特許 6237998 導光板及び面光源装置

(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】6237998

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】導光板及び面光源装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20171120BHJP

   F21V 8/00 20060101ALI20171120BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20171120BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 436

   F21S2/00 441

   F21V8/00 310

   F21V8/00 330

   F21Y115:10

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-227420(P2013-227420)

(22)【出願日】2013年10月31日

(65)【公開番号】特開2014-143174(P2014-143174A)

(43)【公開日】2014年8月7日

【審査請求日】2016年9月5日

(31)【優先権主張番号】特願2012-283538(P2012-283538)

(32)【優先日】2012年12月26日

(33)【優先権主張国】JP

(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】篠原 正幸

(72)【発明者】

【氏名】廣田 和英

(72)【発明者】

【氏名】北村 智和

(72)【発明者】

【氏名】石川 貴子

【審査官】 津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０１６４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４９１７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光が入射する端面を有する光導入部と、
前記光導入部と連続させて設けた、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みを有する導光板本体と、
前記導光板本体の表面に定めた、前記導光板本体へ導かれた光を外部へ出射させる光出射面と、
光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に設けた、前記光導入部に入射した光の、前記光導入部の厚み方向における指向性広がりを前記光導入部の面方向と平行な方向に傾いた指向特性に変換する指向性変換パターンと、
前記端面と側面との間に設けた、複数の平面によって構成された光反射壁と、を備え、
前記指向性変換パターンは、前記端面に垂直な方向に向けて直線状に延びた複数のパターン素子からなり、
前記光反射壁は、前記光出射面に垂直な方向から見たときに前記端面に近い領域が前記端面に垂直な方向となす角度が、前記端面から遠い領域が前記端面に垂直な方向となす角度よりも小さくなっていることを特徴とする導光板。

【請求項2】

前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記端面側の端における前記光反射壁の幅が、前記端面と反対側の端における前記光反射壁の幅よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の導光板。

【請求項3】

前記光反射壁は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記端面から遠いほど前記端面に垂直な方向となす角度が大きくなっていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。

【請求項4】

前記光導入部は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を有することを特徴とする、請求項１に記載の導光板。

【請求項5】

前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光反射壁の全体が、前記端面に垂直な方向に対して傾いていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。

【請求項6】

前記光反射壁は、前記端面に垂直な方向から見たとき、その表面に立てた法線が前記光出射面に平行な方向から傾いていることを特徴とする、請求項１に記載の導光板。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載した導光板と、
前記導光板の前記端面に光を送り込む光源と、
を備えた面光源装置。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか１項に記載した導光板と、
前記導光板の前記端面に光を送り込む光源と、
前記導光板の前記光出射面に対向させて配置した液晶パネルと、
を備えた液晶表示装置。

【請求項9】

請求項８に記載した液晶表示装置を備えたモバイル機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は導光板及び面光源装置に関する。具体的には、本発明は光源の高さよりも薄い導光板に光を効率よく入射させるための面光源装置及び導光板に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モバイル機器の薄型化に伴い、モバイル機器に組み込む面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置の厚みを薄くするためには、導光板の厚みを薄くする必要がある。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くしても、ＬＥＤ光源の高さを小さくすることは困難である。平板状をした薄い導光板を用いる場合には、光源の高さが導光板の端面（光入射端面）の厚みよりも大きくなる。その結果、導光板の光入射端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。光源が導光板の上面よりも上に飛び出ている場合には、光源から出射したすべての光が導光板の光入射端面に入射せず、一部の光が導光板の外部へ漏れて光利用効率が悪くなる。

【0003】

上記技術的課題を解決するため、次のような導光板を用いる場合がある。この導光板は、平板状をした導光板本体の端に導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を有している。光導入部の上面には、光導入部の最大厚みの箇所から導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を形成している。この導光板は、光導入部の端面（光入射端面）の厚みが光源の高さと同程度かそれよりも大きいので、光源の光を効率よく光導入部に取り込むことができ、さらに厚みの薄い導光板本体へ導びくことができる。

【0004】

光入射端面から光導入部に入射した光は、光導入部の傾斜面とその下面との間で全反射しながら導光板本体へ伝わる。導光板本体内を伝わる光は、前記傾斜面で全反射する都度、導光板本体の上面に入射するときの入射角が小さくなる。そのため、前記傾斜面の近傍に位置する導光板本体の上面から導光板本体の外部へ光が漏れやすくなる。特に、前記傾斜面の傾斜角が大きくなると、傾斜面の近傍における導光板本体の上面からの光の漏れが顕著になる。

【0005】

この光漏れを小さくするため、図１（Ａ）に示す面光源装置が用いられる。図１（Ａ）に示す面光源装置１１は、光源１２と導光板１３からなる。導光板１３は、くさび状をした光導入部１４と平板状の導光板本体１５とを一体に成形したものである。光導入部１４の上面は、光導入部１４の端部上面から導光板本体１５の端に向けて傾斜した傾斜面１６である。光導入部１４の傾斜面１６は、複数のＶ溝１８を導光板１３の幅方向に配列させた指向性変換パターン１７を有している。導光板本体１５の上面（光出射面２０）は、レンチキュラーレンズ２１を有している。光源１２は、光導入部１４の端面（光入射端面１９）と対向する。

【0006】

光源１２から出射した光は、光入射端面１９から光導入部１４内に入り、光導入部１４内を導光する。光導入部１４内で傾斜面１６に入射する光は、Ｖ溝１８で反射すると横方向（光導入部１４の幅方向）へ進むので、傾斜面１６の近傍において導光板本体１５の上面に入射する際の光入射角が大きくなる。その結果、傾斜面１６の近傍において導光板本体１５の上面から光が漏れにくくなる。

【0007】

しかし、面光源装置１１は、図１（Ｂ）に示すような解決課題を有する。光導入部１４内を導光する光Ｌは、Ｖ溝１８に入射する都度、横方向へ反射されるので、一部の光Ｌは次第に導光板１３の側面へ導かれる。導光板１３の側面に達した光Ｌは、光出射面２０に達することなく導光板１３の側面から外部へ漏れてしまう。この現象は、面光源装置１１における光量損失の原因となり、面光源装置１１の光利用効率を低下させる。

【0008】

また、図１（Ａ）に示す面光源装置１１が、その幅方向に沿って複数連続的に配列している場合がある。言い換えると、図１（Ａ）に示す導光板１３よりも幅の広い導光板において、その光入射端面に対向して一定ピッチで複数個の光源が配列している場合である。この場合には、導光板１３どうしの境界面（図１（Ａ）の導光板１３の側面に相当する箇所）から隣の導光板１３へ光Ｌが漏れ、互いに輝度ムラを生じさせる恐れがある。

【0009】

図２に示す面光源装置３１は、上記面光源装置１１の課題を解決しようとする。面光源装置３１では、光入射端面１９の近傍で導光板１３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３２となっている。このタイプの導光板は、たとえば特許文献１に記載されている。

【0010】

面光源装置３１では、図３（Ａ）に示すように、光導入部１４の上面（Ｖ溝１８）と下面で反射を繰り返しながら導光板１３の側面に達した光Ｌは、光反射壁３２で全反射して導光板１３の中央部へ戻る。その結果、導光板１３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。面光源装置３１が幅方向に沿って複数連続的に配列している場合も、隣の導光板１３へ光Ｌが漏れにくくなり、互いに輝度ムラを生じさせにくくなる。

【0011】

図２の面光源装置３１では、光反射壁３２に入射した光を光反射壁３２でできるだけ多く全反射させなければならない。そのため、光反射壁３２には最適な長さと最適な傾き角（光出射面２０に垂直な方向から見て、光反射壁３２が光入射端面１９に垂直な方向となす角度）が存在し、光反射壁３２の傾き角の調整範囲は狭い。光反射壁３２の傾き調整範囲が狭いため、導光板１３の幅Ｗが狭くなると、図３（Ｂ）に示すように光入射端面１９の幅Ｄも狭くなる。その結果、光入射端面１９の幅Ｄが、光源１２（の光出射窓）の幅ｄより狭くなる場合がある。また、面光源装置３１が幅方向に沿って連続的に配列している場合には、光源１２の配列ピッチが狭くなると、それに伴って光源１個分に対応する導光板１３の幅Ｗが狭くなる。その結果、光入射端面１９の幅Ｄが、光源１２の幅ｄよりも狭くなることがある。こうして光入射端面１９の幅Ｄが光源１２の幅ｄよりも狭くなると、光源１２から出射した光の一部が光入射端面１９の両サイドよりも外へ出射して導光板１３内に入らず、光利用効率が低下するという問題が生じる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００８−１６４３２号公報

【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、光入射端面に光反射壁を設けた導光板において、導光板の幅が狭くなったり、光入射端面に対向させて配置した複数個の光源の配列ピッチが狭くなったりしても、光入射端面の幅が狭くなりにくい導光板を提供することにある。また、前記導光板を用いた面光源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明に係る導光板は、光が入射する端面を有する光導入部と、前記光導入部と連続させて設けた、前記光導入部の最大厚みよりも小さな厚みを有する導光板本体と、前記導光板本体の表面に定めた、前記導光板本体へ導かれた光を外部へ出射させる光出射面と、前記導光板の出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に設けた、前記光導入部に入射した光の、前記光導入部の厚み方向における指向性広がりを前記光導入部の面方向と平行な方向に傾いた指向特性に変換する指向性変換パターンと、前記端面と側面との間に設けた、複数の平面によって構成された光反射壁と、を備え、前記指向性変換パターンは、前記端面に垂直な方向に向けて直線状に延びた複数のパターン素子からなり、前記光反射壁は、前記光出射面に垂直な方向から見たときに前記端面に近い領域が前記端面に垂直な方向となす角度が、前記端面から遠い領域が前記端面に垂直な方向となす角度よりも小さくなっていることを特徴としている。ただし、光反射壁は、前記端面に垂直な方向に平行な部分を一部に有していても差し支えない。

【0015】

本発明の導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に指向性変換パターンを有し、光が入射する端面に光反射壁を設けた導光板において、光出射面に垂直な方向から前記光反射壁を見たとき、前記端面に近い領域が前記端面に垂直な方向となす角度が、前記端面から遠い領域が前記端面に垂直な方向となす角度よりも小さくなっている。その結果、光出射面に垂直な方向から見たとき、前記端面から遠い領域における光反射壁の幅に対する、前記端面側の端における光反射壁の幅の比を、光反射壁全体の角度が一定である場合と比較して大きくできる。したがって、本発明の第１の導光板によれば、導光板の幅が狭くなったり、光入射端面に対向配置された複数個の光源の配列ピッチが狭くなったりした場合でも、導光板の端面（光入射端面）の幅が光源の幅よりも狭くなりにくく、導光板に取り込む光源光の光量低下を抑制できる。

【0016】

したがって、本発明に係る導光板のある実施態様は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記端面側の端における前記光反射壁の幅が、前記端面と反対側の端における前記光反射壁の幅よりも小さくなっている。

【0017】

本発明の導光板の別な実施態様は、前記光反射壁が、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記端面から遠いほど前記端面に垂直な方向となす角度が大きくなっている。かかる実施態様によれば、導光板の幅が狭くなり、又は光入射端面に対向配置された複数個の光源の配列ピッチが狭くなる場合でも、導光板の端面（光入射端面）の幅が光源の幅よりも狭くなりにくく、導光板に取り込む光源光の光量低下を防ぐことができる。

【0019】

本発明の導光板のさらに別な実施態様は、前記光導入部が、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を有していてもよい。光導入部にこのような傾斜面を設けてあれば、光の入射する端面の高さを大きくするとともに、光導入部における光の漏れを小さくできる。

【0020】

本発明の導光板のさらに別な実施態様は、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光反射壁の全体が、前記端面に垂直な方向に対して傾いている。かかる実施態様によれば、光反射壁の全体で光の漏れを低減させることができる。

【0021】

本発明に係る導光板のさらに別な実施態様は、前記光反射壁が、前記端面に垂直な方向から見たとき、その表面に立てた法線が前記光出射面に平行な方向から傾いている。

【0022】

この実施態様の導光板によれば、導光板内を導光する光の指向特性を導光板の厚み方向で狭くすることができ、光の漏れを小さくできる。

【0025】

本発明に係る面光源装置は、本発明に係る導光板と、前記導光板の前記端面に光を送り込む光源とを備えたことを特徴としている。本発明に係る面光源装置にあっては、本発明に係る導光板を用いているので、導光板の幅が狭くなり、又は光入射端面に対向配置した複数個の光源の配列ピッチが狭くなる場合でも、導光板の端面（光入射端面）の幅が光源の幅よりも狭くなりにくい。その結果、導光板に取り込む光源の光の光量低下を抑制でき、面光源装置の光利用効率を向上させることができる。

【0026】

本発明に係る導光板は、液晶表示装置に用いることができ、光利用効率の高い液晶表示装置を作製することができる。

【0027】

また、本発明に係る液晶表示装置は、モバイル機器、たとえばスマートフォンやタブレット型コンピュータ、電子ブックリーダー、電子辞書にも用いることができる。

【0028】

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】

【0029】

【図1】図１（Ａ）は、従来の面光源装置を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の導光板内における光の挙動を説明するための概略斜視図である。

【図2】図２は、従来の別な面光源装置を示す斜視図である。

【図3】図３（Ａ）は、図２の面光源装置における光の挙動を説明する概略平面図である。図３（Ｂ）は、図２の面光源装置において導光板の幅が狭くなった場合の不具合を示す図である。

【図4】図４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5】図５（Ａ）は、図４に示した面光源装置の一部破断した平面図である。図５（Ｂ）は、図４に示した面光源装置における光の挙動を説明するための概略斜視図である。

【図6】図６は、光入射端面に近い光反射壁の傾き角αが異なるサンプルを用いて、光利用効率と導光板の幅との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。

【図7】図７は、図６のシミュレーションに用いたサンプルの各部の寸法を定義する図である。

【図8】図８（Ａ）は、傾き角αと傾き角βが等しい場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図８（Ｂ）は、傾き角αが傾き角βよりも小さい場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。

【図9】図９は、傾き角の異なる光反射壁の面数と光利用効率との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。

【図10】図１０（Ａ）は、光反射壁の面数が１のサンプルを示す概略平面図である。図１０（Ｂ）は、光反射壁の面数が２のサンプルを示す概略平面図である。

【図11】図１１（Ａ）は、光反射壁の面数が３のサンプルを示す概略平面図である。図１１（Ｂ）は、光反射壁の面数が４のサンプルを示す概略平面図である。

【図12】図１２（Ａ）は、光反射壁の面数が１である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の光反射壁の部分を拡大した図である。図１２（Ｃ）は、光反射壁の面数が２である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１２（Ｄ）は、図１２（Ｃ）の光反射壁の部分を拡大した図である。

【図13】図１３（Ａ）は、光反射壁の面数が３である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の光反射壁５３の部分を拡大した図である。図１３（Ｃ）は、光反射壁の面数が４である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）の光反射壁５３の部分を拡大した図である。

【図14】図１４（Ａ）は、本発明の実施形態２による面光源装置を示す斜視図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）に示した面光源装置の一部破断した平面図である。

【図15】図１５（Ａ）は、本発明の実施形態３による面光源装置を示す斜視図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＸ部の拡大断面図である。

【図16】図１６（Ａ）は、光反射壁が垂直面である場合の光の挙動を説明するための概略図である。図１６（Ｂ）は、光反射壁が傾斜面である場合の光の挙動を説明するための概略図である。

【図17】図１７は、本発明の実施形態４による面光源装置を示す平面図である。

【図18】図１８は、本発明の実施形態５による面光源装置を示す平面図である。

【図19】図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）は、指向性変換パターンの種々の断面形状を示す概略図である。

【図20】図２０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21】図２１は、本発明に係る液晶表示装置を示す概略断面図である。

【図22】図２２は、本発明に係るモバイル機器を示す概略正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

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。ただし、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。

【0031】

（実施形態１）
以下、図４、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して本発明の実施形態１による面光源装置を説明する。図４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５（Ａ）は、面光源装置４１の一部破断した平面図である。図５（Ｂ）は、面光源装置４１の導光板内における光の挙動を示す概略斜視図である。

【0032】

面光源装置４１は、光源４２と導光板４３からなる。光源４２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵しており、正面の光出射窓から白色光を出射する。この光源４２は、点光源と呼ばれることがある。

【0033】

導光板４３は、導光板本体４５の端部に光導入部４４を一体に成形したものである。導光板４３は、高屈折率の透明樹脂、たとえばアクリル樹脂、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）によって成形している。

【0034】

光導入部４４は、導光板４３のうちで厚みの厚い部分である。光源４２は、光導入部４４の端面、すなわち光入射端面４９に対向している。光入射端面４９の厚みは、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いる。光入射端面４９の幅も、光源４２の光出射面の幅と等しいか、それよりも大きくなっている。その結果、光源４２から出射した光は、光入射端面４９から光導入部４４内に効率よく入射し、面光源装置４１の光利用効率が向上する。

【0035】

光導入部４４はくさび状をしており、光入射端面側から導光板本体側へ向けて次第に厚みが薄くなっている。すなわち、光導入部４４の上面は、その光入射端面側の端部領域が水平面５４となっており、水平面５４の端から導光板本体４５の端までの領域が傾斜面４６となっている。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おり、水平面５４の端から導光板本体４５の端へ向けて下り傾斜している。

【0036】

傾斜面４６は、指向性変換パターン４７を有する。指向性変換パターン４７は、Ｖ溝状をした複数のパターン素子４８からなる。各パターン素子４８は、光出射面５１に垂直な方向（以下、垂直上方という。）から見たとき、光入射端面４９に垂直な方向に延びている。各パターン素子４８は、傾斜面４６の幅方向に沿って互いに平行に並んでいる。

【0037】

導光板本体４５は、表面と裏面が平行な平板である。導光板本体４５の厚みは、ほぼ均一であって、光導入部４４の最大厚みよりも薄くなっている。導光板本体４５は、導光板４３の大部分の面積を占めている。導光板本体４５の、光出射面５１に対向する反対面は、光出射手段７２（図１６（Ａ）を参照）、たとえばプリズム状パターン、サンドブラスト加工、拡散インク、回折格子パターンを有する。

【0038】

導光板本体４５の上面は、光導入部４４に隣接する狭い部分が平坦面５０であり、平坦面５０を除く部分が光出射面５１である。光出射面５１は、複数のレンチキュラーレンズ５２を備える。レンチキュラーレンズ５２は、光出射面５１から出射する光の指向特性を導光板本体４５の幅方向で狭める働きをする。各レンチキュラーレンズ５２は、光入射端面４９に垂直な方向（以下、光軸方向という。）に延びており、光出射面５１の幅方向に沿って互いに平行に並んでいる。

【0039】

導光板４３は、光入射端面４９と導光板４３の側面との間に、光反射壁５３を備える。導光板４３の、光入射端面４９に隣接する領域、すなわち左右の光反射壁５３間の領域は、垂直上方から見てテーパー状をしたテーパー部５５となっている。図５（Ａ）に示すように、光反射壁５３は、垂直上方から見たとき、その全体又は一部が光軸方向に対して傾いている。光入射端面側の端におけるテーパー部５５の幅（光入射端面４９の幅）は、光入射端面４９から遠い側の端におけるテーパー部５５の幅よりも狭くなっている。図示例では、各光反射壁５３は、光入射端面側に位置する光反射壁５３ａと光入射端面４９から遠い側に位置する光反射壁５３ｂ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５３ａが光軸方向となす傾き角αは、光反射壁５３ｂが光軸方向となす傾き角βよりも小さい。ただし、光反射壁５３ａは、垂直上方から見て光軸方向に対して傾いていてもよく、光軸方向と平行であってもよい。

【0040】

この実施形態では、光反射壁３２ａ、３２ｂは、光出射面５１に垂直な面となっている。言い換えると、光反射壁３２ａ、３２ｂに立てた法線は、光出射面５１と平行である。

【0041】

導光板４３の下面には、反射シート７３（図１６（Ａ）を参照）が対向している。反射シート７３は、導光板４３の下面から漏れた光を反射させて導光板４３内へ戻す働きをする。

【0042】

面光源装置４１では、光源４２から出射した光は、以下のような挙動を示す。光源４２から出射した光Ｌは、光入射端面４９から光導入部４４内に入射し、光導入部４４の上面と下面で反射しながら導光板本体４５へ導光する。このとき、図５（Ｂ）に示すように、光導入部１４内を導光する光Ｌは、パターン素子４８で反射する度に光線の進む方向を導光板４３の幅方向に曲げられる。そのため、光Ｌは、光入射端面４９から離れるほど大きく曲がり、一部の光が光反射壁５３に達する。光反射壁５３に入射した光は、光軸方向から傾いた光反射壁５３で反射することによって導光板４３の中央部へ戻る。よって、導光板４３の側面における光漏れを防止でき、面光源装置４１の光利用効率が向上する。導光板４３の中央部へ戻った光は、導光板本体４５の上面と下面で反射しながら導光し、光出射手段７２で反射することによって光出射面５１から出射し、照明光となる。

【0043】

上記光Ｌは、パターン素子４８で何度も反射した後に光反射壁５３に達するので、光反射壁５３に達するまでには導光板４３の長さ方向（光軸方向）にも進んでいる。したがって、光反射壁５３に達する光は、光反射壁５３のうちでも光入射端面４９から遠い側に位置する光反射壁５３ｂに入射する。このような光の挙動を考慮して、光反射壁５３ｂの傾き角βは、光Ｌを全反射させて導光板４３の中央部へ戻すのに適した傾き角に設定している。一方、光入射端面４９に近い光反射壁５３ａの傾き角αは、光反射壁５３ｂの傾き角βよりも小さくなっており、光入射端面４９の幅が光源４２の光出射窓の幅よりも狭くならないように設計している。その結果、本実施形態の面光源装置４１によれば、導光板４３の側面における光漏れを小さくし、かつ、光入射端面４９による光源４２の光の捕捉率を向上させ、面光源装置４１の光利用効率を向上させることができる。

【0044】

なお、光反射壁５３ｂの光軸方向の長さは、指向性変換パターン４７の光軸方向の長さの半分程度あれば、導光板４３の側面における光漏れを小さくできる。

【0045】

つぎに、実施形態１の効果を検証するために行ったシミュレーションの結果を説明する。図６は、光入射端面４９に近い光反射壁５３ａの傾き角αが異なるサンプルを用いて、光利用効率と導光板の幅Ｗとの関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。図７は、サンプルの各部の寸法を定義する図である。シミュレーションには、光反射壁５３ａの傾き角αが０°、１５°、３０°、４５°の４種のサンプルを用いた。これらのサンプルは、光反射壁５３ａの長さＬ１が０.７５ｍｍ、光反射壁５３ｂの長さＬ２が０.８０ｍｍ、反射壁５３ｂの傾き角βが４５°、光源４２の光出射窓の幅ｄが２.０ｍｍである点は共通である。傾き角αが４５°のサンプルは、α＝βであるので、これは従来例と同じものである。各サンプルにおいて、導光板の幅Ｗを４.３ｍｍ、４.５ｍｍ、４.７ｍｍ、４.９ｍｍ、５.１ｍｍと変化させて光利用効率を求めた。図１８１の縦軸に示す光利用効率とは、光源４２から出射した全光量のうち何％の光量の光が導光板本体４５に達するかを表すものである。

【0046】

図６によれば、α＝４５°のサンプル（従来例）では、導光板の幅Ｗが狭くなると、光利用効率が急激に低下する。これは、α＝４５°のサンプルでは、導光板の幅Ｗが小さくなると、光入射端面４９の幅がすぐに光源４２の幅ｄよりも狭くなるためである。これに対し、α＝３０°、１５°、０°のサンプルでは、従来例のサンプルに比較して、導光板が狭くなっても光利用効率の低下が小さいことが分かる（α＝０°の場合の光利用効率の変化を示す曲線と、α＝１５°の場合の光利用効率の変化を示す曲線は、重なり合っている。）。特に、傾き角αが小さいほど光利用効率の低下が小さく、図６の幅Ｗの値の範囲では、傾き角αが１５°以下のサンプルではほとんど光利用効率の低下が見られない。

【0047】

また、図８（Ａ）は、傾き角αと傾き角βが等しい（α＝β＝４５°）場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。この場合には、光源から出射した光の多くが導光板に入らず、また導光板の外へ漏れていることが分かる。一方、図８（Ｂ）は、傾き角αが傾き角βよりも小さい（α＜β＝４５°）場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。この場合には、光源から出射した光はほとんど導光板内に入射し、また導光板からの漏れも少ないことが分かる。

【0048】

上記実施形態１では、光反射壁５３は、傾き角の異なる２面の光反射壁５３ａ、５３ｂで構成しているが、傾き角の異なる３面以上の光反射壁で構成していてもよい。

【0049】

図９は、傾き角の異なる光反射壁の面数と光利用効率との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。シミュレーションには、光反射壁の面数（光反射壁５３を構成する平面の数）が１、２、３、４の４種のサンプルを用いた。面数が１のサンプルは、図１０（Ａ）に示すように、傾き角がα＝４５°の１つの光反射壁５３ａを有し、光反射壁５３ａの長さＬは１.５５ｍｍとなっている。面数が２のサンプルは、図１０（Ｂ）に示すように、傾き角がα＝３０°とβ＝４５°の２つの光反射壁５３ａ、５３ｂを有し、各光反射壁５３ａ、５３ｂの長さＬ１、Ｌ２はほぼ等しく、合計（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２）で１.５５ｍｍとなっている。面数が３のサンプルは、図１１（Ａ）に示すように、傾き角がα＝１５°、β＝３０°、γ＝４５°の３つの光反射壁５３ａ、５３ｂ、５３ｃを有する。この場合も、各光反射壁５３ａ、５３ｂ、５３ｃの長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３はほぼ等しく、合計（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）で１.５５ｍｍとなっている。面数が４のサンプルは、図１１（Ｂ）に示すように、傾き角がα＝１５°、β＝２５°、γ＝３５°、δ＝４５°の４つの光反射壁５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄを有する。この場合も、各光反射壁５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄの長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４はほぼ等しく、合計（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）で１.５５ｍｍとなっている。また、いずれのサンプルも、光源４２の光出射窓の幅ｄは２.０ｍｍである。各サンプルにおいて、導光板の幅Ｗを４.３ｍｍ、４.５ｍｍ、４.７ｍｍ、４.９ｍｍ、５.１ｍｍと変化させて光利用効率を求めた。

【0050】

図９によれば、光反射壁の面数が１であるサンプル（従来例）では、導光板の幅Ｗが狭くなると、光利用効率が急激に低下する。これは、面数が１のサンプルでは、導光板の幅Ｗが小さくなると、光入射端面４９の幅がすぐに光源４２の幅ｄよりも狭くなるためである。これに対し、光反射壁の面数が２以上のサンプルでは、従来例のサンプルに比較して、導光板が狭くなっても光利用効率の低下が小さいことが分かる（光反射壁の面数が３の場合の光利用効率の変化を示す曲線と、光反射壁の面数が４の場合の光利用効率の変化を示す曲線は、重なり合っている。）。特に、光反射壁の面数が多いほど光利用効率の低下が小さく、図９に示した幅Ｗの値の範囲では、面数が３以上のサンプルではほとんど光利用効率の低下が見られない。

【0051】

図１２（Ａ）は、光反射壁の面数が１である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の光反射壁５３の部分を拡大した図である。図１２（Ｃ）は、光反射壁の面数が２である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１２（Ｄ）は、図１２（Ｃ）の光反射壁５３の部分を拡大した図である。図１３（Ａ）は、光反射壁の面数が３である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の光反射壁５３の部分を拡大した図である。図１３（Ｃ）は、光反射壁の面数が４である場合に、光源から出射した光が進む軌跡をシミュレーションにより求めた光線図である。図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）の光反射壁５３の部分を拡大した図である。図１２及び図１３からも、光反射壁５３の面数が多いほど光源から出射した光を効率よく導光板内に入射させることができ、また導光板からの漏れも少ないことが分かる。

【0052】

（実施形態２）
図１４（Ａ）は、本発明の実施形態２による面光源装置６１の斜視図である。図１４（Ｂ）は、面光源装置６１の一部破断した平面図である。実施形態２の面光源装置６１では、導光板４３の光反射壁５３は、曲面、たとえば円弧面となっている。特に、光反射壁５３は、導光板４３の内側へ引っ込んだ凹曲面となっている。光反射壁５３を垂直上方から見たとき、光入射端面側の端部（光入射端面側の端における接線）が光軸方向となす角度（傾き角）は、光入射端面４９から遠い側の端部（光入射端面４９から遠い側の端における接線）が光軸方向となす角度（傾き角）よりも小さくなっている。これ以外の点は、実施形態１と同様であるので、同一構成要素には実施形態１と同じ符号を付すことによって説明を省略する（以下の実施形態も同様）。

【0053】

実施形態２でも、実施形態１と同様に、導光板４３の側面における光漏れを小さくし、かつ、光入射端面４９による光源４２の光の捕捉率を向上させ、面光源装置６１の光利用効率を向上させることができる。

【0054】

（実施形態３）
図１５（Ａ）は、本発明の実施形態３による面光源装置７１の斜視図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のＸ部における光入射端面４９と平行な断面を示す拡大図である。実施形態１では光反射壁５３に立てた法線は光出射面５１に平行であったが、実施形態３の面光源装置７１では、光反射壁５３に立てた法線が光出射面５１に平行な方向から傾いている。すなわち、面光源装置７１では、光入射端面４９と平行な導光板断面においては、光反射壁５３が導光板４３の下面となす角度γは９０°よりも小さい。角度γは、たとえば６０°以上７５°以下である。

【0055】

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５１に垂直な面内における指向特性が広くなる。そのため、図１６（Ａ）に示すように、傾斜面４６で反射した光は、導光板本体４５の上面や下面に入射するときの入射角が小さくなり、光出射手段７２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、面光源装置７１のように光反射壁５３が傾いていれば、光反射壁５３で全反射した光は、光出射面５１に垂直な面内における指向特性が狭くなる。そのため、図１６（Ｂ）に示すように、光反射壁５３で反射した光は、導光板本体４５の上面や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。

【0056】

（実施形態４）
図１７は、本発明の実施形態４による面光源装置８１の平面図である。面光源装置８１のパターン素子４８は、垂直方向から見たとき、光源４２の中心を通過する光軸の左右で互いに反対方向へ傾いており、左右の領域でそれぞれ平行に並んでいる。

【0057】

（実施形態５）
図１８は、本発明の実施形態５による面光源装置８２の平面図である。面光源装置８２のパターン素子４８は、垂直上方から見たとき、光源４２の発光中心又はその近傍を中心として放射状に並んでいる。

【0058】

実施形態１−５の指向性変換パターン４７は、図１９（Ａ）に示すように、左右対称な断面形状を有するパターン素子４８で構成してもよい。あるいは、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）に示すように、左右非対称な断面形状を有するパターン素子４８で指向性変換パターン４７を構成してもよい。図１９（Ｂ）の指向性変換パターン４７は、断面がＶ溝状をしたパターン素子４８の２つの斜面のうち、中心面Ｃ（光源中心を通り、光入射端面４９及び光出射面５１に垂直な平面）に近い斜面の傾斜角が中心面Ｃから遠い斜面の傾斜角よりも大きくなっている。図１９（Ｃ）の指向性変換パターン４７は、断面がＶ溝状をしたパターン素子４８の２つの斜面のうち、中心面Ｃに近い斜面の傾斜角が中心面Ｃから遠い斜面の傾斜角よりも小さくなっている。さらに、図１９（Ｂ）及び図１９（Ｃ）に示すパターン素子４８は、中心面Ｃからの距離が大きくなるに従って断面形状が徐々に変化しており、しかも、中心面Ｃに関して対称な断面を有する。

【0059】

上記実施形態１−５では、光導入部４４の上面に傾斜面４６を形成し、指向性変換パターン４７も光導入部４４の上面に形成しているが、傾斜面４６を光導入部４４の下面に設けてもよく、また指向性変換パターン４７を導光板４３の下面に設けてもよい。

【0060】

（実施形態６）
図２０は、本発明の実施形態６による面光源装置９１を示す斜視図である。面光源装置９１では、１枚の導光板４３に複数のテーパー部５５を設けてあり、各テーパー部５５の光入射端面４９にそれぞれ光源４２を対向させている。

【0061】

面光源装置９１でも、ある光源４２から出射して光導入部４４に入射した光は、指向性変換パターン４７で反射することによって導光板４３の幅方向へ進路を曲げられ、反射壁５３で反射することによって出射元の光源４２の前方領域へ戻る。したがって、ある光源４２から出た光が、隣接する光源４２の前方領域へ侵入しにくく、光出射面５１に輝度ムラが生じにくくなる。さらに、光源４２間の配列ピッチが短くなっても、光入射端面４９の幅が光源４２の光出射窓の幅よりも狭くならないようにでき、光源４２の配列ピッチが短くなったときにも光の利用効率が低下しにくい。

【0062】

（実施形態７）
図２１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１０１を示す概略断面図である。図２１に示すように、導光板４３の光出射面５１の上には、拡散板１０２、１枚又は２枚のプリズムシート１０３及び液晶パネル１０４を重ねて配置している。導光板４３の裏面には、反射シート７３が対向している。液晶表示装置１０１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１０１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１０１を薄型化できる。

【0063】

（実施形態８）
図２２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１１１を示す正面図である。スマートフォン１１１は、その正面にタッチパネル付き液晶表示装置１１２を備えている。スマートフォン１１１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。

【符号の説明】

【0064】

４１、６１、７１、８１、８２、９１ 面光源装置
４２ 光源
４３ 導光板
４４ 光導入部
４５ 導光板本体
４６ 傾斜面
４７ 指向性変換パターン
４８ パターン素子
４９ 光入射端面
５１ 光出射面
５３、５３ａ−５３ｄ 光反射壁
５５ テーパー部
１０１ 液晶表示装置
１０４ 液晶パネル
１１１ スマートフォン
１１２ 液晶表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】