トップ :: F 機械工学 照明 加熱 武器 爆破 :: F21 照明




【発明の名称】 導光板、面照明装置、及び表示装置
【発明者】 【氏名】田中 幸生
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内

【氏名】小森 一徳
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内

【氏名】木村 雅典
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内

【氏名】佐藤 一郎
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地 松下電器産業株式会社内
【要約】 【課題】非常に薄い面照明装置においても、高輝度を得るとともに均一な輝度を得ることが可能な面照明装置、導光板、及び表示装置を提供する。

【解決手段】光源102と、光源102からの光が側面の光入射領域104から入射し内部を伝搬して一方の主面である光出射面105から外部へ出射する導光板101とを備えた面照明装置１において、導光板101の少なくとも一方の主面105に光出射面にほぼ垂直な段差面114aが設けられ、段差面114aは、光入射領域104に対向しかつ導光板101が光入射領域104側において厚くなるように設けられ、段差面114aに光入射領域104側に光を反射する第１の光反射構造123が形成され、導光板101の段差面114aを境に薄くなっている部分の光出射面105が外部へ光を出射する光出射領域113を形成しているものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、前記光源からの光が側面の光入射領域から入射し内部を伝搬して一方の主面である光出射面から外部へ出射する導光板とを備えた面照明装置において、前記導光板の少なくとも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段差面が設けられ、前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ前記導光板が前記光入射領域側において厚くなるように設けられ、前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１の光反射構造が形成され、前記導光板の前記段差面を境に薄くなっている部分の光出射面が外部へ光を出射する光出射領域を形成していることを特徴とする面照明装置。
【請求項２】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に形成された光反射膜である、請求項１に記載の面照明装置。
【請求項３】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に沿って配設された光反射部材である、請求項１に記載の面照明装置。
【請求項４】 前記導光板の周囲の媒質に対する相対屈折率が√２以上である、請求項１に記載の面照明装置。
【請求項５】 前記導光板の前記光入射領域は前記光出射面に対してほぼ垂直である、請求項４に記載の面照明装置。
【請求項６】 前記導光板の前記光入射領域から前記段差面に渡る部分の両方の主面に光を導光板側に反射する光反射部材が配設されている、請求項５に記載の面照明装置。
【請求項７】 前記光源が点状光源であり、前記第１の光反射構造が、前記光入射領域の前記点状光源に最も近い位置である光入射位置から入射し前記段差面に向かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の前記光入射位置以外の部分に向かって反射する、請求項１に記載の面照明装置。
【請求項８】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に形成された光反射膜である、請求項７に記載の面照明装置。
【請求項９】 前記入射光の最大指向方向と、前記段差面の前記入射光が到達する部分における法線方向とが、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互いに平行でない、請求項８に記載の面照明装置。
【請求項１０】 前記段差面は、前記光出射面に平行な平面に射影したときに、鋸歯形状又は曲線形状である、請求項９に記載の面照明装置。
【請求項１１】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に沿って配設された光反射部材である、請求項７に記載の面照明装置。
【請求項１２】 前記入射光の最大指向方向と、前記段差面の法線方向と、光反射部材の反射面の法線方向とを前記光出射面に平行な平面に射影したときに全てが平行ではない、請求項１１に記載の面照明装置。
【請求項１３】 前記段差面又は光反射部材の反射面は、前記光出射面に平行な平面に射影したときに鋸歯形状又は曲線形状である、請求項１２に記載の面照明装置。
【請求項１４】 前記段差面に回折光学素子が形成されている、請求項７に記載の面照明装置。
【請求項１５】 前記段差面にフレネルレンズが形成されている、請求項７に記載の面照明装置。
【請求項１６】 前記段差面が前記入射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たす、請求項７に記載の面照明装置。
【請求項１７】 前記光入射領域において、前記第１の光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射光を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する第２の光反射構造が形成されている、請求項７に記載の面照明装置。
【請求項１８】 前記第２の光反射構造が、前記光入射領域に形成された光反射膜である、請求項１７に記載の面照明装置。
【請求項１９】 前記入射光の最大指向方向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方向とが、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互いに平行でない、請求項１８に記載の面照明装置。
【請求項２０】 前記第２の光反射構造が、前記光入射領域に沿って配設された光反射部材である、請求項１７に記載の面照明装置。
【請求項２１】 前記入射光の最大指向方向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分における前記光反射部材の反射面の法線方向とを前記光出射面に平行な平面に射影したときに、全てが平行ではない、請求項２０に記載の面照明装置。
【請求項２２】 前記光入射領域の前記反射光が到達する部分に、回折光学素子が形成されている、請求項１７に記載の面照明装置。
【請求項２３】 前記光入射領域の前記反射光が到達する部分に、フレネルレンズが形成されている、請求項１７に記載の面照明装置。
【請求項２４】 前記光入射領域の前記反射光が到達する部分が、前記反射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たしている、請求項１７に記載の面照明装置。
【請求項２５】 前記光入射領域の前記反射光が到達する部分に、光拡散反射部材が配設された、請求項１７に記載の面照明装置。
【請求項２６】 前記光源の光放射指向特性が、前記光拡散反射部材の反射指向特性と略同じである、請求項２５に記載の面照明装置。
【請求項２７】 前記光源及び前記光入射位置を複数有する、請求項７乃至２６のいずれかに記載の面照明装置。
【請求項２８】 導光板の光出射面と反対側の面には方向性を有する拡散パターンが形成されていて、光出射領域内で前記拡散パターンの長手方向は入射光の最大指向方向に対してほぼ垂直である、請求項７から２６のいずれかに記載の面照明装置。
【請求項２９】 側面の光入射領域から入射した光が内部を伝搬して一方の主面である光出射面から外部へ出射する導光板において、少なくとも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段差面が設けられ、前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ厚みが前記光入射領域側において厚くなるように設けられ、前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１の光反射構造が形成され、前記導光板の前記段差面を境に薄くなっている部分の光出射面が外部へ光を出射する光出射領域を形成していることを特徴とする導光板。
【請求項３０】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に形成された光反射膜である、請求項２９に記載の導光板。
【請求項３１】 前記第１の光反射構造が、前記光入射領域に設定された光入射位置から入射し前記段差面に向かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の前記光入射位置以外の部分に向かって反射する、請求項２９に記載の導光板。
【請求項３２】 前記第１の光反射構造が、前記段差面に形成された光反射膜である、請求項３１に記載の導光板。
【請求項３３】 前記光入射領域において、前記第１の光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射光を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する第２の光反射構造が形成されている、請求項３１に記載の導光板。
【請求項３４】 前記第２の光反射構造が、前記光入射領域に形成された光反射膜である、請求項３３に記載の導光板。
【請求項３５】 請求項１に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子とを備えた表示装置。
【請求項３６】 請求項７に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子とを備えた表示装置。
【請求項３７】 請求項１７に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子とを備えた表示装置。
【請求項３８】 請求項３５、３６、又は３７に記載の表示装置を表示部として備えた携帯電話機。
【請求項３９】 請求項３５、３６、又は３７に記載の表示装置を表示部として備えた携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として携帯電話や携帯端末などの表示部を照明するためのバックライト等の面照明装置、それに用いられる導光板、及びそれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話や携帯端末などの表示部においては、液晶表示素子（液晶パネル）と薄型のバックライト（面照明装置）とを主な構成要素とする表示装置が用いられている。図１８にこの種の表示装置の断面構造を示す。図１８において、この表示装置では、偏光フィルム１１１ａ、１１１ｂをその両面に貼り付けた液晶パネル１１０が下側に位置するバックライト部１０９によって照明されるように構成されている。
【０００３】バックライト部１０９は、導光板１０１とＬＥＤ（発光ダイオード）等の光源１０２を主な構成要素としている。光源１０２から出力された光は導光板１０１の光入射側面１０４から導光板１０１内へ導入され、導光板１０１の上下面で反射を繰り返しながら伝搬する。そして、下面（拡散面）１０６に形成された拡散パターン１０３に当たると光は様々な方向に拡散され、その拡散された光のうちの一部が上面（光出射面：拡散面１０６の反対側の主面）１０５から出力光として取り出される。導光板１０１の材料としては、ポリカーボネイト等の樹脂材料やガラスなどの透明で屈折率の大きい媒質の材料が用いられる。また、バックライト部１０９は、導光板１０１や光源１０２の他に、拡散面１０６から下側に漏れた光を再度導光板１０１内へ戻すための反射シート１０７を備えることもある。さらに、光出射面１０５から出た光の指向性を均一化するための拡散シート１０８なども備えることもあり、あるいは、逆に指向性を高めるためのレンズシート又はプリズムシートなどがさらに付加されることもある。
【０００４】図１８に示すようなバックライト部１０９は、光源１０２を導光板１０１の下側ではなく側面に備える構造となっているので薄型化が可能であるという特長を有する。また、導光板１０１内で光が伝搬するときに光源１０２から近い部分では伝搬光量が多く、光源１０２から遠くなるに従って伝搬光量が少なくなるが、拡散パターン１０３の配置密度を最適設計することにより、光出射面全体に渡って比較的均一な出力光を得ることができる。また、拡散パターン１０３の形状や配置方向を最適化することにより、出力光の指向性を制御することも可能となる。
【０００５】さて、携帯電話や携帯端末等の表示装置においては、非常に薄い（場合によっては１〜２ｍｍ厚、あるいはそれ以下の）バックライトが必要とされる。図１８のバックライトは確かに薄型化に適してはいるが、図１９（ａ）に示すように導光板１０１自体の厚みを光源１０２の発光領域１０２ａのサイズよりも薄くすることはさすがに困難である（ここでは後に述べる引用文献の関係で光源１０２が蛍光管である場合を想定していて、発光領域１０２ａのサイズは蛍光管の直径に相当する）。こうすると、光源１０２からの光が有効に導光板１０１内に導入されなくなり、光出射面１０５の光出射領域１１３（実際に表示に寄与する領域に相当。表示領域と言ってもよい）における輝度が低下するからである。
【０００６】そこで、この課題を克服する構成が考案され、それが特開平６−１７４９３８号公報に開示されている。この文献の図１に示されているのがその具体的な構成であり、その概略の構成を本願の図１９（ｂ）に示す。図１９（ｂ）において、光出射面１０５の光出射領域１１３における導光板１０１の厚みは光源１０２の発光領域１０２ａのサイズより薄くなっているが、光入射側面１０４の近傍部１０１ａにおける導光板１０１の厚みは光源１０２の発光領域１０２ａのサイズと同等あるいはそれ以上になるようにしている。そして、これらの間はテーパ部１１２によって接続されている。このようにすると、光出射領域１１３における導光板１０１の厚みを薄くして、なおかつ光源１０２からの光を有効に導光板１０１内に導入することができる。
【０００７】さて、携帯電話や携帯端末等の表示装置においては、先にも述べたように光源として主にＬＥＤが用いられる。その理由としては、蛍光管や冷陰極管などに比べて小型でありかつ低消費電力であることが挙げられる。このときに、ＬＥＤ１個だけでは十分な輝度を得ることができないので、２つ以上のＬＥＤを用いるのが一般的である。２つのＬＥＤを用いた例としては、ＷＯ９８／１９１０５（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９７／０３８９２、特許第３１５１８３０号）の第２７図に記載された表示装置を挙げることができる。
【０００８】なお、この表示装置では、２個の光源を一箇所に集中させて配置するのではなく２箇所に分散させて配置しているが、これには光源で発生する熱を有効に分散させて温度上昇を抑制し、導光板の劣化を防ぐという意味がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、図１９（ｂ）に示すようなテーパ部１１２を有する構成にすると、図１９（ａ）のような実質的に一様な厚みの導光板の場合に比べて光入射側面１０４における光導入効率を高めることができる。しかし、詳細な解析の結果、図１９（ｂ）の構造においては一旦導光板１０１内に導入された光の一部が再度導光板の外部へ抜けてしまい、テーパ部１１２よりも奥へ光が有効に伝搬されないことがわかった。すなわち、光利用効率は思ったほど改善されないことが明らかになった。
【００１０】また、複数のＬＥＤを配置する構成においては、光出射領域１１３を観察したときに、ＬＥＤ設置位置の近傍で特に出力光の輝度の大きい部分が生じてしまい、輝度ムラになるという問題が発生した。これは、蛍光管が線状光源であるのに対して、ＬＥＤは実質的に点光源であることに起因したものである。この輝度ムラは、導光板における拡散パターンの配置密度の補正では対応しきれない程度のものであった。
【００１１】本発明は以上の２つの課題を同時に解決し、非常に薄い面照明装置においても、光利用効率を高めて高輝度を得るとともにＬＥＤ設置位置近傍で発生する輝度ムラをなくし均一な輝度を得ることが可能な面照明装置、導光板、及び表示装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するために、本件発明者は、まず、図１９（ｂ）の構成において発生した、導光板に一旦導入された光が再度外部へ抜けてしまうという問題の原因について検討した。これを以下に説明する。
【００１３】図２０は、図１９（ｂ）の光入射側面１０４及びテーパ部１１２付近の拡大図である。いま、この図において符号Ｒ1で示されるような光線が光入射側面１０４上の点Ａから入射した場合を考える。光線Ｒ1と光入射側面１０４の法線とのなす角をθＡとおくと、角θＡは、光入射側面（導光板１０１を構成する媒質と導光板１０１の周囲の媒質（空気）との界面）１０４に入射した光線の導光板１０１内への出射角を表している。この角θＡを、以下、導入角と呼ぶ。光線Ｒ1は導光板１０１の底面の点ＢにおいてθＢ＝９０°−θＡという角度で入射するが、θＢは導光板１０１を構成する媒質の臨界角θｏ（＝ｓｉｎ-1（１／η）；ηは導光板１０１を構成する媒質の外界（導光板の周囲の媒質）に対する相対屈折率）以上である（すなわち導入角θＡは９０°−θｏ以下である）ものとする。もし導光板１０１がどの部分でも同じ厚みであり導光板の上下面が平行であるならば、光線Ｒ1は上下面で何回反射を繰り返しても入射角はθＢのままであり、全反射条件θＢ≧θｏを保ちながら導光板内を伝搬するので、拡散パターンに当たらない限り導光板１０１の外部へ抜けることはない。しかし図２０に示すようにテーパ部１１２が存在する構成の場合、光線Ｒ1がテーパ部１１２に入射すれば（点Ｃ）そのときの入射角θＣはθＢよりも小さくなり、場合によってはθＣが臨界角θｏを下回り、全反射条件を満足しなくなって、その一部が導光板１０１の外部に抜けてしまうことになる。
【００１４】また、光入射側面１０４の点Ｄから入射される光線Ｒ2のようなケースもある。すなわち、この光線Ｒ2の導入角θＤは導入角θＡ以下であるので、テーパ部１１２が存在しなければ拡散パターンに当たらない限り導光板１０１の外部へ抜けることはない。しかし、ここでは、光線Ｒ2は、点Ｅにおいてテーパ部１１２に入射するため、たとえこのときの入射角θＥが臨界角θｏ以上であっても、次に導光板１０１の下面１０６に入射するとき（点Ｆ）の入射角θＦはθＥより小さくなり、場合によってはθＦが臨界角θｏを下回り、やはり全反射条件を満足しなくなって一部の光が導光板の外部に抜けてしまうことになる。
【００１５】その他、最初の入射角は十分大きいが、テーパ部１１２と導光板下面の間で何度も反射を繰り返しているうちに次第に入射角が小さくなっていき、いずれθｏを下回って外部へ抜けてしまうという光線ももちろん存在する。
【００１６】以上により、テーパ部１１２を有する構成では導光板１０１に一旦導入された光が再度外部へ抜けてしまうことが理解できる。
【００１７】そこで、本発明に係る面照明装置は、光源と、前記光源からの光が側面の光入射領域から入射し内部を伝搬して一方の主面である光出射面から外部へ出射する導光板とを備えた面照明装置において、前記導光板の少なくとも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段差面が設けられ、前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ前記導光板が前記光入射領域側において厚くなるように設けられ、前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１の光反射構造が形成され、前記導光板の前記段差面を境に薄くなっている部分の光出射面が外部へ光を出射する光出射領域を形成している（請求項１）。かかる構成とすると、段差面に入射する光線が第１の光反射構造によりほぼ全面反射されるので、段差面から外部に光線が抜けるのがほぼ防止される。また、段差面が光出射面にほぼ垂直に設けられているので、導光板内に入射し段差面で反射された光線が臨界角より小さい角度で導光板の上下面に当たって外部に抜けるのが防止される。その結果、光の利用効率が向上し、光出射領域における輝度が向上する。
【００１８】また、前記第１の光反射構造が、前記段差面に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求項２、８）。かかる構成とすると、第１の光反射構造を容易に構成することができる。
【００１９】また、前記第１の光反射構造が、前記段差面に沿って配設された光反射部材であるとしてもよい（請求項３、１１）。かかる構成としても、第１の光反射構造を容易に構成することができる。
【００２０】また、前記導光板の周囲の媒質に対する相対屈折率が√２以上であるとしてもよい（請求項４）。かかる構成とすると、導光板に入射する光線が導光板の平行な上下面における全反射条件を満たすこととなり、光のロスが低減される。
【００２１】また、前記導光板の前記光入射領域は前記光出射面に対してほぼ垂直であるとしてもよい（請求項５）。かかる構成とすると、導光板内に入射する光線が導光板の平行な上下面における全反射条件を満たしやすくなる。
【００２２】また、前記導光板の前記光入射領域から前記段差面に渡る部分の両方の主面に、光を導光板側に反射する光反射部材が配設されているとしてもよい（請求項６）。かかる構成とすると、光のロスを低減することができる。
【００２３】また、前記光源が点状光源であり、前記第１の光反射構造が、前記光入射領域の前記点状光源に最も近い位置である光入射位置から入射し前記段差面に向かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の前記光入射位置以外の部分に向かって反射するとしてもよい（請求項７）。かかる構成とすると、点状光源間に光反射構造を形成することにより、導光板の光出射領域における輝度を均一化することができる。
【００２４】また、前記入射光の最大指向方向と、前記段差面の前記入射光が到達する部分における法線方向とが、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互いに平行でないとしてもよい（請求項９）。
【００２５】また、前記段差面は、前記光出射面に平行な平面に射影したときに、鋸歯形状又は曲線形状であるとしてもよい（請求項１０）。かかる構成とすると、容易に第１の光反射構造を実現できる。
【００２６】また、前記入射光の最大指向方向と、前記段差面の法線方向と、光反射部材の反射面の法線方向とを前記光出射面に平行な平面に射影したときに全てが平行ではないとしてもよい（請求項１２）。
【００２７】また、前記段差面又は光反射部材の反射面は、前記光出射面に平行な平面に射影したときに鋸歯形状又は曲線形状であるとしてもよい（請求項１３）。かかる構成とすると、容易に第１の光反射構造を実現できる。
【００２８】また、前記段差面に回折光学素子が形成されているとしてもよい（請求項１４）。
【００２９】また、前記段差面にフレネルレンズが形成されているとしてもよい（請求項１５）。
【００３０】また、前記段差面が前記入射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たすとしてもよい（請求項１６）。かかる構成とすると、光反射膜や光反射部材を設けることなく、第１の光反射構造を実現できる。
【００３１】また、前記光入射領域において、前記第１の光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射光を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する第２の光反射構造が形成されているとしてもよい（請求項１７）。かかる構成とすると、導光板の光出射領域における輝度を均一化することができる。
【００３２】また、前記第２の光反射構造が、前記光入射領域に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求項１８）。かかる構成とすると、第２の光反射構造を容易に実現できる。
【００３３】また、前記入射光の最大指向方向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方向とが、前記光出射面に平行な平面に射影したときに互いに平行でないとしてもよい（請求項１９）。
【００３４】また、前記第２の光反射構造が、前記光入射領域に沿って配設された光反射部材であるとしてもよい（請求項２０）。
【００３５】また、前記入射光の最大指向方向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分の法線方向と、前記光入射領域において前記反射光が到達する部分における前記光反射部材の反射面の法線方向とを前記光出射面に平行な平面に射影したときに、全てが平行ではないとしてもよい（請求項２１）。
【００３６】また、前記光入射領域の前記反射光が到達する部分に、回折光学素子が形成されているとしてもよい（請求項２２）。
【００３７】また、前記光入射領域の前記反射光が到達する部分に、フレネルレンズが形成されているとしてもよい（請求項２３）。
【００３８】また、前記光入射領域の前記反射光が到達する部分が、前記反射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たしているとしてもよい（請求項２４）。
【００３９】また、前記光入射領域の前記反射光が到達する部分に、光拡散反射部材が配設されたものとしてもよく（請求項２５）、また、前記光源の光放射指向特性が、前記光拡散反射部材の反射指向特性と略同じであるとしてもよい（請求項２６）。かかる構成とすると、導光板の光出射領域における輝度をより均一化することができる。
【００４０】また、前記光源及び前記光入射位置を複数有するとしてもよい（請求項２７）。
【００４１】また、導光板の光出射面と反対側の面には方向性を有する拡散パターンが形成されていて、光出射領域内で前記拡散パターンの長手方向は入射光の最大指向方向に対してほぼ垂直であるとしてもよい（請求項２８）。
【００４２】また、本発明に係る導光板は、側面の光入射領域から入射した光が内部を伝搬して一方の主面である光出射面から外部へ出射する導光板において、少なくとも一方の主面に前記光出射面にほぼ垂直な段差面が設けられ、前記段差面は、前記光入射領域に対向しかつ厚みが前記光入射領域側において厚くなるように設けられ、前記段差面に前記光入射領域側に光を反射する第１の光反射構造が形成され、前記導光板の前記段差面を境に薄くなっている部分の光出射面が外部へ光を出射する光出射領域を形成している（請求項２９）。かかる構成とすると、非常に薄くても輝度を向上することができる。
【００４３】また、前記第１の光反射構造が、前記段差面に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求項３０、３２）。
【００４４】また、前記第１の光反射構造が、前記光入射領域に設定された光入射位置から入射し前記段差面に向かって伝搬する入射光の大部分を、前記光入射領域の前記光入射位置以外の部分に向かって反射するとしてもよい（請求項３１）。
【００４５】また、前記光入射領域において、前記第１の光反射構造からの反射光が到達する部分に、前記反射光を前記入射光の最大指向方向に向かって再度反射する第２の光反射構造が形成されているとしてもよい（請求項３３）。かかる構成とすると、光出射領域における輝度を均一化することができる。
【００４６】また、前記第２の光反射構造が、前記光入射領域に形成された光反射膜であるとしてもよい（請求項３４）。３に記載の導光板。
【００４７】また、本発明に係る表示装置は、請求項１に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子とを備えたものである（請求項３５）。
【００４８】また、本発明に係る表示装置は、請求項７に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子とを備えたものである（請求項３６）。
【００４９】また、本発明に係る表示装置は、請求項１７に記載の面照明装置と、前記面照明装置からの出射光を２次元的に変調する表示素子とを備えたものである（請求項３７）。
【００５０】また、本発明に係る携帯電話機は、請求項３５、３６、又は３７に記載の表示装置を表示部として備えたものである（請求項３８）。
【００５１】また、本発明に係る携帯端末装置は、請求項３５、３６、又は３７に記載の表示装置を表示部として備えたものである（請求項３９）。
【００５２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１図１は本発明の実施の形態１に係る面照明装置の構成を模式的に示す断面図である。
【００５３】図１に示すように、本実施の形態に係る面照明装置１は、導光板１０１を有している。導光板１０１は、ここでは、矩形の平面形状を有し、平坦な下面１０６と、下面１０６に平行で段差部１１４が形成された上面１０５を有している。段差部１１４は、本発明の特徴的構成であり、導光板１０１の４つの側面（端面）のうちの１つである光入射側面（光入射領域）１０４の近傍に該光入射側面１０４に平行に、かつ導光板１０１の、段差部１１４の光入射側面側に位置する部分（以下、光導入部という）１２１の厚みが、導光板１０１の、段差部１１４の光入射側面側と反対側に位置する部分（以下、光出力部という）１２２の厚みより大きくなるように設けられている。段差部１１４の段差面１１４ａは、導光板１０１の下面１０６にほぼ垂直に形成されている。段差面１１４ａには、反射膜１２３が形成されている。この反射膜１２３は、ここでは、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（化学的気層堆積法）、メッキ、スピンコートなどにより形成された金属反射膜で構成されている。金属反射膜は、例えばＡｇ、Ａｌなどのように反射率の高いものが望ましい。光出力部１２２の導光板１０１の下面１０６には図示されない拡散パターンが形成され、従って、光出力部１２２の導光板１０１の上面１０５が光出力領域１１３を形成している。この光出射領域１１３の上方には拡散シート１０８が配設されている。そして、導光板１０１の入射側面１０４に隣接して複数（ここでは４つ）のＬＥＤからなる光源１０２がほぼ等間隔で配置されている。この光源１０２と光導入部１２１の導光板１０１の上面１０５の上方を覆うように、光反射部材としての上面反射シート１１５が配設されている。また、光源１０２と導光板１０１の下面１０６との下方を覆うように反射シート１０６が配設されている。
【００５４】次に、以上のように構成された面照明装置１の動作を説明する。
【００５５】図１において、光源１０２から出射された光は、導光板１０１の光入射側面１０４から導光板１０１内に導入され、導光板１０１内を伝搬する過程で光出力部１２２における下面１０６の拡散パターンで拡散されて、上面１０５の光出力領域１１３から出射され、拡散シート１０８で拡散される。
【００５６】次に、本発明の特徴である導光板１０１内への光の導入作用について詳しく説明する。図２は導光板内への光の導入作用を模式的に示す断面図である。
【００５７】図２において、まず、光源１０２（図２には示していない）から発せられて光入射側面１０４の下半部に位置する点Ａから下向きに導光板内に入射した光線Ｒ1のような場合について考える。光線Ｒ1の導入角θＡは、９０°−θｏ以下であるという条件を満たしているものとする。光線Ｒ1は導光板１０１の下面１０６の点ＢにθＢ＝９０°−θＡという角度で入射するが、上述の条件によりθＢは臨界角θｏ以上であるので、全反射してそのまま何の問題も無く段差部１１４よりも奥へ到達する。そして、以降は常に入射角θＢを保ったまま導光板１０１の上下面で全反射を繰り返し、拡散パターンにあたるまで導光板１０１内を伝搬していく。
【００５８】次に、光入射側面１０４の略中央部に位置する点Ｄから導光板１０１内に上向きに入射した光線Ｒ2のような場合について考える。光線Ｒ2の導入角θＤは、９０°−θｏ以下であるという条件を満たしているものとする。この場合、光線Ｒ2は、まず段差面１１４ａ上の点Ｅに角度θＤで入射する。段差面１１４ａには金属反射膜が形成してあるので、入射角の如何にかかわらず入射光線はほぼ全てθＤという反射角で反射される。その反射された光線Ｒ2は、今度は導光板１０１の上面１０５の点Ｆに入射するが、このときの入射角はθＦ＝９０°−θＤである。上述の条件によりθＦは臨界角θｏ以上であるので光線Ｒ2は全反射する。次に、この光線Ｒ2は光入射側面１０４上の点Ｇに到達するが、ここでの入射角は９０°−θＦ＝θＤである。ここでは必ずしも全反射条件を満たさないので、光線Ｒ2の一部Ｒ2'は光入射側面１０４から導光板外部に出射され、残り（Ｒ2"）は再度導光板１０１内を伝搬する。
【００５９】一方、導光板１０１の外部に出射された光線Ｒ2'は光源１０２に当たるか、あるいはＬＥＤのように実質的な点光源を配列している場合には光源１０２又はその間隙部分のいずれかに当たる。一般に、光源１０２の発光領域は拡散反射特性を持っている場合が多く、また光源１０２の間隙部分にも拡散反射特性をもつ部材を配置することが多いので、光線Ｒ2'はここで拡散反射して再度光入射側面１０４から導光板１０１内部に導入される（以下、これを再入射と呼ぶ）。また、上述の点Ｇで反射されて再度導光板内を伝搬する光線Ｒ2"もやはり最初に光入射側面１０４から入射した光線と等価である。よって、点Ｇに到達した光は外部に出射されるか内部に反射されるかにかかわらず結局振り出しに戻って、再度光線Ｒ1あるいは光線Ｒ2のような経路を辿ることになる。
【００６０】ところで、以上においては光線Ｒ1、Ｒ2ともに光入射側面１０４と段差面１１４ａとの間における導光板１０１の上下面での全反射が１回だけ（点Ｂあるいは点Ｆおける反射）である場合を例にとって説明したが、もちろんこれ以外にも何度も上下面で全反射する光線や、逆に１度も上下面に当たらないような光線もありうる。しかし、どのような光線であっても段差面１１４ａでの反射と光入射側面１０４での反射あるいは再入射の挙動は上述の説明と全く同様であって、導光板１０１の上下面における全反射回数を別にすれば、導光板１０１内に入射する光線の経路は上述の光線Ｒ1又はＲ2のいずれかのパターンに集約される。
【００６１】以上によれば、仮に光線Ｒ2のように段差面１１４ａに当たって光入射側面１０４の方に戻ってきても、何度か往復を繰り返しているうちにいずれは光線Ｒ1のパターンとなって段差部１１４よりも奥に到達することになり、結局ほとんどロス無く光出射領域１１３の方まで達することが帰結される。
【００６２】さて、以上の説明において光入射側面１０４から入射した直後の光線が光入射側面１０４の法線に対してなす角、すなわち導入角θＡあるいはθＤは９０°−θｏ以下であるということを前提としている。これが満たされるのはどのようなときかについて考えてみる。
【００６３】図３は光源１０２から発せられた光が導光板１０１の内部に入射する様子を模式的に示す断面図である。図３に示すように、光入射側面１０４への光線の入射角をθＡ０、光入射側面１０４を通過した後の角度をθＡとすると、これらの間にはｓｉｎ（θＡ）／ｓｉｎ（θＡ０）＝１／ηの関係がある（スネルの法則）。但し、ηは導光板１０１の周囲の媒質に対する相対屈折率である。この式によれば、θＡが最大になるのは光源から発せられた光線が光入射側面１０４に対してすれすれに入射する場合、すなわちθＡ０＝９０゜の場合であり、そのときのθＡはθＡ＝ｓｉｎ−１（１／η）と求められる。この最大角度θＡに対してもそれが９０゜−θｏ以下であるという条件は、臨界角がθｏ＝ｓｉｎ−１（１／η）と表されることを考慮すれば、以下の式（１）のように表される。
【００６４】
【数１】

【００６５】式（１）により１／η≦√２／２、すなわちη≧√２という条件が得られる。よって、η≧√２という条件を満たしていれば光源１０２から発光されて光入射側面１０４に入る光線（及び光入射側面１０４から再入射する光線も含む）はすべて導光板上下面で全反射条件を満たし、何度かの往復を繰り返した後に必ず段差部１１４よりも奥に到達することになり、ほとんどロスは発生しない。
【００６６】なお、以上の説明においては光入射側面１０４は光出射面１０５に対してほぼ垂直である場合を想定していたが、この条件を満たしておくことが望ましい。こうしておくと、図２の光線Ｒ2"の導光板１０１の上下面における入射角が保存されるからである。ただ、光線Ｒ2"の光線は強度的には光線Ｒ2'ほど大きくないので、この条件が満たされなくても段差部１１４より奥への光到達率が極端に低下するというわけではなく、それなりの効率改善効果は期待できる。
【００６７】ところで、本実施の形態では、図１に示すように、光反射部材である上面反射シート１１５が配設されている。上面反射シート１１５は、図４に示すように、光源１０２から発せられて該光源１０２と光入射側面１０４との隙間から上方へ抜けようとする光線Ｒ3を、反射して導光板１０１内に入射させることができ、その結果、光利用効率を高めることができる。また、導光板１０１の下面１０６においても、反射シート１０７が該下面１０６の下方のみならず光源１０２の下方をも覆うように配置されているので、光源１０２から発せられて該光源１０２と光入射側面１０４との隙間から下方へ抜けようとする光線Ｒ4を、反射して導光板１０１内に入射させることができ、それによって光利用効率をさらに高めることができる。
【００６８】なお、以上の構成では、段差面１１４ａに形成される反射膜１２３が金属反射膜から構成されているが、これが誘電体多層膜で構成されていても構わない。十分な光反射率が得られるものであれば何でもよい。
【００６９】次に、本実施の形態の変形例を説明する。
【００７０】図５は本実施の形態の第１の変形例を示す断面図、図６（ａ）は本実施の形態の第２の変形例を示す断面図、図６（ｂ）は本実施の形態の第３の変形例を示す断面図である。
【００７１】図５に示すように、第１の変形例では、段差面１１４ａに反射膜が形成される代わりに、該段差面１１４ａに沿って反射シート等の光反射部材１１６が配置されている。このような構成としても、図１の構成と同等の効果が得られる。
【００７２】また、図１の構成では、段差部１１４は導光板１０１の上面１０５に形成したが、これを例えば、図６（ａ）に示す第２の変形例のように導光板１０１の下面１０６に形成してもよく、あるいは、図６（ｂ）に示す第３の変形例のように導光板１０１の両面１０５，１０６に形成してもよい。このような構成としても、もちろん図１の構成と同等の効果が得られる。なお、第２、第３の変形例では、光出力部１２２の導光板１０１の下面１０６を覆うように反射シート１０７が配設され、これとは別に、光導入部１２１の導光板１０１の下面１０６を覆うように反射シート１１７が配設されている。もちろん、反射シート１０７をここまで延長しても構わない。なお、図１の構成と図６（ａ）の第２の変形例及び図６（ｂ）の第３の変形例とを比較すると、図１の構成は、光出射領域１１３の上に液晶パネル等の表示素子を置きやすいという利点がある。特に、段差部１１４を液晶パネルの位置決めに利用できるという利点がある。また、図６（ｂ）の第３の変形例は、光源１０２から光入射側面１０４に垂直入射する最も指向性の高い光線が段差部１１４に当たることなく奥の方に達するので、上記３種類の構成中では最も高い効率が得られる。
実施の形態２図７は本発明の実施の形態２に係る面照明装置に用いられる導光板の構成を示す斜視図である。図７において図１と同一符号は同一又は相当する部分を示す。図７に示すように、本実施の形態では、導光板１０１の上面１０５に形成された段差部１１４が、平面視において、鋸歯形状（ジグザグ形状）に形成され、図１に示す拡散シート１０８及び反射シート１１５の段差部１１４に対応する辺が、該段差部１１４の形状に対応する鋸歯形状に形成されている。その他の点は、実施の形態１と同様である。
【００７３】次に、以上のように構成された面照明装置の導光板への光導入作用を説明する。図８は図７の導光板への光の導入作用を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００７４】図８において、光線Ｒ1は、光入射側面１０４上の光入射位置（光入射側面１０４上で光源に接触あるいは最近接している部分。目安として、光源１０２の発光領域を光入射側面１０４上に射影した領域を想定すればよい）上の点Ａを起点として導光板１０１内を伝搬する光線の一つであり、図２における光線Ｒ1と同様に、段差部１１４に当たることなく導光板１０１の奥の方に伝搬する光線である。一方、光線Ｒ2も同じく点Ａを起点として導光板１０１内を伝搬する光線であるが、これは図２における光線Ｒ2に対応し、段差部１１４で反射する光線である。図８（ｂ）から明らかなように、この光線Ｒ2は図２の光線Ｒ2（及びＲ2"）とほぼ同様な経路をたどっている。以上より、本実施の形態の面照明装置における光の導入作用は、側面視においては実施の形態１（図２）と全く等価であり、従って、実施の形態１）と全く同様の原理で光利用効率を高められることがわかる。
【００７５】次に、この光線Ｒ2を図８（ａ）の平面図で見てみる。光線Ｒ2は、導光板１０１内に入射すると、最初は光入射側面１０４に対してほぼ垂直に近い角度で段差部１１４まで伝搬するが（点Ａ−点Ｂの区間）、段差部１１４が鋸歯形状になっているため点Ｂで斜めの方向に反射され、光入射側面１０４の光入射位置（点Ａ）以外の部分（点Ｃ）に向かって伝搬する。点Ｃでは光線Ｒ2は反射又は再入射し、再び導光板１０１の奥の方に向かって伝搬する。もし、段差部１１４で光線の当たる位置が鋸歯形状の頂点Ｔを挟んで点Ｂと反対側（例えば点Ｂ'）であれば、反射光は点Ｃ'付近に向かって伝搬する。点Ｃ'付近も光入射側面１０４の光入射位置以外の部分に相当している。光入射側面１０４の光入射位置から段差部１１４に向かって伝搬する入射光のうち最も指向性の高い方向（最大指向方向と呼ぶことにする）は光入射側面１０４の法線方向であり、導光板１０１への入射光の指向特性はこの方向にピークをもつ分布になると考えられる。従って、導光板１０１への入射光の大部分は頂点Ｔ近傍に当たることになり、結果として大部分が点Ｃあるいは点Ｃ'付近に向かって反射されることになる。このような特徴により、実施の形態１で述べた光利用効率向上の効果のみならず、光出射領域内のＬＥＤ設置位置に近い部分で発生する輝度ムラが平均化され輝度が均一になるという効果が得られる。以下、この点についてさらに詳しく説明する。
【００７６】図９は導光板の伝搬光量分布を示すグラフであって、図９（ａ）は図８（ａ）のIXa−IXa断面における伝搬光量分布を示す図、図９（ｂ）は図１の導光板のIXa−IXa断面に対応する断面における伝搬光量分布を示す図である。なお、実施の形態１で述べたように、図１の面照明装置においても図７の面照明装置板と同様に光源１０２としてのＬＥＤを４個有している。
【００７７】図９（ａ）及び図９（ｂ）において、符号Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3は、それぞれ、段差部に当たらない光線の伝搬光量分布、段差部に少なくとも１回当たる光線の伝搬光量分布、及び全伝搬光量分布を表す曲線を示す。
【００７８】まず、図１の導光板について考察する。図２の光線Ｒ1のような段差部１１４に当たらない光線については、当然、ＬＥＤ光源１０２に近接した部分では伝搬光量が大きく、その中間部分では伝搬光量は少なくなる。従って、図９（ｂ）の曲線Ｌ1で示されるような伝搬光量分布になる。一方、図２の光線Ｒ2のように段差部１１４に少なくとも１回当たる光線については、光入射側面１０４と段差部１１４との往復で伝搬距離が多少増えて僅かに輝度の明暗差が緩和されるものの、曲線Ｌ1と大差はなく、曲線Ｌ2のような伝搬光量分布となる。そして、曲線Ｌ1と曲線Ｌ2とを足し合わせた全伝搬光量として曲線Ｌ3が得られる。このように、全伝搬光量は非常に明暗の差が激しいものになる。
【００７９】次に、図７の導光板について考察する。図８（ｂ）の光線Ｒ1のように段差部１１４に当たらない光線の伝搬光量分布は、図１の導光板におけるそれと変わりなく、図９（ｂ）の曲線Ｌ4のように表せる。しかし、少なくとも１回段差部１１４に当たる光線については、先に説明したように図８（ａ）の光入射側面１０４の光入射位置（点Ａ）以外の部分（例えば点Ｃあるいは点Ｃ'付近）に集中的に戻ってくるので、そこから導光板１０１内に再度入射した光は点Ｃあるいは点Ｃ'のような位置に極大をもった分布となる。従って、図９（ｂ）の曲線Ｌ5で表されるような伝搬光量分布が得られる。そうすると、互いに逆の明暗分布を有する曲線Ｌ4と曲線Ｌ5とが相補的に足し合わされて、全伝搬光量として非常に平滑な曲線Ｌ6が得られる。そして、導光板１０１の光出力部１２２の始端部における断面（IX−IX断面）でこのように平滑な伝搬光量分布が得られているので、光出射領域１１３においてもその全領域に渡って非常に均一な輝度を得ることができる。
【００８０】以上の効果を得るための構成を要約すると、「光入射側面１０４上の光入射位置から段差部１１４に向かって伝搬する入射光の大部分が、光入射側面１０４の光入射位置以外の部分に向かって反射されるような光反射構造が段差部１１４に形成されていること」であるといえる。「入射光の大部分」という代わりに、「入射光の最大指向方向に伝搬する光線」と言ってもよい。
【００８１】図７の導光板の場合には、図８（ａ）からわかるように、入射光の最大指向方向（光入射側面１０４の法線方向に相当）と、この入射光が達する部分における段差面１１４ａの法線方向とが、光出射面１０５に平行な平面に射影したとき（平面視において）に互いに平行でないようにすることで、上記の光反射構造を実現しているのである。
【００８２】なお、以上の構成では段差部１１４の形状は鋸歯形状であるとしたが、これ以外にももちろんいろいろな形状が考えられる。図１０にいくつかの具体例を示す。これらは全て導光板１０１における段差部１１４を光出射面１０５と平行な平面に射影したときの形状を示したものである。図１０（ａ）は、段差部１１４の鋸歯形状の山と谷とが図７の場合と逆になった例を示している。図１０（ｂ）も、鋸歯形状の一種であって、段差部１１４の一部のみを光入射側面１０４に対して非平行にした例を示す。図１０（ｃ）は鋸歯形状のさらに別のパターンの例を示している。図１０（ｄ）〜（ｆ）は、段差部１１４を様々な曲線形状（円弧、放物線形状、双曲線形状、正弦波形状、その他様々な曲線形状も含まれる）として形成した例を示している。以上のいずれであっても、均一な輝度分布を得ることができる。
【００８３】また、本実施の形態においても、実施の形態１の第１の変形例と同様に、段差部１１４に金属反射膜あるいは誘電体反射膜等を成膜する代わりに、段差部１１４に沿って光反射部材１１６を配設することができる。側面視においては、図５の構造に類似したものになる。図１１にその具体例を示す。図１１（ａ）は、鋸歯形状の段差部１１４と平面状の光反射部材１１６とを組み合わせた例を示す。図１１（ｂ）は、平坦な段差部１１４と鋸歯形状の光反射部材１１６（ちょうど屏風（びょうぶ）のような形状になる）とを組み合わせた例を示す。図１１（ｃ）は、鋸歯形状の段差部１１４と鋸歯形状の光反射部材１１６とを組み合わせた例を示す。このような構成とすると、光入射位置Ａから段差部１１４に向かって伝搬する入射光の最大指向方向における光線は、図１１（ａ）の場合には段差部１１４を透過して屈折することにより、図１１（ｂ）の場合には光反射部材１１６で反射することにより、図１１（ｃ）はこれらの両方の効果により、光入射側面１０４の光入射位置Ａ以外の部分に向かって反射される。従って、やはり輝度分布を均一化できるという効果が得られる。
【００８４】図１１（ａ）〜（ｃ）の光反射構造で共通するのは、入射光の最大指向方向と、段差部１１４（正確には段差面）の法線方向と、光反射部材１１６の反射面の法線方向とを光出射面に平行な平面に射影したときに、全てが平行ではない（少なくとも一つは他と異なっている）ということである。これが、上記光反射構造により、反射光を光入射側面１０４の光入射位置以外の部分に向かって伝搬させるための条件であるといえる。
【００８５】なお、この場合の段差部１１４あるいは光反射部材１１６の反射面の形状としては、図１０に挙げたような鋸歯形状や曲線形状等の様々な形状を採用することが可能である。
【００８６】また、例えば、図１２（ａ）に示すように段差部１１４にフレネルレンズ１１８を形成したり、あるいは図１２（ｂ）のように段差部１１４にホログラム等の回折光学素子１１９を形成したりしてもよい。このような構成によっても入射光の最大指向方向における光線を光入射側面１０４の光入射位置Ａ以外の部分に向かって反射させることができ、それにより、輝度均一化の効果が得られる。なお、回折光学素子１１９の場合は反射というよりもむしろ回折というほうが適切であるが、これも広い意味で反射に含めるものとする。
【００８７】その他、例えば図１０（ｃ）や図１２（ａ）のように比較的微細な構造をもつ段差部１１４において、その段差面の光入射側面１０４に対し傾斜した部分における傾斜を大きくして入射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たすようにすれば、反射膜や光反射部材などを設けることなく入射光を所望の方向へ反射することができる。この方式を用いれば部品点数及び製造工程数を減らすことができるので、低コスト化につながる。
実施の形態３図１３は本発明の実施の形態３に係る面照明装置に用いられる導光板の構成を示す平面図である。図１３において図７と同一符号は同一又は相当する部分を示す。
【００８８】図１３に示すように、本実施の形態では、導光板１０１の光入射側面１０４の光入射位置Ａ近傍部以外の部分が平面視において傾斜し、その部分に反射膜（金属反射膜あるいは誘電体多層膜等）が形成されたものである。この傾斜した部分対向する段差面１１４ａに対して概略平行になっている。その他の点は実施の形態２と同様である。
【００８９】この構成において、図８における光線Ｒ2のように一旦段差部１１４にあたる光線Ｒ7の光路を考えると次のようになる。まず、入射位置Ａから導光板１０１内に入射した光線Ｒ7は、段差部１１４上の点Ｂで反射され、光入射側面１０４の光入射位置Ａ以外の点Ｃで再度反射される。このときに、光入射側面１０４と段差面１１４ａがぼぼ平行であることから、光線Ｒ7の点Ａから点Ｂに至る光路と点Ｂ以降の光路とは、光出射面１０５に平行な平面に射影したときにほぼ平行となっている。一方、実施の形態１における図２の点Ｇからの再入射光線や、実施の形態２における図８の点Ｃからの再入射光線は、その背後に拡散反射特性を有する媒質があることを想定していたため、その伝搬方向は導光板１０１への最初の入射光のそれとは無関係な方向であった。従って、再入射光の指向特性は入射光のそれとは関係なく、背後の拡散反射物質の反射指向特性が反映されたものであった。これに対して、本実施の形態における再反射光は導光板１０１への最初の入射光の伝搬方向がそのまま保存されたものになっているので、その指向特性もやはり初期の入射光の指向特性が保存されたものになる。よって、図１３の導光板のＰ−Ｑ断面において、図９（ａ）のように、段差部１１４に当たらない光線（その伝搬光量分布Ｌ4）と段差部に少なくとも１回当たる光線（その伝搬光量分布Ｌ5）とに分けて光の伝搬を考えた場合、両者は伝搬光量において互いに相補的な関係になるだけでなくその指向特性もほぼ一致する。これに対して、実施の形態２の場合は、両者は、伝搬光量においては相補的であるが指向特性は必ずしも一致しない。従って、両者の和である全伝搬光（その伝搬光量分布Ｌ6）は、伝搬光量においても一様で、かつ指向特性においても一様になる。これにより、実施の形態２にも増して均一な光出力面における輝度が得られる。特に、面照明装置を斜めから見たときの均一性を大きく改善することができる。
【００９０】このような効果が得られるのは、光入射側面１０４において反射光が到達する部分に、反射光が導光板１０１への最初の入射光の最大指向方向に向かって再度反射されるような光反射構造が形成されているためであるといえる。
【００９１】図１３の面照明装置の場合には、光入射側面１０４において反射光が到達する部分の法線方向と初期の入射光の最大指向方向とが互いに平行でないようにすることにより、かかる光反射構造が実現されている。
【００９２】なお、光入射側面１０４において反射光が到達する部分の形状としては図１３のようなものの他に、図１０において段差部１１４の形状として示したような様々な形状を採用することが可能である。
【００９３】また、図１１の段差部１１４と同様に、光入射側面１０４において反射光が到達する部分に反射膜を形成する代わりに、光入射側面１０４に沿って光反射部材を配設してもよい。この場合も、入射光の最大指向方向と、光入射側面１０４において反射光が到達する部分の法線方向と、光入射側面１０４の背後に設けた光反射部材の反射面の法線方向とを光出射面１０５に平行な平面に射影したときに、全てが平行ではない（少なくとも一つは他と異なっている）ようにすることにより、所望の光反射構造を形成することができる。
【００９４】さらには、光入射側面１０４において反射光が到達する部分に、図１２の段差部１１４と同様に、フレネルレンズを形成したり、あるいは回折光学素子を形成してもよい。
【００９５】また、図１０（ｃ）や図１２（ａ）の段差部１１４において、傾斜部の傾斜を大きくして入射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件を満たすようにして光反射構造を形成したのと同様の考えを、光入射側面１０４において反射光が到達する部分に対して適用することも勿論可能である。すなわち、この部分に段差部からの反射光の最大指向方向の光線に対して全反射条件をみたすような光反射構造を形成するのである。
実施の形態４本発明の実施の形態４は、実施の形態２で生じたような、IXa−IXa断面において段差部１１４に当たらない光線と段差部に少なくとも１回当たる光線とで指向特性が異なるという課題を解決する別の構成を提供するものである。本実施の形態では、実施の形態２の図７及び図８に示す導光板１０１を用い、かつ光入射側面１０４において段差部１１４からの反射光が到達する部分に光拡散反射部材を設け、その光拡散反射部材の反射指向特性を光源１０２の光放射指向特性と略同じにする。このような構成とすると、確かに段差部１１４に当たらない光線と段差部に少なくとも１回当たる光線の指向特性を一致させることができ、光出射領域１１３の輝度におけるより高い均一性が得られる。図１３のような光入射側面１０４を傾斜させる方法と比較すると、光入射側面１０４にこのような傾斜のための加工を施す必要がないためコスト低下が望める。しかし、場合によっては光源の指向特性と一致させるためにわざわざ高価な光拡散反射部材を用いなければならないこともあり得、それぞれ一長一短である。
実施の形態５本発明の実施の形態５は、本発明を導光板に適用したものである。すなわち、実施の形態１〜４では本発明の面照明装置、具体的にはバックライトへの適用例を示した。しかし、本発明は面照明装置としてだけでなく、導光板単独として所望の効果が得られる場合もある。例えば、実施の形態１で述べた図１の面照明装置、実施の形態２で述べた図７の面照明装置、あるいは実施の形態３で述べた図１３の面照明装置において、段差部１１４に金属反射膜あるいは誘電体多層膜等の光反射膜が形成されている場合には、実質上これらの光反射層は導光板と一体のものになり、それらの導光板単独で光利用効率の改善、輝度の均一化などの効果が得られる。
実施の形態６本発明の実施の形態６は、本発明を表示装置に適用したものである。具体的には、図１８において、バックライト部１０９に代えて、実施の形態１〜４の面照明装置を用いたものである。つまり、表示素子としての液晶パネル１１０にバックライトとして実施の形態１〜４の面照明装置を組み合わせて液晶表示装置を構成したものである。この液晶表示装置では、前記面照明装置から出力された光が液晶パネル１１０に入射し、その入射した光の液晶パネル１１０における透過率が画像信号に応じて制御され、それにより表示が行われる。従って、このような構成としても、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、あるいは実施の形態４で述べたような光利用効率の改善すなわち輝度の向上、及び液晶パネル１１０の表示領域における輝度の均一化などの効果が得られる。
【００９６】なお、表示素子としては、液晶パネルの他に光書き込み型の空間光変調素子（例えば特開平０７−３０６４１８などで述べられている）などを採用することも可能である。また、必ずしも液晶を用いた表示素子である必要はない。例えば、ＢＳＯ（ビスマスシリコンオキサイド）等の電気光学結晶であってもよい。あるいは、エレクトロクロミック材料であってもよい。あるいは、ＤＭＤ（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた表示素子などでもよい。
実施の形態７本発明の実施の形態７は、本発明を携帯電話機及び携帯端末装置に適用したものである。
【００９７】図１５は本実施の形態に係る携帯電話機及び携帯端末装置の外観を示す図であって、（ａ）は携帯電話機を示す斜視図、（ｂ）は携帯端末装置を示す斜視図である。
【００９８】図１５（ａ）に示すように、本実施の形態に係る携帯電話機３０１は、実施の形態６の液晶表示装置を表示部１２０として用いたものである。また、図１５（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る携帯端末装置３０２は、実施の形態６の液晶表示装置を表示部１２０として用いたものである。
【００９９】このような構成としても、表示部１２０において、実施の形態１〜４で述べたような輝度の向上及び均一化などの効果が得られる。
【０１００】なお、実施の形態６の表示装置は、この他、液晶テレビや液晶モニタ、ノートパソコン用液晶モニタ、あるいはカーナビゲーション装置等の表示部として用いることが可能である。
[光源についての補足]これまでに述べてきた実施の形態２、あるいは実施の形態３では複数の点光源が用いられている。これは、従来の技術の欄で述べたように、小型で低消費電力であるＬＥＤ光源を用いる場合に、１個の光源だけでは十分な輝度を得ることができないからであった。そして、これらの複数の光源を一箇所に集中させて配置するのではなく何箇所かに分散させて配置するのは熱による導光板の劣化を防ぐためであった。しかし、本発明でこのように複数の点光源を分散させて配置すれば（すなわち光入射側面上に光入射位置が複数あれば）、熱による劣化を防げるという効果の他に、輝度の均一性がより有効に改善されるという効果も得られる。例えば４個のＬＥＤを用いた場合、本発明では例えば図８（ａ）の点Ｃや点Ｃ'にも光源が存在すのと等価になり、実質上８個、あるいは９個のＬＥＤを均一に並べたものに相当する。このような均一なＬＥＤ配列は、発光の均一性という観点からいえば蛍光管や冷陰極間のような線状光源とほぼ同等と見なしてよいレベルである。これは、実質的に点光源であるＬＥＤを用いながら、蛍光管等の線状光源を用いる場合とほぼ同等の均一性が光出射領域において得られることを示している。
【０１０１】なお、本明細書では光源が４個である場合を中心に説明してきたが、別にこれに限定されるわけではなく、２個以上であれば何個でもよい。均一性という観点からは、個数は多ければ多いほど望ましい。
［拡散パターンの配置に関する補足］ところで、従来の技術の欄で説明したＷＯ９８／１９１０５（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９７／０３８９２、特許第３１５１８３０号）の第２７図では、拡散パターンはそれぞれの光源を中心とする同心円状に配置されていた。しかし、本発明の、特に実施の形態２や実施の形態３においては（もちろん実施の形態１でも構わないが）、導光板１０１内での伝搬光量はほぼ均一になっているのであえてこのような同心円状にする必要はない。すなわち、図１４に示すような平行パターンにしておけばよい。特に、光出射領域１１３の全域に渡って拡散パターン１０３の長手方向が入射光の最大指向方向に対してほぼ垂直になるように配置しておけば正面方向に高い指向性が得られ（この理由の詳細については前出文献ＷＯ９８／１９１０５参照）、しかもその拡散指向特性が光出射領域１１３全域で均一になり、従って面照明装置を斜めから見たときの均一性も改善される。
【０１０２】なお、拡散パターン１０３の配列は図１４のようにランダムである必然性はない。例えばマトリクス状あるいは千鳥状に整然と配列していてもよい。また、光出射領域１１３の全幅に渡るような長い拡散パターンを配列してもかまわない。
［垂直条件の許容範囲に関する補足］なお、これまでの説明において、光出射面に対して「ほぼ垂直」な段差面、あるいは、導光板の光入射側面は光出射面に対して「ほぼ垂直」であるというような表現を用いてきた。ここでいう「ほぼ垂直」とは、必ずしも厳密な垂直でなくても、ある程度のずれは許されるという意味である。この許容範囲がどの程度であるかについて、以下、考察する。
【０１０３】図１６は段差面１１４ａと光出射面１０５のなす角がわずかに直角からずれている場合の導光板の断面図であって、（ａ）は光出射面１０５と段差面１１４ａのなす角が鈍角になるような場合を示す図、（ｂ）は逆に鋭角になるような場合を示す図である。いずれの図においても直角からのずれの角度をαとしている。
【０１０４】図１６において、最大指向方向に相当する光線、すなわち光入射側面１０４に対して垂直な光線Ｒ8が段差面１１４ａに当たる場合を考える。段差面１１４ａが光出射面１０５に対して厳密に垂直ならばこの光線は来た経路をそのまま逆に戻るが、図１６（ａ）に示すように光出射面１０５に対し段差面１１４ａが鈍角をなすような場合には、該段差面１１４ａで光線Ｒ8が僅かに下に向いて反射され、導光板１０１の下面１０６に対して９０゜−２αという角度で入射する。また、図１６（ｂ）に示すように光出射面１０５に対し段差面１１４ａが鋭角をなすような場合には、該段差面１１４ａで反射された光線Ｒ8が導光板１０１の上面１０５に対して同じく９０゜−２αという角度で入射する。ここで光線Ｒ8が有効に伝搬するためにはこの角度が臨界角θｏ以上である必要がある。すなわち、この条件は図１６（ａ）、（ｂ）のいずれの場合も９０゜−２α≧θｏ、従ってα≦４５゜−θｏ／２と表される。いま、例えば導光板１０１の媒質としてポリカーボネイトを想定すると、空気に対する相対屈折率はη＝１．５９であり、臨界角はθｏ＝ｓｉｎ−１（１／１．５９）≒３９゜と求められる。よって、α≦２５．５゜という条件が得られる。すなわち、垂直からのずれの許容範囲は±２５．５゜以内と考えればよい。
【０１０５】なお、以上はあくまでも最大指向方向の光線を代表として用いた場合の条件であるが、より厳しく考えれば、光入射側面から入射する光線のうち最も小さい角度で導光板上下面に入る光線に対して全反射条件を満たすようにしなければならない。図１７に、そのような場合の光線を示す。図３に関する記述で説明したように、光入射側面１０４からの入射光のうちその法線方向から最もずれるものの角度は臨界角θｏに等しい。よって、光出射面１０５と段差面１１４ａのなす角が鈍角になる場合には図１７（ａ）のような経路をたどる光線Ｒ9が、また光出射面１０５と段差面１１４ａのなす角が鋭角になる場合には図１７（ｂ）のような経路をたどる光線Ｒ10が、段差面１１４ａで反射した後に導光板１０１の上下面に最も小さい角度で入射する。いずれの場合も、その角度は９０゜−θｏ−２αと計算される。この入射角度に対する全反射条件は９０゜−θｏ−２α≧θｏ、すなわちα≦４５゜−θｏと求められる。屈折率η＝１．５９に対する臨界角θｏ＝３９゜を用いると、α≦６゜という条件が得られる。すなわち、垂直からのずれの許容範囲は±６゜以内と考えねばならない。
【０１０６】以上、より緩い条件（α≦２５．５゜）と、より厳しい条件（α≦６゜）について考えたが、通常は前者の方を採用して判定すれば特に支障はない。
［その他の補足事項］以下、本発明の各実施の形態に関する補足事項をいくつか述べておく。
【０１０７】まず、本発明の面照明装置における、具体的なサイズの一例について述べる。本発明において、例えば導光板の光出射領域における厚みを０．５ｍｍにまで薄くしたいにもかかわらずＬＥＤ光源の発光領域の高さが０．７ｍｍあるような場合、例えば光入射側面における導光板の厚みを０．８ｍｍにして発光領域をカバーするようにして、高さ０．３ｍｍの段を設けるというような構成にすればよい。なお、光入射側面から段差部までの距離は小型化のためには小さい方が望ましい。例えば光出射領域が４５ｍｍ×３４ｍｍであるような導光板において、この距離を０．２〜２０ｍｍ、望ましくは１〜５ｍｍ程度にするとよい。
【０１０８】また、各実施の形態で用いた導光板では、光出射領域１１３においては必ずしも上面と下面とが平行なものである必要はなく、導光板の奥（光源から遠い方）へ行くに従って薄くなる楔形のものであってもよい。
【０１０９】また、導光板としては片側の辺のみに光入射側面を設けたものを想定して説明したが、もちろん複数の辺（対向する２辺、あるいは矩形状導光板の全４辺など）に光入射側面がある場合についても本発明を適用することは可能である。
【０１１０】なお、本明細書においては面照明装置としてバックライト型のものを想定したが、フロントライト型の面照明装置であっても本発明を適用することはもちろん可能である。また、その場合反射型の液晶パネルとセットにした表示装置においても上述の効果が得られる。
【０１１１】なお、液晶パネル等の表示素子に用いられる基板と導光板を兼用するような構成に対しても本発明を適用することが可能である。
【０１１２】なお、点状発光光源として主にＬＥＤを想定していたが、別に有機又は無機等のエレクトロルミネッセンス光源やレーザ光源などでも同様の効果が得られるのはもちろんである。また、実施の形態１に関しては必ずしも複数の点状光源がある場合だけでなく、蛍光管や冷陰極管等の線状光源に対しても用いることができ、光利用効率改善効果を得ることができる。
【０１１３】
【発明の効果】本発明は以上に説明したような形態で実施され、非常に薄型の面照明装置において高い光利用効率が得られ、従って高輝度が得られる。また、同時に表示の均一性も改善することができる。さらに、光利用効率を改善することにより消費電力のロスを低減することができるので省エネルギとなり、地球環境、宇宙環境にも優しいという効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【住所又は居所】大阪府門真市大字門真１００６番地
【出願日】 平成１４年３月１９日（２００２．３．１９）
【代理人】 【識別番号】１０００６５８６８
【弁理士】
【氏名又は名称】角田 嘉宏 （外４名）
【公開番号】 特開２００３−２７２４２８（Ｐ２００３−２７２４２８Ａ）
【公開日】 平成１５年９月２６日（２００３．９．２６）
【出願番号】 特願２００２−７６１５９（Ｐ２００２−７６１５９）