１８
の下面には、多数の微小な拡散パターン２２が凹設され
ており、各拡散パターン２２は図１３に示すようなかま
ぼこ形をしている。拡散パターン２２は、導光板１８の
光入射端面２０に実装された発光部１７内の光源２３を
中心として、導光板１８の下面全体に同心円状に配置さ
れている。また、拡散パターン２２はランダムに配置さ
れており、各拡散パターン２２どうしは光源２３からの
距離が遠くなるにつれてピッチが短くなっており、光源
２３から離れるに従って拡散パターン密度が次第に大き
くなっている。さらに、かまぼこ形をした各拡散パター
ン２２は、光源２３と結ぶ方向に対してほぼ垂直に（θ
≒９０°）配置されている。よって、図１４に示すよう
に、光源２３から導光板１８内へ導かれた光ｆは、拡散
パターン２２で反射されても横方向には拡散されず、直
進することができる。また、高い光出射率を得ることが
できる。

【００２３】発光部１７の構造を図１５に示す。発光部
１７は、白色樹脂等の表面反射率の高い材質からなる外
装部材２９によって発光モジュール２８を包んだもので
あり、発光モジュール２８は光出射側の面だけが外装部
材２９から露出している。発光モジュール２８は、ＬＥ
Ｄ（チップ）等の微小な光源２３を一方のリード端子２
４の先端にダイボンドし、光源と他方のリード端子２５
の先端とをボンディングワイヤ２６で結線した後、光源
２３及び両リード端子２４，２５を透明なモールド樹脂
２７中に封止して形成されている。このような構造の発
光部１７は、導光板１８の光入射端面２０の中央部に取
り付けられ、光源２３から背面方向や側面方向へ出射さ
れた光は、透明なモールド樹脂２７と外装部材２９の界
面で拡散反射され、発光モジュール２８の前面から効率
よく出射され、光入射端面２０から導光板１８内に導入
される。

【００２４】導光板１８の下面から漏れた光を反射させ
て再び導光板１８内へ戻すための反射板１９は、表面反
射率の高い材料によって形成されており、例えば硬質も
しくは比較的軟質の白色プラスチックシートによって形
成されている。この反射板１９は、両側部を両面テープ
３１によって導光板１８の下面に貼り付けられている。

【００２５】このような構造の面光源装置１６において
は、光源２３から出射された光は、モールド樹脂２７と
外装部材２９との境界面で反射されることによって効率
よく発光モジュール２８の前面から出射され、光入射端
面２０から導光板１８内へ導入される。導光板１８内部
へ導入された光は、導光板１８内に閉じ込められ、導光
板１８の上面（光出射面２１）及び下面で全反射を繰り
返しながら光源２３から遠ざかる方向へ進み、拡散パタ
ーン２２で反射された後、全反射の臨界角よりも小さな
入射角で光出射面２１に達すると光出射面２１から外部
へ出射され、光出射面２１が発光する。

【００２６】ここで、光入射端面２０から導光板１８内
に入った光は、図１４で説明したように、光源２３を中
心とする円周方向（平面視で、光源２３と結ぶ方向に対
して直交する方向）には散乱されないので、導光板１８
に入った光を各方位へ均等に分配した後は、各方位にお
いて個々に光出射面２１の輝度分布が均一になるように
すればよい。これは、各方位において、光源２３から遠
ざかるに従って拡散パターン密度を適切に変化させれば
よい。すなわち、各方位において拡散パターン密度を光
源２３からの距離の関数をとして設計することにより実
現される。

【００２７】従って、光入射端面２０から導光板１８へ
光源２３の光を導入する際、その光を各方位毎に、その
光出射面２１上に占める面積分に応じた光量だけ分配す
ることが重要となる。特に、導光板１８の隅Ｇの方向へ
向けて一部の光の進路を大きく曲げる必要がある。その
ためには、従来例のように光源と対向させて１個の凹部
を光入射端面に形成することも一つの方法であるが、そ
れには光源の光学的な位置ずれ（光源の位置ずれ、モー
ルド樹脂の厚みばらつき等）によって導光板１８の隅Ｇ
に光が達しにくくなり、輝度ムラが生じる恐れがあっ
た。

【００２８】このような輝度ムラは光入射端面の形状
（光源の幅よりも大きな凹部）と光源の光学的な位置ず
れによって発生するから、光入射端面の形状を光源の位
置ずれと関係なくしてやればよい。最も簡単な方法は、
光入射端面２０を研削加工で製作した金型を用いて成形
することによってランダムに粗面加工することである。
これによって導光板１８へ導入された光は、導光板１８
の隅にまで拡散されるようになる。しかも、図１６に示
すように光源２３が位置ずれしても、あるいはモールド
樹脂２７の厚みがばらついても、光入射端面２０の加工
粗面ａを充分に広い範囲に施してあれば、光ｆの分配さ
れる方位には変化がなく、輝度ムラの原因とはならな
い。

【００２９】しかし、この方法では、光入射端面２０の
加工粗面ａがランダムであるため、図１７に示すよう
に、この加工粗面ａを通過した光はランバート分布とな
り、光ｆの拡散方向を制御できないという問題がある。
例えば、矩形の導光板１８では、対角方向へ比較的多く
の光を分配する必要があるが、このような粗面加工によ
る方法では対角方向に光を偏らせることが難しく、導光
板の設計が困難になる。

【００３０】そこで、この面光源装置１６では、導光板
１８に入射した光を各方位へ均等に分散させるため、光
入射端面２０に以下に説明するような光学パターン３２
を設けている。

【００３１】（光学パターンの第１例）図１８又は図１
９は、光入射端面２０に設けた光学パターン３２の一例
を示す図であって、光学パターン３２の周期Λが、光源
２３の幅Ｗに対して、 Λ ＝ Ｗ／ｎ … （ただし、ｎ＝１，２，３，４，…）となっている。特
に、図１８に示す光学パターン３２では、 光源の幅Ｗ＝パターン周期Λ となっており、図１９に示す光学パターン３２では、 光源の幅Ｗ＝パターン周期Λ×２ となっている。

【００３２】また、個々の光学パターン（単位パター
ン）３２は、凹状部の底面３２ａと凸状部の先端面３２
ｂがいずれも平坦面となっており、その間の両側面３２
ｃが円弧状の曲面となっており、導光板１８の厚み方向
全長にわたって一様な断面形状に形成されている。

【００３３】一方、発光部１７の外装部材２９の前面に
は、導光板１８の光学パターン３２の凹状部に合わせて
微細なセード３０が突設されている。このセード３０
は、外装部材２９の前面の発光モジュール２８の上下も
しくは周囲に設けられており、光学パターン３２の凹状
部と嵌まり合うようになっている。このセード３０は、
発光部１７を導光板１８の光入射端面２０に取り付けた
とき、光学パターン３２の凹状部内に嵌まり込む。よっ
て、セード３０を光学パターン３２の凹状部の形状より
も少し小さくすることによって、セード３０を光学パタ
ーン３２に嵌め込み易くしておくのが好ましい。このよ
うなセード３０が存在しないと、発光部１７と導光板１
８との間に比較的大きな隙間が生じるので、光源２３か
ら出た光が導光板１８内に入射することなく隙間から上
方もしくは下方へ漏れ、導光板１８が部分的に光って見
える恐れがある。そのため、セード３０で光学パターン
３２との間の隙間の上下を覆って光が漏れるのを防止し
ている。

【００３４】図２０及び図２１は上記光学パターン３２
の作用を説明する図であって、光源２３の幅Ｗと光学パ
ターン３２の周期Λとが等しい場合を示しており、説明
の便宜上、各光学パターン３２は矩形で表している。こ
のように光源２３の幅Ｗと同程度の光学パターン２３で
も（光源２３の幅Ｗと比較して小さな光学パターン３２
でも同じである）、図２０及び図２１に示すように、光
源２３から出た光ｆは、光学パターン３２の側面部分
で、導光板１８の隅Ｇへ向けて屈折される。また、一定
の周期的なパターンによって構成されているから、光学
パターン２３の形状によって導光板１８内に入射した光
ｆの各方位における分布も任意に設計できる。しかも、
図２０に示すように、実線で示した位置から破線で示し
た位置へ光源２３が位置ずれした場合には、図２０に実
線で示す光ｆは消滅するが、光源２３の位置ずれによっ
て破線で示した光ｆが生じ、各方位において、消滅した
光ｆは新たに生じた光ｆによって補われるので、光源２
３の位置ずれによって導光板１８内部において光ｆの分
配方向（もしくは輝度分布）が変化せず、したがって面
光源装置１６に輝度ムラが発生することがない。

【００３５】また、図２１に示すように、本来実線の位
置まであるモールド樹脂２７が、充填不足等によって破
線で示す位置までしかなく、モールド樹脂２７の厚みＴ
が薄くなった場合も、光源２３から出た光ｆが導光板１
８内で進む方向は変化するが、光源２３全体で見れば、
導光板１８内部において光ｆの分配方向（もしくは輝度
分布）が変化せず、したがって面光源装置１６に輝度ム
ラが発生することがない。

【００３６】図２２はパターン周期Λと光源２３の幅Ｗ
との比に対する、光源２３が位置ずれしたときの輝度ム
ラの程度を表した図である。上記説明からも分かるよう
に、光学パターン３２の周期（パターン周期）Λが光源
２３の幅Ｗの整数分の１、つまり１，１／２，１／３，
…倍であれば、輝度ムラは生じない。

【００３７】つぎに、光学パターン３２全体の長さにつ
いて説明する。光学パターン３２は、導光板１８の光入
射端面２０全体に設ける必要はなく、光源２３の最大位
置ずれ量δ（これは、通常２００μｍ程度と考えられ
る）と光源２３から導光板１８までの距離ｈとを考慮す
れば、光学的パターン全体（光学パターン領域）の長さ
Ｌは、つぎの式を満たす長さがあれば充分である。 Ｌ ≧ Ｗ＋δ＋２ｈ … これは、光源２３から出た光のうち４５°以上の入射角
度で導光板１８内に入射する光は少なく、また、４５°
以上の角度で導光板１８に入射する光ｆは光入射端面２
０で反射されて発光部１７へ戻る可能性が高いので、図
１８に示すように、位置ずれを考慮した光源２３の幅Ｗ
＋δと４５°方向へ進む光の横方向への移動距離ｈとを
考慮し、上記式のように、光学的パターン３２全体の
長さＬは最低ｗ＋δ＋２ｈだけあればよい。

【００３８】上記のような構成によれば、１つの光源２
３によって、ムラのない均一な輝度分布を有する面光源
装置１６を作製することができ、面光源装置１６を軽量
かつ安価にすることができる。また、１つの光源２３を
用いるので、低消費電力となり、電子手帳や携帯情報端
末（モバイル）、携帯電話等の携帯機器に用いる場合、
電池寿命を長くすることができる。

【００３９】（光学パターンの第２例）図２３は別な形
状の光学パターン３２を示す断面図である。導光板１８
の光入射端面２０には、凸状部と平坦面とからなる光学
パターン３２が繰り返し形成されており、凸状部と平坦
面とは、いずれも導光板１８の厚み方向全長にわたって
一様に形成されている。平坦面は凹状部の平坦な底面３
２ｄであり、底面３２ｄと凸状部の境界はエッジとなっ
ており、凸状部の基部側面３２ｅ（エッジと接している
箇所）は底面３２ｄと垂直な平面で、平坦な基部側面３
２ｅ間では凸状部外周面は円弧状の湾曲面３２ｆとなっ
ている。凹状部の底面３２ｄは、光入射端面２０と垂直
な方向へ進入する光ｆの量を増加させるためであり、こ
れを設けずに図２４（ｂ）に示すように曲面のみで光学
パターン３４を形成すると、光入射端面２０と垂直方向
に進入する光ｆが少なくなる。凸状部の平坦な基部側面
３２ｅは導光板１８へ進入した光ｆを導光板１８の隅Ｇ
へ向けるためである。凸状部に湾曲面３２ｆを形成して
いるのは、光の届かない領域（特に、対角方向の領域）
が生じないようにするためである。湾曲部分のない図２
４（ｃ）のような矩形状の光学パターン３５であると、
光学パターン３５の内隅部分に対応する方向に光の届か
ない領域が生じることになる。また、図２４（ａ）に示
すように、先端で平坦面となり凹状部が湾曲した光学パ
ターン３３を形成すると、隅Ｇの方向へ進む光ｆが隣の
光学パターン３３に当って遮られるが、この実施形態の
光学パターン３２のように凸状部を湾曲面３２ｆにして
その基部に底面３２ｄと垂直な平面（基部側面３２ｅ）
を形成すれば、図２３に示すように隣の光学パターン３
２に遮られにくくなり、導光板１８の隅Ｇが暗くなるの
を防止できる。

【００４０】上記のような光学パターン３２を備えた導
光板１８は、研削加工によって製作された成形金型を用
いて製造するのが望ましい。その際、研削用の砥石を導
光板１８の厚み方向と対応する方向に動かして光学パタ
ーン３２の成形面を加工する。研削方向を導光板１８の
厚み方向に対応させれば、図２５に示すように、当該成
形金型を用いて成形された導光板１８においては、光学
パターン３２の表面に、導光板１８の厚み方向に沿った
細かな縦筋３６がつく。この縦筋３６は導光板１８の厚
み方向にのみつくので、光学パターン３２を通って導光
板１８内に入った光ｆは、図２５又は図２６に示すよう
に、横方向にのみ広がって拡散する。

【００４１】光学パターン３２の製作時のわずかな誤
差、モールド樹脂２７の表面のうねり等により、導光板
１８には細かな輝度ムラが生じる。例えば、図２７の導
光板１８のＡ１−Ａ２線に沿った輝度は、通常図２８に
実線で示すような細かな輝度ムラがある。しかし、光学
パターン３２に、研削加工による細かな縦筋３６が付く
ようにすれば、光ｆが縦筋ｆで拡散されるために細かな
輝度ムラが平均化されることになり、図２８実線のよう
な輝度ムラが平均化されて図２８に破線で示すように輝
度ムラが軽減される。

【００４２】また、光学パターン３２を成形するための
成形金型の製造方法としては、電鋳法で作製した原盤か
らスタンパを複製し、紫外線硬化型樹脂をスタンパで成
形して紫外線照射により硬化させる、いわゆる２Ｐ法
（Photo-Polymerization法）を用いてもよい。特に、光
学パターン３２の周期と光源２３の幅との比Λ／Ｗが小
さくなると、光学パターン３２が研削加工可能な寸法よ
りも小さくなってしまうことが考えられるので、そのよ
うな場合には２Ｐ法を用いればよい。

【００４３】（第２の実施形態）図２９は本発明の別な
実施形態による面光源装置３７を示す一部分解した斜視
図である。この面光源装置３７に用いられている発光部
１７は、複数個（図では３個）の光源２３を局在させて
内蔵している。発光部１７が複数個の光源２３を局在さ
せて内蔵しているので、発光部１７から出射される光量
を数倍（図では３倍）にすることができる。また、本発
明の面光源装置３７では、光源２３の位置ずれは原理的
に輝度ムラを生じないので、光源２３を位置をずらせて
複数個配置してあっても、局在していれば１個の光源２
３として扱うことができ、図３０に示すように１個の光
源２３の場合から輝度分布を変化させることなく光量を
増し、面光源装置３７の輝度を大きくできる。

【００４４】なお、複数の光源２３を用いる場合には、
図３１に示すように、複数の光源２３の全体の幅をＷと
して前記式を適用し、式で与えられる下限値よりも
大きな長さＬの光学パターン領域を形成すればよい。た
だし、複数の光源２３の場合には、図３２に示すよう
に、光源２３から４５°方向へ出た光ｆが隣の光源２３
で遮られないだけの間隔をあける必要がある。そのため
の加重条件は、図３２から明らかなように、光源２３と
光源２３の間隔をｇ、光源２３の高さ（厚み）をｋとす
れば、 ｇ ≧ ｋ となる。さらに、複数の光源２３を設ける場合には、光
源２３全体の幅Ｗが、導光板１８の光入射端面２０の長
さ（横幅）の１／５以下となるようにするのが望まし
い。

【００４５】なお、光学パターン３２の凹凸の高低差ｖ
が０.１ｍｍ以下になった場合には、発光部１７のセー
ド３０を光学パターン３２と同じ形状に成形もしくは加
工することが困難になる。この場合には、図３３に示す
ように、発光部１７のセード３０は光学パターン３２に
一致させず、光学パターン３２の光源２３にもっとも近
い位置に合わせてセード３０の先端を直線状に形成して
もよい。

【００４６】（第３の実施形態）図３４は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置の一部を示す概略図で
ある。この実施形態では、発光部１７内に複数の光源２
３を前記式を満たすＬ程度をあけて配置し、各光源２
３毎に対応する光学パターン３８，３９のパターン形状
を変化させている。すなわち、図３４に示すように、１
個の光源２３の幅をＷとするとき、各光源２３に対応さ
せて前記式を満たすような幅Ｌで各光学パターン３
８，３９を光入射端面２０に形成し、各領域の光学パタ
ーン３８，３９毎にパターン形状を異ならせている。光
学パターン３８，３９のパターン形状を変えると、導光
板１８に進入した光ｆの各方位への分布が変化するの
で、例えば光入射端面２０に垂直な方向に多く光ｆを分
配する形状の光学パターン３９（図３４の向かって右の
パターン）、導光板１８の隅Ｇの方向に光ｆを多く分配
する形状の光学パターン３８（図３４の向かって左のパ
ターン）などを組合わせることにより、任意の方位に必
要な光量を配分することができる。

【００４７】ここで、各光学パターン３８，３９が個々
に前記式を満たしているから、光源２３から出射され
た光が隣の光学パターン３８，３９を通って導光板１８
内に侵入することがなく、光の制御が容易になり、拡散
パターンなどの設計も容易になる。

【００４８】例えば、図３５は、光入射端面２０の中央
部に対向させて２個の光源２３を配置し、両光源２３に
対向させて光入射端面２０に異なる形状の光学パターン
３８，３９を形成した場合を示している。この場合に
は、一方の光学パターン３９は前方へ多くの光ｆを分配
し、他方の光学パターン３８は左右に多くの光ｆを分配
するようにし、導光板１８内では両光学パターン３２を
通過した光量の和が分配されるようにしている。

【００４９】また、図３６は、複数個の光源２３を比較
的大きな間隔をあけて光入射端面２０全体にわたって配
置した場合を示している。この場合には、中央部の光源
２３に対向した光学パターン４１は左右均等に光を分配
するパターンとし、端に近い光源２３に対向した光学パ
ターン４０は導光板１８側面の近い側へは少ない光量を
分配すると共に遠い側へは多くの光量を分配するパター
ンとしている。

【００５０】（第４の実施形態）図３７は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置の一部を示す断面図で
ある。この実施形態にあっては、発光部１７内に複数の
光源２３を設け、各光源２３間に光を反射もしくは吸収
する仕切り壁４２を設けている。また、仕切り壁４２と
対向する位置で各光学パターン３８，３９のパターン形
状を変化させている。

【００５１】ここで、光源２３から仕切り壁４２までの
距離Ｄは、光学パターン領域の長さＬの下限値の１／２
よりも大きくとればよく、次の式を満たすようにすれ
ばよい。 Ｄ ≧ Ｌ／２ ≧ （Ｗ＋δ＋２ｈ）／２ …

【００５２】光源２３間に仕切り壁４２を設けると、光
源２３から出た光ｆは仕切り壁４２で反射もしくは吸収
されて隣の光学パターン３２へ侵入することがなくなる
ので、導光板１８内における光の乱れを少なくし、輝度
ムラを低減できる。このような仕切り壁４２は、特に、
複数の光源２３を局在化させたい場合に有利になる。

【００５３】（第５の実施形態）図３８は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置の一部を示す断面図で
ある。この実施形態にあっては、発光部１７内に複数の
光源２３を設け、一部の光源２３には光学パターン３２
を対向させないようにし、残りの光源２３に対向させて
光入射端面２０に光学パターン３２を形成している。光
学パターン３２のない光源２３の光ｆは、導光板１８の
全反射の臨界角で決まる方向よりも隅側には届かず、前
方に集まるから、図３９に示すように、導光板１８の短
辺に発光部１７を配置し、長辺方向へ向けて遠くまで光
を届かせる必要がある場合には、この実施形態のように
光学パターン３２のない光源２３を併用するのが有効で
ある。また、光学パターン３２のない光源２３では、光
源２３の位置ずれやモールド樹脂２７の厚みのばらつき
によって輝度ムラが生じることもない。

【００５４】（第６の実施形態）図４０（ａ）（ｂ）は
本発明のさらに別な実施形態による面光源装置の一部を
示す平面図及び断面図である。光源２３と導光板１８と
の間の隙間から光ｆが漏れないようにするには、この実
施形態のように発光部１７の外装部材２９から延出した
セード３０を導光板１８の光入射端面２０側の縁に重ね
合わせるのが望ましい。その場合には、図４０（ｂ）に
示すように、導光板１８の光入射端面２０側の縁の上面
及び下面を部分的に切り欠いて段部４３を形成し、この
段部４３に発光部１７のセード３０が納まるようにする
のがよい。このような構造でセード３０を導光板１８に
重ねれば、発光部１７と導光板１８との間に段差が生じ
ないばかりか、図４０（ｂ）に示すようにセード３０と
導光板１８の間の光ｆの通る通路が屈曲し、光ｆが漏れ
にくくなる。

【００５５】また、図４１に示すように、セード３０と
導光板１８の重ね合わせ方としては、セード３０の内面
にも段部４４を形成し、導光板１８の段部４３とセード
３０の段部４４を組み合わせるようにすれば、光ｆの漏
れをなくして光源２３の光ｆを全て導光板１８内へ導入
することができ、光源光の利用効率が非常に高くなる。

【００５６】また、図４２に示すように、上面側のセー
ド３０は、下面に設けた段部４４を導光板１８の上面側
に設けた段部４３に組み合わせ、下面側のセード３０
は、先端を導光板１８の光入射端面２０に突き合わせる
だけにしてもよい。光ｆが上面側へ漏れると、導光板１
８の輝度ムラとなるが、導光板１８の下面には反射板１
９が設けられているので、光ｆが下面側へ漏れても、そ
の光ｆが導光板１８内へ入って輝度ムラの原因となるこ
とはないから、下面側では簡易な構造としてもよい。

【００５７】（第７の実施形態）図４３は本発明のさら
に別な実施形態による面光源装置の一部を示す断面図で
ある。この実施形態にあっては、光学パターン３２の周
期Λを適当に光源２３の幅Ｗよりも小さくしている。

【００５８】従来の面光源装置では、光源の幅よりも充
分大きな幅を有する矩形の凹部を１個形成していたの
で、輝度ムラのレベルは図４４に示すＬＶのレベルにあ
る。従って、パターン周期Λを必ずしも光源２３の幅Ｗ
に対してＷ／ｎ（ｎ＝１，２，…）としなくても、パタ
ーン周期ΛをΛ≦Ｗとするだけでも、複数個の光学パタ
ーン３２を前記式で表される光学パターン領域の長さ
Ｌにわたって設ければ、従来に比べて輝度ムラを低減す
ることができる。しかも、多少の輝度ムラは実用上問題
とならない。さらには、図４４からも分かるように、光
学パターン３２の周期Λが光源２３の幅の数１０％から
約５０％程度大きい場合でも、複数個の光学パターン３
２を前記式で表される長さＬにわたって設ければ、従
来に比べて輝度ムラをかなり低減することができる。

【００５９】（液晶表示装置）図４５は本発明にかかる
面光源装置８０を用いた液晶表示装置８１を示す分解斜
視図である。面光源２３装置８０にあっては、導光板２
２の光入射面２６に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３
色の点光源３０が設けられている。面光源装置８０の前
面には、拡散反射シート８２が配置され、その前面に液
晶表示パネル８３が配設されている。液晶表示パネル８
３は、透明電極やＴＦＴ、カラーフィルタ、ブラックマ
トリクス等を形成された２枚の液晶基板（ガラス基板、
フィルム基板）８４，８５間に液晶材料を封止し、液晶
基板８４，８５の両外面に偏光板８６を配設したもので
ある。これら面光源装置８０及び液晶表示パネル８３は
順次積層され、筐体８７によって一体化され、液晶表示
パネル８３はフラットケーブル８８によって液晶駆動回
路に接続される。

【００６０】このような液晶表示装置８１によれば、表
示画面の輝度分布を均一化するとともに高輝度化するこ
とができ、液晶表示装置８１の画像品質を良好にでき
る。

【００６１】本発明にかかる液晶表示装置は、携帯電話
機や弱電力無線機のような無線情報伝達装置、携帯用パ
ソコン、電子手帳や電卓のような小型情報端末機などに
用いるのに好ましい。図４６は本発明にかかる例えば図
４５に示したような液晶表示装置８１をディスプレイ用
に備えた携帯電話機８９を示す斜視図、図４７はその機
能ブロック図である。携帯電話機８９の正面にはダイア
ル入力用のテンキー等のボタンスイッチ９０を備え、そ
の上方に液晶表示装置８１が配設され、上面にアンテナ
９１が設けられている。しかして、ボタンスイッチ９０
からダイアル等を入力すると、入力されたダイアル情報
等が送信回路９２を通じてアンテナ９１から電話会社の
基地局へ送信される。一方、入力されたダイアル情報等
は液晶駆動回路９３へ送られ、液晶表示装置８１が液晶
駆動回路９３により駆動されてダイアル情報等が液晶表
示装置８１に表示される。

【００６２】また、図４８は本発明にかかる例えば図４
５に示したような液晶表示装置８１をディスプレイ用に
備えた電子手帳（小型情報端末機）９４を示す斜視図、
図４９はその機能ブロック図である。電子手帳９４は、
カバー９５を開くと、キー入力部９６と液晶表示装置８
１を備えており、内部には液晶駆動回路９３や演算処理
回路９７等が設けられている。しかして、例えばキー入
力部９６からテンキーやカナキー等を入力すると、入力
情報が液晶駆動回路９３に送られて液晶表示装置８１に
表示される。ついで、演算キー等の制御キーを押すと、
演算処理回路９７で所定の処理や演算が実行され、その
結果が液晶駆動回路９３に送られて液晶表示装置８１に
表示される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の面光源装置を示す一部分解した斜視図で
ある。

【図２】同上の面光源装置を構成する導光板の拡散パタ
ーンを示す図である。

【図３】同上の面光源装置の一部破断した拡大断面図で
ある。

【図４】拡散パターンの作用説明図である。

【図５】拡散パターンの一部を示す斜視図である。

【図６】従来例における凹部の作用を説明するための比
較図である。

【図７】従来例における凹部の作用を説明するための図
である。

【図８】従来例における凹部の作用を説明するための図
である。

【図９】光源が位置ずれした場合に導光板に入射する光
の変化の様子を示す図である。

【図１０】モールド樹脂の厚みがばらついた場合に導光
板に入射する光の変化の様子を示す図である。

【図１１】本発明の一実施形態よる面光源装置を示す一
部分解した斜視図である。

【図１２】同上の導光板下面に設けられている拡散パタ
ーンを示す図である。

【図１３】１個の拡散パターンを示す図である。

【図１４】光源から導光板内に侵入した光の進路を示す
図である。

【図１５】同上の発光部の構造を示す拡大断面図であ
る。

【図１６】同上の面光源装置に設けられている光学パタ
ーンとの比較説明図である。

【図１７】同上の面光源装置に設けられている光学パタ
ーンとの比較説明図である。

【図１８】光学パターンの一例を示す図である。

【図１９】異なる光学パターンを示す図である。

【図２０】同上の光学パターンの作用説明図である。

【図２１】同上の光学パターンの作用説明図である。

【図２２】パターン周期と光源の幅との比Λ／Ｗと輝度
ムラとの関係を示す図である。

【図２３】異なる構造の光学パターンを示す概略図であ
る。

【図２４】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の光学パターンの
作用を説明するための比較図である。

【図２５】縦筋のついた光学パターンを有する導光板の
一部破断した斜視図である。

【図２６】同上の光学パターンの作用説明図である。

【図２７】同上の光学パターンを備えた面光源装置の概
略図である。

【図２８】導光板の幅方向に沿った輝度の変化を示す図
である。

【図２９】本発明の別な実施形態による面光源装置を示
す分解斜視図である。

【図３０】同上の面光源装置における光の進路を示す図
である。

【図３１】発光部に複数の光源を設けた面光源装置を示
す一部破断した拡大断面図である。

【図３２】同上の光源間に最低限必要な間隔を説明する
ための図である。

【図３３】光学パターンの高低差が小さい場合のセード
の形状を示す図である。

【図３４】光源毎に異なる形状の光学パターンを対向さ
せた実施形態を示す概略断面図である。

【図３５】同上の作用説明図である。

【図３６】光源毎に異なる形状の光学パターンを対向さ
せた別な実施形態を示す概略図である。

【図３７】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置を示す一部破断した概略断面図である。

【図３８】一部の光源に対向する領域に光学パターンを
設けない実施形態を示す一部破断した概略断面図であ
る。

【図３９】同上の作用説明図である。

【図４０】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態
による面光源装置を示す一部破断した平面図及び一部破
断した拡大断面図である。

【図４１】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置の一部破断した拡大断面図である。

【図４２】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置の一部破断した拡大断面図である。

【図４３】本発明のさらに別な実施形態による面光源装
置を示す一部破断した拡大断面図である。

【図４４】パターン周期と光源の幅との比Λ／Ｗと輝度
ムラとの関係及び従来の輝度ムラのレベルを示す図であ
る。

【図４５】本発明にかかる面光源装置を用いた液晶表示
装置を示す分解斜視図である。

【図４６】液晶表示装置をディスプレイ用に備えた携帯
電話機を示す斜視図である。

【図４７】同上の携帯電話機の機能ブロック図である。

【図４８】液晶表示装置をディスプレイ用に備えた電子
手帳（小型情報端末機）を示す斜視図である。

【図４９】同上の電子手帳（小型情報端末機）の機能ブ
ロック図である。

【符号の説明】

１８ 導光板 ２０ 入射端面 ２１ 光出射面 ２３ 光源 ３２，３８〜４１ 光学パターン ４２ 仕切り壁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前方へ光を出射する光源と、当該光源か
   ら出射された光を光入射端面より導入して光出射面から
   均一に出射させる導光板とを備えた面光源装置におい
   て、 前記光出射面と垂直な方向に一様な複数の光学パターン
   を、前記光入射端面の前記光源と対向する領域に周期的
   に配列し、 当該光学パターンの周期Λが、光源の幅Ｗに対して、 Λ ≦ １.５×Ｗ を満たすようにしたことを特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 前方へ光を出射する光源と、当該光源か
   ら出射された光を光入射端面より導入して光出射面から
   均一に出射させる導光板とを備えた面光源装置におい
   て、 前記光出射面と垂直な方向に一様な複数の光学パターン
   を、前記光入射端面の前記光源と対向する領域に周期的
   に配列し、 当該光学パターンの周期Λが、光源の幅Ｗに対して、 Λ ≒ Ｗ／ｎ （ｎ＝１，２，…） を満たすようにしたことを特徴とする面光源装置。
3. 【請求項３】 前記光源を前記導光板の光入射端面に対
   向させて複数個設置し、これらの光源を光入射端面の幅
   に比較して小さな領域に局在させた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. 【請求項４】 前記光源を前記導光板の光入射端面に対
   向させて複数個設置し、個々の光源に対応する光学パタ
   ーン領域の形状を互いに異ならせ、個々の光源に対応す
   る各光学パターン領域の長さＬを、 Ｌ ≧ Ｗ＋δ＋２ｈ ただし、Ｗ：光源の幅 δ：光源の位置ずれ量 ｈ：光源から導光板までの距離 とした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. 【請求項５】 前記光源を前記導光板の光入射端面に対
   向させて複数個設置し、各光源間に光を遮蔽するための
   手段を設けた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. 【請求項６】 前記導光板の短辺に形成された光入射端
   面に対向させて前記光源を複数個設置し、光入射端面の
   各光源と対向する領域のうち少なくとも１つの領域は、
   前記光学パターンの存在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。