知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5928212
(24)【登録日】2016年5月13日
(45)【発行日】2016年6月1日
(54)【発明の名称】光偏向素子並びに当該素子を用いた照光スイッチ及び面光源装置
(51)【国際特許分類】
G02B 17/08 20060101AFI20160519BHJP
F21V 5/04 20060101ALI20160519BHJP
F21V 5/00 20150101ALI20160519BHJP
F21S 2/00 20160101ALI20160519BHJP
G02B 13/18 20060101ALI20160519BHJP
G02F 1/13357 20060101ALI20160519BHJP
G02B 3/08 20060101ALI20160519BHJP
G02B 5/02 20060101ALI20160519BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20160519BHJP
【ＦＩ】
G02B17/08 Z
F21V5/04
F21V5/00 510
F21S2/00 250
G02B13/18
G02F1/13357
G02B3/08
G02B5/02 C
F21Y101:02
【請求項の数】17
【全頁数】28
(21)【出願番号】特願2012-158144(P2012-158144)
(22)【出願日】2012年7月13日
(65)【公開番号】特開2014-21218(P2014-21218A)
(43)【公開日】2014年2月3日
【審査請求日】2015年5月12日
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100094019
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 雅房
(72)【発明者】
【氏名】塚中 陽平
(72)【発明者】
【氏名】田上 靖宏
(72)【発明者】
【氏名】篠原 正幸
【審査官】
殿岡 雅仁
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１０−１５３３２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−０９７０８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０６３２８４５６（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】
特開２０１２−１２３９８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１７０１２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−１９３９０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−１１３８３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１１−５２２３６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００９−５２１７８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ３／００ − ３／１４
Ｇ０２Ｂ ５／００ − ５／１３６
Ｇ０２Ｂ ９／００ − １７／０８
Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − ２１／０４
Ｇ０２Ｂ ２５／００ − ２５／０４
Ｆ２１Ｖ １／００ − １５／０４
Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向する光入射側の面と光出射側の面を有し、
前記光入射側の面の光入射領域には、前記光入射領域に入射する光の光軸を中心とする円周方向に傾いた複数の斜面が形成され、
前記斜面は、少なくとも一部の前記斜面の間に間隙をあけて配置され、
前記光入射側の面と前記光出射側の面との間において、前記光入射領域の外周側には、光を外周方向へ向けて導光させるための導光領域を有し、
前記光出射側の面は、前記斜面を透過して入射した光を前記導光領域へ向けて反射させるとともに、前記斜面以外の領域を透過して入射した光を前記出射側の面から外部へ出射させることができる形状に形成されていることを特徴とする光偏向素子。
前記光入射側の面の光入射領域には、前記光入射領域に入射する光の光軸を中心とする円周方向に傾いた複数の斜面が形成され、
前記斜面は、少なくとも一部の前記斜面の間に間隙をあけて配置され、
前記光入射側の面と前記光出射側の面との間において、前記光入射領域の外周側には、光を外周方向へ向けて導光させるための導光領域を有し、
前記光出射側の面は、前記斜面を透過して入射した光を前記導光領域へ向けて反射させるとともに、前記斜面以外の領域を透過して入射した光を前記出射側の面から外部へ出射させることができる形状に形成されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項2】
複数の前記斜面によって偏向パターンが形成され、
複数の前記偏向パターンが前記光軸を中心として放射状に配列し、
前記偏向パターンは、前記偏向パターンの長さ方向に垂直な断面において、前記光軸に関して反対向きに傾斜した複数種類の前記斜面によって構成されており、
前記偏向パターン間又は前記偏向パターンの内部に前記間隙が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
複数の前記偏向パターンが前記光軸を中心として放射状に配列し、
前記偏向パターンは、前記偏向パターンの長さ方向に垂直な断面において、前記光軸に関して反対向きに傾斜した複数種類の前記斜面によって構成されており、
前記偏向パターン間又は前記偏向パターンの内部に前記間隙が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項3】
前記間隙は、前記光出射側の面の前記光入射領域と対向する領域への入射角が小さくなるように透過する光を屈折させる直接出射光生成面となっていることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項4】
前記間隙は、平坦面、湾曲面又は屈曲面となっていることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項5】
前記偏向パターン及び前記間隙は、全体として断面が正弦波状に形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の光偏向素子。
【請求項6】
前記導光領域は、前記光軸から離れるに従って次第に厚みが小さくなっていることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項7】
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち内側の領域は、前記光軸から離れるに従って光出射側へ向かうように傾斜し、
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち前記内側の領域よりも外側の領域は、前記光入射領域から遠くなる方向へ突出するように湾曲し、
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域は、前記光軸を中心とする回転対称な形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち前記内側の領域よりも外側の領域は、前記光入射領域から遠くなる方向へ突出するように湾曲し、
前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域は、前記光軸を中心とする回転対称な形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項8】
前記光入射領域は、前記斜面を均したときには、少なくとも中央部が平面であることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項9】
前記光入射領域は、前記斜面を均したときには、前記光軸を中心とする回転対称な曲面であることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項10】
前記光入射領域の前記光軸近傍には前記斜面が設けられていないことを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項11】
前記導光領域において、前記入射側の面に、光を拡散させるための光拡散部を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項12】
前記斜面の角度が、斜面ごとに異なっていることを特徴とする、請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項13】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
を備えた光学組立体。
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
を備えた光学組立体。
【請求項14】
押ボタンと、
前記押ボタンに対向させて前記押ボタンの後方に配置された、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
前記押ボタンを押さえたとき互いに電気的に導通する第１の接点及び第２の接点と、
を備えた照光スイッチ。
前記押ボタンに対向させて前記押ボタンの後方に配置された、請求項１から１２のいずれか１項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
前記押ボタンを押さえたとき互いに電気的に導通する第１の接点及び第２の接点と、
を備えた照光スイッチ。
【請求項15】
前記押ボタンを押している状態における光源発光時の発光エリアの輝度分布と、前記押ボタンを押していない状態における光源発光時の発光エリアの輝度分布とが、互いに異なる、請求項１４に記載の照光スイッチ。
【請求項16】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
前記光偏向素子の光出射側に配置された拡散シートと、
を備えた面光源装置。
前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、
前記光偏向素子の光出射側に配置された拡散シートと、
を備えた面光源装置。
【請求項17】
請求項１６に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の光出射側に配置した液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。
前記面光源装置の光出射側に配置した液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光偏向素子並びに当該素子を用いた照光スイッチ及び面光源装置に関する。具体的には、入射面側からほぼ垂直に入射した光を面方向へ広げ、発光面からほぼ均一に出射させるための光偏向素子に関する。また、押ボタンの押し込み動作により点灯又は消灯する照光スイッチや、バックライトとして用いられる面光源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
入射面側からほぼ垂直に入射した光を面方向へ広げ、発光面からほぼ均一に出射させるための光偏向素子を用いた装置としては、たとえば照光スイッチや面光源装置がある。照光スイッチは、通信機器や無線応用装置、電子計測器、オートメーション機器、事務機器、民生用電子機器、エレベータ内の操作パネルなど種々の機器において用いられている。また、面光源装置は、液晶表示装置のバックライトとして用いられる。
【0003】
照光スイッチとしては、たとえば正面から見た発光エリアの寸法が縦横各１０ｍｍで高さが１０ｍｍといったサイズのものがある。最近では、正面から見た発光エリアの寸法が縦横各１９ｍｍで高さが７.８５ｍｍというように、正面から見た面積が大きくて広い発光エリアを持ち、しかも高さが低くて薄型の照光スイッチが供給されている。
【0004】
このように照光スイッチが大面積になると、１個のＬＥＤで発光エリアを均一に光らせることは困難になる。そのため、大面積の照光スイッチでは、発光エリアにおける輝度の均一性を得るため６〜８個のＬＥＤを内蔵している。しかし、多数のＬＥＤを内蔵した照光スイッチでは、その部品コストのために照光スイッチの価格が高くなる。また、照光スイッチが薄くなると、照光スイッチの表面とＬＥＤの距離が短くなるので、各ＬＥＤの正面で輝度が高くなり、発光エリアに輝度ムラが生じ易くなる。
【0005】
同様に、面光源装置の場合でも、発光エリアの面積が大きくなると、１個のＬＥＤで全体を均一に光らせることが困難になる。
【0006】
そこで、１個又は少数のＬＥＤから出射した光を広げることで、広い発光エリアを均一に光らせることができ、また薄型化することのできる光学組立体が望まれる。特に、照光スイッチや面光源装置に適用可能なものが要求されている。このような光学組立体としては、特許文献１、２に開示されたものが知られている。
【0007】
（特許文献１について）特許文献１は、光学組立体の一例を開示している。この光学組立体は、光源、導光体及び光線拡散素子（光偏向素子）によって構成されている。導光体は、上下に貫通した貫通孔をその中心に有しており、当該貫通孔内の下部に光源が配置され、貫通孔の上部に光線拡散素子が納められている。光線拡散素子の上面全体には、その中心から外周縁に向けて複数のプリズムが放射状に設けられており、下面には同心円状の凹凸溝条が形成されている。また、導光体の上面には、同心円状の凹凸溝条が形成されており、下面全体には複数のプリズムが放射状に形成されている。
【0008】
そして、光源から上方へ出射した光は、光線拡散素子内に入り、光線拡散素子の上面のプリズムで全反射される。光線拡散素子のプリズムで反射された光線は、外周方向へ広がって導光体内に入る。導光体内に入った光は、導光体内で全反射を繰り返しながら外周方向へ広がり、その途中で徐々に導光体の上面から漏れて導光体の上面をほぼ均一に光らせる。
【0009】
しかし、このような構造の光学組立体では、光源から上方へ出射された光の大部分が光線拡散素子のプリズムで全反射されるので、光線拡散素子の上面から上方へ出射する光がほとんどなく、中央部の輝度が下がり過ぎるという不具合がある。また、光線拡散素子と導光体が別々に成形されている場合には、その境界で光の進み方が急激に変化するので、光線拡散素子と導光体の境界で輝度ムラが生じる。反対に、光線拡散素子と導光体を一体に成形する場合には、その形状が複雑になるので、成形が難しく、コストが高くつく。
【0010】
（特許文献２について）特許文献２は、別な光学組立体を開示している。特許文献２の光学組立体は、光源、反射層及び構造化表面要素（光偏向素子）によって構成されている。構造化表面要素の上面全体には、その中心から外周縁に向けて複数のプリズムが放射状に設けられている。光源は反射層の上面中央に配置され、その上方に構造化表面要素が配置される。
【0011】
この光学組立体では、光源から出た光は構造化表面要素のプリズムと反射層との間で反射を繰り返しながら中央部から外周部へ導光され、その導光途中でプリズムから漏れた光が上方へ出射される。そのため、反射層での損失が大きく、光学的組立体の輝度が低下しやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明の目的とするところは、発光エリアの大面積化に対応でき、しかも、発光面における輝度の均一性が高い光偏向素子を提供することにある。さらに、本発明は、当該光偏向素子を用いた照光スイッチや面光源装置などを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本発明に係る光偏向素子は、互いに対向する光入射側の面と光出射側の面を有し、前記光入射側の面の光入射領域には、前記光入射領域に入射する光の光軸を中心とする円周方向に傾いた複数の斜面が形成され、前記斜面は、少なくとも一部の前記斜面の間に間隙をあけて配置され、前記光入射側の面と前記光出射側の面との間において、前記光入射領域の外周側には、光を外周方向へ向けて導光させるための導光領域を有し、前記光出射側の面は、前記斜面を透過して入射した光を前記導光領域へ向けて反射させるとともに、前記斜面以外の領域を透過して入射した光を前記出射側の面から外部へ出射させるための形状に形成されていることを特徴とする。
【0015】
本発明に係る光偏向素子にあっては、光入射領域に形成された斜面を透過した光は円周方向へ曲げられるので、光入射領域と対向する領域に入射するときの入射角が大きくなり、光出射側の面で全反射されやすくなる。よって、斜面を透過した光は光出射側の面で全反射されて導光領域へ送られ、外周方向へ広げられて光出射側の面から外部へ出射される。よって、本発明に係る光偏向素子によれば、発光エリアを広くすることができ、発光エリアを広くしても周辺部が暗くなりにくくなる。
【0016】
一方、少なくとも一部の斜面間に間隙をあけているので、斜面の間の領域を透過した入射光は、光入射領域からそのまま光出射側の面を透過して外部へ出射される。そのため、中心部の光がほとんど外周方向へ送られて発光エリアの中心部が暗くなるのを防ぐことができ、光偏向素子の輝度ムラを小さくして均一に発光させることができる。
【0017】
さらに、本発明に係る光偏向素子にあっては、光入射側の面に斜面を形成しているので、光出射側から見て斜面のパターンが目立ちにくくなる。
【0018】
本発明に係る光偏向素子のある実施態様では、複数の前記斜面によって偏向パターンが形成され、複数の前記偏向パターンが前記光軸を中心として放射状に配列し、前記偏向パターンは、前記偏向パターンの長さ方向に垂直な断面において、前記光軸に関して反対向きに傾斜した複数種類の前記斜面によって構成されており、前記偏向パターン間又は前記偏向パターンの内部に前記間隙が形成されている。このような偏向パターンは、一方向に長い溝状の形態をしたものでもよく、たとえば４つの斜面からなるダイア形をしたドット状のものなどでもよい。偏向パターンは小さいほど光出射側の面から目立ちにくい。また、斜面の面数が多いと光が散乱されるので、偏向パターンが光出射側の面から見えにくくなる。
【0019】
本発明に係る光偏向素子の別な実施態様においては、前記間隙（直接出射光生成面）が、前記光出射側の面の前記光入射領域と対向する領域への入射角が小さくなるように透過する光を屈折させるものであり、平坦面でもよく、湾曲面でもよく、屈曲面でもよい。また、前記偏向パターン及び前記間隙は滑らかに形成されていて、全体として断面が正弦波状となっていてもよい。
【0020】
本発明に係る光偏向素子のさらに別な実施態様においては、前記導光領域は、前記光軸から離れるに従って次第に厚みが小さくなっている。よって、導光領域に入った光は、導光領域の両面で反射を繰り返しながら外周方向へ導光されつつ、少しずつ外部へ出射され、光偏向素子の発光エリアを均一に発光させる。導光領域から少しずつ光を出射させる方法としては、導光領域の裏面に拡散インクを塗布したり、光学パターンを形成する方法もあるが、この実施態様によれば、光偏向素子の製造工程が複雑にならない。
【0021】
本発明に係る光偏向素子のさらに別な実施態様においては、前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち内側の領域が、前記光軸から離れるに従って光出射側へ向かうように傾斜し、前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域のうち前記内側の領域よりも外側の領域が、前記光入射領域から遠くなる方向へ突出するように湾曲し、前記光出射側の面の前記光入射領域に対向する領域が、前記光軸を中心とする回転対称な形状を有している。かかる実施態様によれば、前記斜面を透過して当該領域に入射した光を全反射させて前記導光領域へ導き、前記斜面以外の領域を透過して入射した光を前記出射側の面から外部へ出射させるようにできる。
【0022】
前記光入射領域は、前記斜面を均したとき、少なくとも中央部が平面となったものでもよく、前記光軸を中心とする回転対称な曲面であってもよい。前者の方が光偏向素子の作製が容易であるが、後者の方が光入射領域を透過した光を広げることできるので、発光エリアの輝度ムラを小さくできる。
【0023】
また、本発明に係る光偏向素子のさらに別な実施態様では、前記光入射領域の前記光軸近傍には、前記斜面を設けていない。光軸の位置まで斜面を設けると多数の斜面が光軸の位置に集まるので、斜面（あるいは、成形金型の斜面部分）を製作するのが困難になる。本実施態様によれば、かかる困難を回避することができる。
【0024】
本発明に係る光偏向素子のさらに別な実施態様では、前記導光領域において、前記入射側の面に、光を拡散させるための光拡散部を設けている。光拡散部は、たとえば前記光軸を中心とした円環状の凹凸パターン、放射状パターン、ドットパターン、シボ形状や微細パターン、拡散インクの印刷などで形成することができる。かかる実施態様によれば、導光領域を導光する光が光拡散部で反射して拡散されるので、光偏向素子から出射される光の輝度分布の均一性が向上する。
【0025】
本発明に係る光偏向素子のさらに別な実施態様では、前記斜面の角度が、斜面ごとに異なっている。かかる実施態様によれば、リング状の輝度ムラが発生しにくくなる。
【0026】
本発明に係る光学組立体は、本発明に係る光偏向素子と、前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源とを備えている。本発明によれば、発光エリアの面積が広く、しかも、全体を均一に発光させることのできる光学組立体を作製することができる。
【0027】
本発明に係る照光スイッチは、押ボタンと、前記押ボタンに対向させて前記押ボタンの後方に配置された本発明に係る光偏向素子と、前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、前記押ボタンを押さえたとき互いに電気的に導通する第１の接点及び第２の接点とを備えている。本発明によれば、発光エリアの面積が広く、しかも、全体を均一に発光させることのできる照光スイッチを作製することができる。
【0028】
本発明に係る照光スイッチでは、押ボタンを押している状態と押していない状態で押ボタンと光源との距離が変化するので、押ボタンを押している状態における光源発光時の発光エリアの輝度分布と、押ボタンを押していない状態における光源発光時の発光エリアの輝度分布とが、互いに異なる。この場合には、押ボタンを押したときと押ボタンを押していないときとで明るさが変わるので、照光スイッチの視覚的な操作感が良好になる。
【0029】
本発明に係る面光源装置は、本発明に係る光偏向素子と、前記光偏向素子の前記光入射領域に対向させて配置された光源と、前記光偏向素子の光出射側に配置された拡散シートとを備えている。本発明によれば、発光エリアの面積が広く、しかも、全体を均一に発光させることのできる面光源装置を作製することができる。
【0030】
本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置の光出射側に配置した液晶パネルとを備えている。かかる液晶表示装置によれば、液晶表示装置の画面の視認性が良好になる。
【0031】
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。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図15】図１５Ａは、押ボタンを押している状態における照光スイッチの発光エリアにおける輝度分布を示す図である。図１４Ｂは、押ボタンを押していない状態における照光スイッチの発光エリアにおける輝度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
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。
【0034】
（実施形態１）〔照光スイッチの構造〕
以下、図１−６を参照して本発明の実施形態１による照光スイッチの構造を説明する。図１、図２及び図３は、本発明の実施形態１による照光スイッチ１１の斜視図、分解斜視図、図１のＸ−Ｘ線断面図である。図４は照光スイッチ１１に用いられるスイッチ基板１２の斜視図である。図５Ａ及び図５Ｂは、照光スイッチ１１に用いられる光偏向素子、すなわち光制御板３１の裏面側から見た斜視図と、その光入射領域の拡大正面図である。図６Ａ及び図６Ｂは、光制御板３１の一部破断した斜視図と断面図である。なお、図１及び図２は、照光スイッチ１１を立てた状態で表しているが、以下において上下方向とは、図１や図２などによらず、図３の断面図における上下方向を指すものとする（例えば、光源２５や第１の接点２２ａ、第２の接点２２ｂなどから、導光領域３７や押ボタン１４に向かう方向を上方向という）。
【0035】
図１を参照すると、照光スイッチ１１の外観は、スイッチ基板１２と、スイッチ基板１２の両側面に露出した外部端子１３ａ、１３ｂ、２１ａ、２１ｂと、スイッチ基板１２の上面に配置された押ボタン１４と、押ボタン１４の周囲を囲む額縁状のフレーム１５によって構成されている。照光スイッチ１１は正面から見た形状が丸形のものであってもよいが、以下においては、図１に示すような角形のものについて説明する。
【0036】
照光スイッチ１１においては、押ボタン１４を押し込むと、内部の接点どうしが導通して照光スイッチ１１がオンとなる。押ボタン１４を離すと、押ボタン１４が元の位置に復帰し、内部の接点どうしが絶縁状態となって照光スイッチ１１がオフとなる。
【0037】
照光スイッチ１１は、図２に示すような部品によって構成されている。スイッチ基板１２は、白色樹脂（たとえば、白色のポリカーボネイト樹脂）によって成形されている。スイッチ基板１２は、その上面に箱状の収納部１６を有している。スイッチ基板１２の対向する両側面には、フレーム１５を取り付けるための複数個の爪１７が突設されている。また、収納部１６の底面には円形の凹部２４が形成されている。
【0038】
スイッチ基板１２は、４つの端子バネ１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂを埋め込んでインサート成形されている。光源用の端子バネ１８ａ、１８ｂは、それぞれ一端に光源実装用の電極パッド２０ａ、２０ｂが設けられ、他端に外部端子２１ａ、２１ｂを有している。端子バネ１８ａ、１８ｂをスイッチ基板１２にインサート成形した状態では、図４に示すように、２つの電極パッド２０ａ、２０ｂが凹部２４の中央に並んで露出しており、外部端子２１ａ、２１ｂがスイッチ基板１２の側面から突出している。
【0039】
端子バネ１９ａ、１９ｂは、それぞれ両端に外部端子１３ａ、１３ｂを有している。端子バネ１９ａは、中央部に矩形状をした第１の接点２２ａを備えている。端子バネ１９ｂは、中央部に矩形状をした第２の接点２２ｂを備えている。端子バネ１９ａ、１９ｂをスイッチ基板１２にインサート成形した状態では、図４に示すように、第１の接点２２ａは電極パッド２０ａ、２０ｂの近傍において露出している。第２の接点２２ｂは、第１の接点２２ａの反対側において凹部２４内の縁に露出している。また、各端子バネ１９ａ、１９ｂの外部端子１３ａ、１３ｂは、スイッチ基板１２の側面から突出している。
【0040】
光源２５はＬＥＤであって、図３に示すように、下面の電極を電極パッド２０ａ、２０ｂに接合することにより、スイッチ基板１２の中央に実装されている。光源２５は、白色ＬＥＤを用いられることが多いが、赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤなどの有色ＬＥＤであってもよい。
【0041】
反転バネ２６は、図２に示すように、皿バネの外周部を複数箇所で切り欠いた形状となっている。反転バネ２６は、凹部２４の内側に嵌め込まれている（図３参照）。反転バネ２６の外周縁は第２の接点２２ｂの上に重なっていて第２の接点２２ｂと接触している。反転バネ２６の内周部は、第１の接点２２ａの上方に位置していて第１の接点２２ａから離間している。
【0042】
光源２５は光制御板３１の光入射領域３２に対応する位置に配置され、光制御板３１と光源２５によって光学組立体が構成されている。また、反転バネ２６の中央部にあいた孔２７からは、光源２５の上面が飛び出ている。
【0043】
光制御板３１は、反転バネ２６の上に載置される（図３を参照）。光制御板３１は、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）やポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）のように大きな屈折率を有する透明樹脂によって成形されている。また、樹脂以外でも、透明なガラスなどによって光制御板３１を作製してもよい。光制御板３１の上面の外周には厚肉のリブ３９が設けられており、リブ３９の各辺中央部には支持部４０が突設され、各支持部４０の内側角部には被嵌合部４０ａが凹設されている。光制御板３１のその他の詳細な形状は、後述する。
【0044】
光制御板３１の上には拡散シート４１を配置している。拡散シート４１は、ヘイズ値の高いものであって、たとえばヘイズ値が９０％以上のものが好ましい。拡散シート４１の４辺中央部には、嵌合部４２が突出している。拡散シート４１は、嵌合部４２を光制御板３１の被嵌合部４０ａにはめ込むようにして、光制御板３１の上で支持される。
【0045】
押ボタン１４は、半透明の樹脂によって成形されており、光を散乱させる機能を備えている。たとえば、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、乳白色のＰＣ（ポリカーボネイト樹脂）、乳白色のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）によって成形されている。また、押ボタン１４は赤や緑などに着色されていてもよく、文字やマークを印刷又は刻印されていてもよい。
【0046】
フレーム１５は不透明樹脂によって額縁状に成形されている。フレーム１５の窓４６には、押ボタン１４が摺動自在に嵌め込まれるとともに、押ボタン１４の４箇所のコーナー部に設けたフランジ４５が窓４６の縁の下面に当接することで押ボタン１４が窓４６から上方へ抜けるのを防いでいる。なお、光制御板３１の支持部４０にも、窓４６の縁の下面に当接させるためのステップ部４０ｂが設けられている。フレーム１５の両側面には下方へ向けて係合フック４７が飛び出ており、係合フック４７をスイッチ基板１２の爪１７に引っ掛けることによりフレーム１５をスイッチ基板１２に着脱可能に取り付けることができる。
【0047】
照光スイッチ１１は、上記のような部品によって図３に示すように組み立てられる。すなわち、スイッチ基板１２は、端子バネ１８ａ、１８ｂ、１９ａ及び１９ｂをインサート成形されている。光源２５は、スイッチ基板１２の上面において電極パッド２０ａ、２０ｂの上に実装され、電極パッド２０ａ、２０ｂ間に電気的に接続されている。スイッチ基板１２の上面に反転バネ２６を置くときには、反転バネ２６を凹部２４の内側に嵌め込んで位置決めし、光源２５の上面（光出射面）を反転バネ２６の孔２７から上方へ突出させるとともに、反転バネ２６の外周部下端を第２の接点２２ｂに接触させる。上面に拡散シート４１を取りつけられた光制御板３１は、光源２５及び反転バネ２６の上に配置される。押ボタン１４を下面側からフレーム１５の窓４６に通し、その状態で押ボタン１４を光制御板３１及び拡散シート４１の上に重ねる。さらに、フレーム１５をスイッチ基板１２の上に重ね、フレーム１５の係合フック４７をスイッチ基板１２の爪１７に係合させることによって照光スイッチ１１を組み立てる。こうして組み立てた状態では、光制御板３１の中心軸Ｃは、光源２５の光軸（光源２５から出射する主光線と一致する軸線）とほぼ一致している。
【0048】
〔接点の開閉動作〕この照光スイッチ１１は、つぎのようにして第１の接点２２ａと第２の接点２２ｂの間を開閉される。図３に示すように、押ボタン１４が押されていない場合には、反転バネ２６が第１の接点２２ａから離間していて第１の接点２２ａに接触していないので、第１の接点２２ａと第２の接点２２ｂの間は開かれている。
【0049】
押ボタン１４を指で下方へ押すと、押ボタン１４とともに光制御板３１が押し下げられる。そのため、操作部３３によって反転バネ２６が押し潰されて第１の接点２２ａに接触し、反転バネ２６を介して第１の接点２２ａと第２の接点２２ｂの間が閉じられる。反転バネ２６は押し潰される際に座屈変形するので、押ボタン１４を押す際のクリック感を得ることができる。
【0050】
また、押ボタン１４を離すと、反転バネ２６の弾性復元力によって押ボタン１４と光制御板３１が元の位置に戻り、反転バネ２６が第１の接点２２ａから離れて第１の接点２２ａと第２の接点２２ｂの間が開かれる。押ボタン１４を離す際にも、反転バネ２６によってクリック感を得ることができる。
【0051】
〔光制御板の構造〕つぎに、光制御板３１の形状を詳細に説明する。図５Ａは、光制御板３１の裏面側から見た斜視図であって、図５Ｂは、光制御板３１の光入射領域３２を示す拡大図である。図６Ａは、光制御板３１の一部破断した斜視図である。図６Ｂは、光制御板３１の断面図である。
【0052】
光制御板３１の下面５１は、中心に向かって下方へ下がる緩やかな傾斜面となっている。光制御板３１の下面の全体的な形状は、光制御板３１の中心軸Ｃ（光源２５の光軸と一致する。）を軸とする回転対称な円錐台形状となっている。光制御板３１の下面中央部（光源２５に対向する部分）には、上方へ窪んだ光入射領域３２が設けられている。光制御板３１の下面において光入射領域３２の周囲には、反転バネ２６を押さえるための操作部３３が環状に突設している。光入射領域３２は、図６Ｂに示した形状の凹部を光制御板３１の中心軸Ｃの回りに回転させた形状となっている。光入射領域３２の外周部分（輪帯状の部分）は、断面が略円弧状に湾曲した面となっている。以下、この外周部分を湾曲作用面３５という。湾曲作用面３５よりも内側の領域（以下、内側領域３４という。）は、光制御板３１の中心軸Ｃに垂直な平面となっている。
【0053】
光入射領域３２のうち内側領域３４と湾曲作用面３５の内側領域３４と隣接する領域は、Ｖ溝状をした多数の偏向パターン５２が放射状に配列されたパターン領域となっている。パターン領域は、中心軸Ｃを通る断面において光源２５を中心とする角度γが約５６°の範囲内に形成されている（図３参照）。
【0054】
図８Ａ〜８Ｄは、一つの偏向パターン５２の形状を表している。図８Ａは、偏向パターン５２の斜視図である。図８Ｂは、偏向パターン５２の下から見た形状を表す。図８Ｃ及び図８Ｄは、偏向パターン５２の長手方向に沿った断面と、幅方向に沿った拡大断面を表す。偏向パターン５２は、図８Ｄに示すように、２つの斜面５３ａ、５３ｂ（斜面は平面であってもよく、曲面であってもよい。）からなるＶ溝によって形成されており、図８Ｃのように長さ方向に沿ってＶ溝の深さが徐々に変化している。偏向パターン５２は、下面から見ると図８Ｂのようなリーフ状となっている。偏向パターン５２は、ほぼ内側領域３４に形成された部分では、中心軸Ｃ側の端から遠くなるに従ってＶ溝の幅及び深さが緩やかに増加しており、ほぼ湾曲作用面３５に形成された部分では、中心軸Ｃ側の端から遠くなるに従ってＶ溝の幅及び深さが比較的急速に減少している。この斜面５３ａ、５３ｂの傾斜角αは約６０°となっている。
【0055】
放射状に配列された偏向パターン５２の拡大図を図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７Ａは、図５ＢのＹ部を拡大した図である。また、図７Ｂは、図７ＡのＺ部を拡大した図である。偏向パターン５２は、それぞれ中心側の端が光制御板３１の中心軸Ｃ上にあり、中心軸Ｃ上の点を中心として放射状に配列されている。各偏向パターン５２の中心軸Ｃに近い領域では、両側辺も中心軸Ｃ上の点を中心とする半径方向に一致している。偏向パターン５２は隙間なく配列されているのでなく、図７Ｂに示すように、偏向パターン５２間の隙間には平坦な直接出射光生成面５４が形成されている。この直接出射光生成面５４も、中心軸Ｃ上の点を中心として放射状に配列している。なお、図７Ｂでは、直接出射光生成面５４を分かりやすくするため、一方の傾きの斜面５３ａと他方の傾きの斜面５３ｂにハッチングを施している。
【0056】
光制御板３１の上面中央部には、光分割作用面２８が設けられている。光分割作用面２８は中央がわずかに湾曲した凹部３６となっていて、凹部３６の周囲が逆円錐状に傾斜した傾斜面となり、その外側の領域が上方へ膨らむように湾曲したリング状の領域となっている。機能的に言えば、光分割作用面２８は、偏向パターン５２を透過して入射した光の大半を導光領域３７へ向けて全反射させるとともに、直接出射光生成面５４を透過して入射した光の大半を光分割作用面２８から外部へ出射させるような形状となっている。光分割作用面２８は、図６Ｂに示した形状を光制御板３１の中心軸Ｃの回りに回転させた形状となっている。さらに、光制御板３１の上面において、光分割作用面２８よりも外側の領域は、光制御板３１の外周側へ向かうに従って下方へ向かうように直線的に傾斜していて、円錐状に傾斜した傾斜面２９となっている。その結果、光入射領域３２及び光分割作用面２８よりも外周側の領域は、外周側へ向かうほど厚みの薄くなった導光領域３７となっている。光制御板３１の傾斜面２９と導光領域３７も、図６Ｂに示した形状を光制御板３１の中心軸Ｃの回りに回転させた形状となっている。
【0057】
光制御板３１が矩形状である場合、導光領域３７を光制御板３１の四隅まで延長すると、光制御板３１の隅部で導光領域３７の肉厚が小さくなって強度が低下する。あるいは、強度低下を防ぐためには、光制御板３１の厚みを大きくする必要がある。そのため矩形状の光制御板３１の場合には、導光領域３７は各辺の中央部あたりまでとし、隅部は一定の厚みに成形している。よって、光制御板３１の厚みが薄くても、隅部における強度が低下するのを防ぐことができる。
【0058】
さらに、光制御板３１の外周部には肉厚のリブ３９を設けることにより、光制御板３１の強度を高めている。
【0059】
〔照光スイッチの点灯と消灯〕この照光スイッチ１１では、光源２５及び端子バネ１８ａ、１８ｂは、第１及び第２の接点２２ａ、２２ｂや反転バネ２６等からなるスイッチ部分と独立した回路となっており、光源２５は、外部端子２１ａ、２１ｂから電流を流すことによって発光する。この照光スイッチ１１の光源２５をスイッチ部分と関係付けるためには、照光スイッチ１１の外部端子１３ａ、１３ｂ、２１ａ、２１ｂを制御回路に接続する。
【0060】
一般的な使用方法（制御方法）では、押ボタン１４を押すと、両接点２２ａ、２２ｂ間が閉じたことを制御回路が検知し、制御回路によって光源２５が発光し、照光スイッチ１１が点灯する。そして、押ボタン１４が復帰した後も照光スイッチ１１の点灯状態が継続する。点灯状態で押ボタン１４を押すと、両接点２２ａ、２２ｂ間が閉じたことを制御回路が検知し、制御回路によって光源２５が発光停止され、照光スイッチ１１が消灯する。そして、押ボタン１４が復帰した後も照光スイッチ１１の消灯状態が継続する。
【0061】
〔発光時の光の挙動〕つぎに、光源２５が発光しているときの光の挙動を説明する。いま、押ボタン１４が押されていないが、光源２５が発光していて照光スイッチ１１が点灯している場合を考える。
【0062】
まず、光源２５から出射してパターン領域に入射し、偏向パターン５２の斜面を透過する光Ｌ１を考える。この光Ｌ１は、図１０Ａ、図１０Ｂに実線で示すように、偏向パターン５２の斜面５３ａ又は５３ｂを透過する際に、円周方向（偏向パターン５２の幅方向）へ向けて屈折する。そのため、この光Ｌ１が光分割作用面２８に入射するときの入射角が大きくなり、図１０Ｂ及び図１１Ａに示すように、光Ｌ１は光分割作用面２８で全反射される。光分割作用面２８で全反射された光Ｌ１は、導光領域３７へ達する。導光領域３７へ入った光Ｌ１は、導光領域３７の上面と下面で全反射するたびに光の入射角は小さくなるので、入射角が全反射の臨界角よりも小さくなったときに導光領域３７の上面又は下面から外部へ出射する。導光領域３７の上面から出射した光は、図９に示すように、拡散シート４１や押ボタン１４で散乱され、押ボタン１４の外周部を発光させる。
【0063】
導光領域３７の下面から漏れた一部の光Ｌ３は、反転バネ２６やスイッチ基板１２の表面で反射され、再び導光領域３７内に戻って再利用される。なお、スイッチ基板１２は白色樹脂以外の樹脂、たとえば黒色樹脂などで成形されていてもよく、その場合には、導光領域３７の下面から漏れた光を散乱反射させるため、収納部１６の上面に白色反射シートを敷いたり、収納部１６の上面に白色塗料を塗布したりしてもよい。
【0064】
一方、光源２５から出て偏向パターン５２間の直接出射光生成面５４を透過した光Ｌ２は、図１０Ａ、図１０Ｂに破線で示すように、直接出射光生成面５４を透過することによって出射角が入射角よりも小さくなる。そのため光Ｌ２が光分割作用面２８へ入射するときの入射角が小さくなり、光Ｌ２が図１０Ｂ及び図１１Ａのように光分割作用面２８を透過し易くなる。したがって、この光Ｌ２は、図９に示すように、光制御板３１の中心部から出射し、拡散シート４１や押ボタン１４で拡散され、押ボタン１４の中央部を発光させる。
【0065】
また、図９に示す光Ｌ４のように、パターン領域の外側へ入射した光は、湾曲作用面３５を透過して導光領域３７へ入射する。導光領域３７へ入った光Ｌ４は、導光領域３７の上面と下面で全反射を繰り返しながら外周方向へ進む。導光領域３７の上面から出射した光は、拡散シート４１及び押ボタン１４で拡散され、押ボタン１４の外周部を発光させる。
【0066】
本発明の実施形態１の照光スイッチ１１では、光源２５から出射された光を偏向パターン５２で円周方向へ曲げ、湾曲作用面３５で外周方向へ向けて全反射させて導光領域３７で導光しやすい光に変換し、導光領域３７内で光を外周方向へ運ぶようにしている。その結果、１個の光源２５から出た光を広い領域に広げることができる。したがって、少ない個数の光源２５により広い発光エリア（たとえば、縦横２０ｍｍ又はそれ以上の広さのエリア）を発光させることができる。また、照光スイッチ１１の高さ（厚さ）が薄くなっても（たとえば、７.４ｍｍ又はそれ以下の厚さになっても）、広い発光エリアを発光させることができる。
【0067】
しかし、従来技術のように、パターン領域において偏向パターン５２間に直接出射光生成面５４が存在しない場合には、中心部へ出射された光のほとんどが外周部分へ送られ、光制御板３１の中心部の輝度が低下して暗くなる。これに対し、実施形態１の照光スイッチ１１では、偏向パターン５２間に直接出射光生成面５４を設けているので、直接出射光生成面５４を透過した光Ｌ２は、その直後に光制御板３１の上面から出射され、光制御板３１の中心部が暗くなるのを防ぐことができる。しかも、偏向パターン５２と直接出射光生成面５４の面積比を調整することによって、光制御板３１の中心部と外周部分の輝度を調整することができ、輝度ムラを低減することができる。
【0068】
よって、本発明の実施形態１によれば、大面積の発光エリアを有する薄型の照光スイッチを安価に製造することが可能になり、しかも発光エリア全体を均一な輝度分布で発光させることが可能になる。また、照光スイッチ１１の上面に設けた拡散シート４１や押ボタン１４で光を拡散させるようにしているので、光制御板３１からどの方向へ光が出射されても正面から見たときに光って見えるようにすることができる。
【0069】
また、この照光スイッチ１１では、光制御板３１の下面に偏向パターン５２からなるパターン領域を形成している。そのため、光源２５から出射される光のうち、中心軸Ｃからある角度内へ出射される光をパターン領域に入射させようとするとき、パターン領域が光制御板３１の上面に形成されている場合よりもパターン領域の面積を小さくできる。さらに、パターン領域と押ボタン１４の表面との距離も、パターン領域が光制御板３１の上面に形成されている場合よりも大きくなる。その結果、押ボタン１４を透かしてパターン領域が見えにくくなり、照光スイッチ１１の見栄えが良好になる。
【0070】
図１２は、光制御板を有しない比較例の輝度分布と、光制御板を備えた実施形態１の輝度分布を表したグラフである（コンピュータシミュレーションによる）。図１２において太実線（「光制御板なし」）は、光制御板を有しない比較例の照光スイッチ（すなわち、光源、拡散シート及び押ボタンによって構成された照光スイッチ）の発光エリアにおける輝度分布を表したグラフである。図１２において、細実線（「実施例１」）は、本発明の実施形態１の照光スイッチの発光エリアにおける輝度分布を表したグラフであり、さらに１点鎖線（「直接光」）と破線（「導光光」）はそれぞれ実施形態１の輝度分布を直接出射光の輝度分布と導光光の輝度分布に分けて表したものである。各輝度分布は、発光エリアが縦横各２０ｍｍのものにおいて、発光エリアの対角線上における輝度分布を表している。図１２の横軸は、光源２５の中心（中心軸Ｃ）から対角方向へ測った距離を表し、縦軸は輝度（任意単位）を表している。
【0071】
また、図１３Ａは、比較例の発光エリアにおける輝度分布を白黒の濃淡で表した図である。図１３Ｂは実施形態１の発光エリアにおける輝度分布を白黒の濃淡で表した図である。いずれも、明度の高い領域（白っぽい領域）ほど発光エリアの輝度が高く、明度の低い領域（黒っぽい領域）ほど発光エリアの輝度が低いことを表している。
【0072】
光制御板を用いない場合には、光源の出射光は拡散シートや押ボタンによって拡散されるだけであるので、図１２の「光制御板なし」のグラフと、図１３Ａの輝度分布図のように、発光エリアの中心部の輝度が高くて中心部だけが明るく光っている。図１２における破線（「導光光」）のグラフは、偏向パターン５２を透過し、光制御板３１の上面又は下面で少なくとも１回全反射された後に光制御板３１の上面から出射された光の輝度分布を表している。このように偏向パターン５２を設けるだけであると、中央部の光が偏向パターン５２によって円周方向へ曲げられ光制御板３１の上面で全反射されて外周方向へ送られるので、図１２の破線のように輝度分布がほぼ平坦になるものの、中央部で輝度が低下してしまう。一方、図１２における１点鎖線（「直接光」）のグラフは、直接出射光生成面５４を透過し、光制御板３１の上面及び下面で反射することなく、光制御板３１を透過して直接光制御板３１の上面から出射された光の輝度分布を表している。このように直接出射光生成面５４を透過した直接光による輝度分布は、図１２のは１点鎖線のように、発光エリアの中心部で輝度が高くなる。よって、偏向パターン５２と直接出射光生成面５４を放射状に設けた場合の輝度分布は、図１２の破線のグラフと１点鎖線のグラフの足し合わせとなり、図１２の細実線及び図１３Ｂのように発光エリアの輝度分布がほぼ均一となる。
【0073】
〔押ボタンを押し込んでいる時と復帰している時との輝度分布の比較〕つぎに、本発明の実施形態１による照光スイッチ１１において、押ボタン１４を押している状態と押ボタン１４を押していない状態（復帰状態）とのそれぞれの発光エリアの輝度分布をシミュレーションにより求めた結果を説明する。図１４は、縦横各２０ｍｍの発光エリアを有する照光スイッチ１１において、発光エリアの中心を通過し、いずれかの辺と平行な線分上における輝度の分布を表したグラフである。実線のグラフは押ボタン１４を押していない場合の輝度分布であり、破線のグラフは押ボタン１４を押しているときの輝度分布である。図１４の横軸は、光源の中心（中心軸Ｃ）から測った距離を表し、縦軸は輝度（任意単位）を表している。
【0074】
また、図１５Ａは、押ボタン１４を押している状態での発光エリア（縦横各２０ｍｍ）の輝度分布を表している。図１５Ｂは、押ボタン１４を押していない状態での発光エリアの輝度分布を表している。また、図１５Ａ及び図１５Ｂにおいても、明度の高い領域（白っぽい領域）ほど発光エリアの輝度が高く、明度の低い領域（黒っぽい領域）ほど発光エリアの輝度が低いことを表している。
【0075】
押ボタン１４を押していない状態では、図１４の実線のグラフ及び図１５Ｂに示すように発光エリア全体がほぼ均一な輝度で発光している。これに対し、押ボタン１４を押している状態では、光制御板３１が光源２５に近くなるので、図４の破線のグラフ及び図１５Ａに示すように発光エリアの中心部が少し明るくなり、その周辺部が少し暗くなる。
【0076】
本発明の実施形態１による照光スイッチ１１では、このように押ボタン１４を押しているときの発光エリアの発光具合が押ボタン１４を押していないときの発光具合から変化するので、押ボタン１４を押した状態であることが分かり易くなる。よって、押ボタン１４を押したときには反転バネ２６によってクリック感が得られるとともに、押ボタン１４の発光具合が変化し、触感的にも視覚的にも押ボタン１４の操作感が良好になる。
【0077】
〔偏向パターンと直接出射光生成面の種々の形状〕つぎに、偏向パターン５２と直接出射光生成面５４の種々の形状（変形例）を説明する。上記パターン領域では、図１６Ａに示すように、平らな斜面で形成されたＶ溝５３ａ，５３ｂによって偏向パターン５２が形成され、偏向パターン５２間に平らな直接出射光生成面５４が形成されている。しかし、偏向パターン５２及び直接出射光生成面５４の形状はこれに限るものでなく、種々の断面形状が可能である。たとえば、図１６Ｂに示すパターン領域では、偏向パターン５２の谷部を平坦に形成して当該平坦面を直接出射光生成面５４としている。また、図１６Ｃに示すパターン領域では、偏向パターン５２間に平らな直接出射光生成面５４を形成するとともに、偏向パターン５２の谷部を平坦に形成して当該平坦面を直接出射光生成面５４としている。光制御板３１を金型を用いて成形する場合では、図１６Ａのような形状であれば、金型の直接出射光生成面５４を形成する部分の形状がバイトの先端形状で決まるので、バラツキが小さくなり、図１６Ｂのような形状であれば、直接出射光生成面５４の割合の自由度が高くなる（光制御板３１に直接加工して偏向パターン５２又は直接出射光生成面５４を形成する場合には、この効果は反対になる。）。図１６Ｃのような形状であれば、直接出射光生成面５４が分散するので、押ボタン１４を通して見たとき直接出射光生成面５４が光って目立つことがなくなる。
【0078】
図１７Ａは、直接出射光生成面５４が平坦で、偏向パターン５２の斜面５３ａ、５３ｂが溝内へ膨らむように湾曲している場合である。図１７Ｂは、直接出射光生成面５４が平坦で、偏向パターン５２の斜面５３ａ、５３ｂが溝から引っ込むように湾曲している場合である。図１７Ａ、図１７Ｂのように、斜面５３ａ、５３ｂが湾曲していると、レンズ効果によって光が斜面５３ａ、５３ｂを透過するときに広がるので、光制御板３１の上面で反射して導光光に変換された後に広がった光となり、光制御板３１の上面から光を均一に出射しやすくなる。図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃは、いずれも斜面５３ａ、５３ｂが平面で、直接出射光生成面５４が湾曲している場合である。図１８Ａ−１８Ｃの形状では、いずれも直接出射光生成面５４が湾曲していて直接出射光生成面５４を透過する光が広がるため、押ボタン１４を通してみたとき直接出射光生成面５４が目立ちにくくなる。また、図１７Ｃは、斜面５３ａ、５３ｂと直接出射光生成面５４の両方が湾曲していて、たとえば断面が正弦波状になっている場合である。図１９Ａ−１９Ｃは、偏向パターン５２や直接出射光生成面５４が屈曲していて偏向パターン５２及び直接出射光生成面５４が断面多角形状となっている場合である。
【0079】
なお、直接出射光生成面５４を湾曲させる場合には、図１８Ａや図１８Ｂと反対向きに湾曲させても差し支えない。また、偏向パターン５２の断面形状は、長さ方向に沿って相似形となっていてもよいが、徐々に変形していてもよい。たとえば、中心部では図１０ＢのようなＶ溝状となっていて、外周側へ向かうに従って次第に図１７Ｃのような正弦波上に近づくようにしていてもよい。
【0080】
図１６Ａ−１６Ｃ、図１７Ａ−１７Ｂ、図１８Ａ−１８Ｃ、図１９Ａ−１９Ｂのような断面形状であれば、どの領域が偏向パターン５２で、どの領域が直接出射光生成面５４であるかは、直感的にも明らかである。ところが、図１７Ｃのように偏向パターン５２も直接出射光生成面５４も湾曲している場合や、図１９Ｃのようにいずれとも判断しにくいような傾斜角の面Ｑが存在する場合には、どこまでが偏向パターン５２で、どこからが直接出射光生成面５４であるかということは明確でない。しかし、光制御板３１の下面から入射した光の挙動は光線の方向によっても異なるので、偏向パターン５２と直接出射光生成面５４の境界が必ずしも明確である必要はなく、曖昧であっても差し支えない。本実施形態においては、パターン領域の中に、透過する光源光を円周方向へ屈折させる領域と、上方から見て光源からの光をほぼ直線的に透過させる領域が存在していれば十分であり、その間では透過する光の方向が徐々に変化していても差し支えない。ただし、目安としては、光制御板３１の屈折率が１.５９の場合では、接線（接平面）の傾斜角が２６°以上の領域が偏向パターン５２の領域で、２６°未満の領域が直接出射光生成面５４の領域と考えることができる。また、光制御板３１の屈折率が１.４の場合では、接線（接平面）の傾斜角が３３°以上の領域が偏向パターン５２の領域で、３３°未満の領域が直接出射光生成面５４の領域と考えることができる。この理由は次の通りである。
【0081】
図２０は、偏向パターン５２を透過した光の挙動と直接出射光生成面５４を透過した光の挙動を分類した図である。図２０の横軸は、偏向パターン５２の斜面５３ａ又は５３ｂの傾斜角αを表し、縦軸は光制御板３１の上面、特に光分割作用面２８の傾斜角βを表している。いま、図２１Ａに示すように、光源２５の光軸（中心軸Ｃ）に平行な光が斜面５３ａに入射した場合を考えると、斜面５３ａの傾斜角αが大きいほど、光は円周方向へ大きく屈折し、光制御板３１の光分割作用面２８で全反射しやすくなる。また、光分割作用面２８の傾斜角βが大きいほど、斜面５３ａを透過した光が光分割作用面２８で全反射しやすくなる。反対に、斜面５３ａの傾斜角αや光分割作用面２８の傾斜角βが小さくなると、光は光制御板３１の上面を透過しやすくなり、図２０の太い実曲線ｅ１を下側（又は左側）へ超えると、光源２５の光軸と平行に入射した光は、光制御板３１の上面を透過してしまい全反射されなくなる。すなわち、図２０における太い実線のカーブｅ１は、光制御板３１の屈折率が１.５９の場合において、光源２５から光軸に対して平行に出射された光が、斜面５３ａを透過した後に光制御板３１の上面で反射するのに必要な傾斜角α、βの最小値を表している。
【0082】
また、図２１Ｂに示すように、直接出射光生成面５４を透過した後、光軸に平行な方向に進む光から光軸に直交する方向に進む光までを考えるとき、光制御板３１の上面（光分割作用面２８）の角度βが図２０において細い実線ｅ２で示す値（全反射の臨界角と等しい角度）よりも大きくなると、すべての光が光分割作用面２８で全反射されて光分割作用面２８を透過しなくなる。すなわち、細い実線ｅ２は、直接出射光生成面５４を透過した光が光制御板３１の上面を透過するのに必要な傾斜角βの最大値を表している。
【0083】
以上より分かるように、図２０の細い実線ｅ２よりも上側の領域は、光制御板３１の屈折率が１.５９の場合において、直接出射光生成面５４を透過した光が光制御板３１の上面から出射されない領域であり、太い実曲線ｅ１よりも下側（又は左側）の領域は、偏向パターン５２を透過した光が光制御板３１の上面で全反射されないで漏れてしまう領域である。したがって、パターン領域を透過した光の一部が光制御板３１の上面を透過し、残りの光が光制御板３１の上面で全反射されるためには、図２０の太い実曲線ｅ１と細い実線ｅ２との間の領域にあればよいことがわかる。
【0084】
さらに、光制御板３１の作製時の寸法バラツキなど考慮すれば、上記のような境界に達するまでに５°以上、できれば１０°以上の余裕があることが好ましい。たとえば、光制御板３１の屈折率が１.５９の場合に、光制御板３１の上面の傾斜角βに約１０°の余裕を持たせようとすれば、図２０の実線ｅ１、ｅ２によれば、斜面５３ａ、５３ｂの傾斜角αを２６°以上にすればよいことが分かる。
【0085】
上記曲線ｅ１と直線ｅ２は、光制御板３１の屈折率ｎによって変化する。たとえば、屈折率ｎが１.４の場合には、光源２５から光軸に対して平行に出射された光が、斜面５３ａを透過した後に光制御板３１の上面で反射するのに必要な傾斜角α、βの最小値を表す曲線は、図２０の太い破線のカーブｅ１´で表される。また、屈折率が１.４の場合には、直接出射光生成面５４を透過した光が光制御板３１の上面を透過するのに必要な傾斜角βの最大値は、図２０の細い破線ｅ２´で表わされる。この場合に、光制御板３１の上面の傾斜角βに約１０°の余裕を持たせようとすれば、図２０の実線ｅ１´、ｅ２´によれば、斜面５３ａ、５３ｂの傾斜角αを３３°以上にすればよいことが分かる。屈折率が１.４や１.５９以外の場合にも同様にして評価することができる。
【0086】
よって、屈折率による違いを無視すれば、偏向パターン５２の斜面５３ａ、５３ｂの傾斜角αは３０°以上であることが望ましい。よって、図１９Ｃの略４５°の傾斜角を有する面Ｑは、斜面５３ａ、５３ｂとみなすことができる。
【0087】
また、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂに示したパターンでは、偏向パターン５２も直接出射光生成面５４も中心軸Ｃ上の点を中心として放射状に形成されているので、中心軸Ｃ上の点を中心とする輪帯状の領域内における偏向パターン５２の面積（上方から見た投影面積）に対する直接出射光生成面５４の面積の割合は、その中心から内側領域３４のほぼ縁までは一定であり、湾曲作用面３５では中心から遠くなるに従って次第に大きくなっている。しかし、輪帯状の領域内における偏向パターン５２の面積に対する直接出射光生成面５４の面積の割合は、０−１００％の範囲で適宜調整することができる。たとえば、光制御板３１の上面の中央部における輝度が低いところでは直接出射光生成面５４の比率が大きくなるように再設計し、輝度が高いところでは直接出射光生成面５４の比率が小さくなるように再設計すればよい。たとえば、上記実施形態では、パターン領域内の直接出射光生成面５４を通って光制御板３１の上面から出射される光量は、光制御板３１の上面全体から出射される光量の約２５％程度となっている。
【0088】
なお、上記実施形態では、光入射領域３２の中央部を平坦面にしていたが、図２２に示すように、光入射領域３２の全体を湾曲面とし、当該湾曲面に偏向パターン５２や直接出射光生成面５４を形成していてもよい。このように光入射領域３２の全体を湾曲面とすれば、偏向パターン５２や直接出射光生成面５４を透過する光がレンズ効果によって広がるので、光制御板３１から出射される光が均一となり、輝度の均一性が高くなる。
【0089】
また、光制御板３１の上面は、実施形態１においては、図２３Ａのような形状となっているが、このような形状であると起伏が大きいので、光制御板３１の厚みが大きくなる。したがって、図２３Ｂに示すように、光制御板３１の上面形状を図２３Ａの形状とほぼ同様な光学的効果を有するフレネルレンズ形状に置き換えてもよい。光制御板３１の上面を図２３Ａのようなフレネルレンズ形状にすれば、光制御板３１の厚みを薄くすることができる。また、フレネルレンズ形状の各部分の傾斜角度を調整することにより、主に直接出射光生成面５４を透過して光制御板３１内に入った光の出射方向を制御でき、輝度の均一性を高めることも可能である。ただし、フレネルレンズ形状にした場合には、段差部分に当たった光が一部漏れるので、光制御板３１の輝度の均一性が若干低下する恐れが生じる。
【0090】
（実施形態２）図２４Ａ及び図２４Ｂは、本発明の実施形態２による光制御板の一部、すなわちパターン領域を拡大して示す下面図と、その拡大断面図である。この実施形態２の光制御板では、光制御板３１の裏面に設けられた光入射領域３２の中心に球面状の凸部５６を形成し、凸部５６の周囲に多数の偏向パターン５２を放射状に配列させている。偏向パターン５２は、図８に示したような形状を有しおり、偏向パターン５２の中心側の端は、凸部５６の縁に位置している。光制御板のその他の構造は、実施形態１と同様であるので、説明は省略する（以下の実施形態においても同様）。
【0091】
実施形態１のような構造では、光入射領域３２の中心部において斜面５３ａ、５３ｂを放射状に加工することは困難であるため、中心部に斜面５３ａ、５３ｂを形成できない場合がある。斜面５３ａ、５３ｂを形成できない場合には、光制御板を真っ直ぐに上方へ抜ける光が多くなり、輝度の均一性が低下する。そのような場合には、実施形態２のように、光入射領域３２の中心部から外れた箇所から偏向パターン５２を開始することで、斜面５３ａ、５３ｂの加工を容易にすることができる。さらに、光入射領域３２の中心部に回転対称の凸部５６を設けることによって中心付近の光を拡散させ、中心部を真っ直ぐに光が抜けないようにして輝度ムラを防止している。
【0092】
（実施形態３）図２５Ａ及び図２５Ｂは、本発明の実施形態３による光制御板の一部、すなわちパターン領域を拡大して示す下面図と、その拡大断面図である。この実施形態２の光制御板では、光制御板３１の裏面に設けられた光入射領域３２にドットパターン状をした多数の偏向パターン５２を離散的に分布させている。図２６Ａ及び図２６Ｂは、ドットパターン状をした偏向パターン５２の斜視図と平面図である。この偏向パターン５２は４つの斜面によってダイヤ状に形成されており、光入射領域３２の中心を中心として放射状に配置されている。偏向パターン５２の円周方向に沿った中央の断面における頂角εは約６０°となっており、偏向パターン５２を上方から見たときの半径方向に位置する角の角度τは３０°となっている。図２５Ａでは、偏向パターン５２はある程度規則性を持たせて配列されているが、ランダムに配置していてもよい。また、この実施形態では、光入射領域３２のうち、偏向パターン５２の設けられていない部分の全体が直接出射光生成面５４となっている。なお、偏向パターン５２が放射状に配置されていれば、このような直接出射光生成面５４も放射状に形成されているといえる。
【0093】
図２６Ａ、図２６Ｂのような偏向パターン５２でも、斜面に入射した光を円周方向へ屈折させることができるので、このような光制御板を用いた場合にも、実施形態１の光制御板と同様な作用効果を奏することができる。実施形態１では、長く延びた偏向パターン５２を形成しているので、偏向パターン５２を透過した光の筋が押ボタン１４を通して見えやすいが、実施形態３では、ドット状の偏向パターン５２を分散させて設けているので、偏向パターン５２を透過した光のパターンが目立ちにくくなる。
【0094】
（実施形態４）図２７Ａは、本発明の実施形態４による光制御板６１を示す裏面側からの斜視図である。図２７Ｂは、この光制御板６１の断面図である。この光制御板６１の下面５１には、光拡散部、すなわち多数の円環状をした凹凸パターン６２が同心円状に形成されている。このように光制御板６１の下面に凹凸パターン６２を形成していると、下面５１で反射する光が拡散するので、発光エリアにおける輝度の均一性が向上する。
【0095】
なお、輝度を均一化させるためには、凹凸パターン６２以外に、シボ形状や微細パターン、放射状パターンなどを設けておいてもよい。このとき、微細パターンなどの密度や形状を調整することにより、より一層輝度を均一化できる。
【0096】
また、偏向パターン５２は、図２８Ａや図２８Ｂに示すように、ひとつの斜面５３ａだけで構成してあってもよい。その場合、図２８Ａのように一方向の斜面５３ａだけを用いてもよく、図２８Ｂのように、傾斜方向の異なる斜面５３ａ、５３ｂを交互に配置してもよい。また、偏向パターン５２が２つの斜面５３ａ、５３ｂからなる場合でも、図２８Ｃに示すように、偏向パターン５２の断面が非対称であってもよい。
【0097】
また、偏向パターン５２の断面形状がいずれの偏向パターン５２についても同じであると、光源２５の光軸よりある角度で出射した光は、回転対称に広がっていく。すなわち、図２９Ａのｆ１は光入射領域３２に入射する光の波紋を表し、ｆ２は光分割作用面２８において反射する光の波紋を表し、ｆ３は導光領域３７において反射する光の波紋を表し、ｆ４は光制御板３１から出射する光の波紋を表し、ｆ５は押ボタン１４の上面から出射する光の波紋を表す。よって、光源２５から光軸近傍へ出射した光は、上記波紋ｆ１→ｆ２→ｆ３→ｆ４→ｆ５というように順次広がっていき、押ボタン１４の表面ではｆ５のような光の波紋を生じる。そのため、照光スイッチ１１の発光エリアには、図２９Ａに示す波紋ｆ５が現れてリング状の輝度ムラが発生しやすくなる。
【0098】
これを避けるためには、図２９Ｂのように、偏向パターン５２の断面形状（又は斜面の傾斜角）を順次異ならせるとよい。偏向パターン５２の断面形状を異ならせてあれば、それに応じて光の波紋も歪になって広がる。すなわち、図２９Ｃのｆ１−ｆ５は図２９Ｂのような偏向パターン５２を用いた場合であり、ｆ１は光入射領域３２に入射する光の波紋を表し、ｆ２は光分割作用面２８において反射する光の波紋を表し、ｆ３は導光領域３７において反射する光の波紋を表し、ｆ４は光制御板３１から出射する光の波紋を表し、ｆ５は押ボタン１４の上面から出射する光の波紋を表す。この場合にも、光源２５から光軸近傍へ出射した光は、上記波紋ｆ１→ｆ２→ｆ３→ｆ４→ｆ５というように順次広がっていき、押ボタン１４の表面ではｆ５のような歪んだ波紋が生じる。しかも、光源２５から出る光の方向によってｆ５のような波紋の形状は異なるので、各方向に出射された光の波紋が重なり合うことで輝度ムラが目立ちにくくなり、見栄えがよくなる。
【0099】
（実施形態５）図３０は、本発明の実施形態５による液晶表示装置７１を示す概略断面図である。この液晶表示装置７１は、液晶パネル７２の背面にバックライトとなる面光源装置７３を配置したものである。面光源装置７３は、本発明に係る光制御板７４（たとえば、実施形態１の光制御板）の上面に拡散シート７５を配置し、光入射領域３２に対向させて光源２５を置き、光制御板７４の下面に対向させて反射シート７６を配置したものである。
【0100】
光制御板７４は、これまで説明した光制御板と同じような構造を有するものであるが、照光スイッチ用のものよりも発光エリアを大面積化している。
【0101】
なお、上記各実施形態においては、窪んだ偏向パターンを示したが、偏向パターンは、凸状に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【0102】
１１ 照光スイッチ１２ スイッチ基板
１４ 押ボタン
１５ フレーム
２５ 光源
２６ 反転バネ
２８ 光分割作用面
２９ 傾斜面
３１ 光制御板
３２ 光入射領域
３７ 導光領域
４１ 拡散シート
５１ 下面
５２ 偏向パターン
５３ａ、５３ｂ 斜面
５４ 直接出射光生成面
６１ 光制御板
６２ 凹凸パターン
７１ 液晶表示装置