(57)【要約】【課題】指向性の高い光が得られる面光源装置を提供する。【解決手段】本発明の面光源装置１は、ＬＥＤ２（光源）と、導光体３と、反射部４と、を備えている。反射部４は、導光体３の第２主面３ｂと対向する反射面を有し、焦点を有する形状の凹面ミラーと、導光体３の第２主面３ｂに接するとともに凹面ミラーの焦点を含む位置に設けられ、導光体３の内部を伝播する間に第２主面３ｂに到達した光のうち、焦点もしくは焦点の近傍を通る光を透過させて凹面ミラーの反射面に向けて射出させる光透過部８と、光透過部８の周囲に設けられ、導光体３の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率部９と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を有する光源と、
前記光源から射出された光を入射させ、第１主面と第２主面との間で全反射させつつ内部を伝播させる導光体と、
前記導光体の内部を伝播する光のうち、前記第２主面から射出される一部の光を反射させて前記光の進行方向を変え、前記導光体に再度入射させて前記第１主面から射出させる反射部と、を備え、
前記反射部は、前記導光体の前記第２主面と対向する反射面を有し、前記光の伝播方向に平行かつ前記第２主面に垂直な平面内にて焦点を有する形状の凹面ミラーと、
前記導光体の前記第２主面に接するとともに前記凹面ミラーの焦点を含む位置に設けられ、前記導光体の内部を伝播する間に前記第２主面に到達した光のうち、前記焦点もしくは前記焦点の近傍を通る光を透過させて前記凹面ミラーの反射面に向けて射出させる光透過部と、
前記導光体の前記第２主面に接するとともに前記光透過部の周囲に設けられ、前記導光体の屈折率よりも低く、かつ前記光透過部の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率部と、
を備えたことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記凹面ミラーの窪みに凸レンズを備え、
前記導光体と前記凸レンズとの互いに対向する面同士が離間しており、
前記光透過部および前記低屈折率部が前記導光体と前記凸レンズとの間に挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記導光体の前記第２主面の法線方向から見た前記凹面ミラーの平面形状が、円形であることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記導光体の前記第２主面の法線方向から見た前記凹面ミラーの平面形状が、略半円形であることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記凹面ミラーが、前記光の伝播方向に平行な方向に曲率を持ち、前記光の伝播方向に垂直かつ前記第２主面に平行な方向には曲率を持たず、前記光透過部が、前記光の伝播方向に垂直かつ前記第２主面に平行な方向に延在することを特徴とする請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記凹面ミラーが複数設けられたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記複数の凹面ミラーのうち、少なくとも一部の凹面ミラーの平面寸法が他の凹面ミラーの平面寸法と異なることを特徴とする請求項６に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記複数の凹面ミラーの配置密度が、前記光の伝播方向に沿って順次高くなることを特徴とする請求項６または７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記導光体の前記第２主面の法線方向から見た前記凹面ミラーの平面形状が、多角形であり、
隣り合う前記多角形同士が密着して配置されていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記光源から射出された光を、前記導光体の内部において複数の異なる伝播角度で伝播可能とされたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項１１】
前記光源が、前記導光体の第１端面に設けられた複数の発光素子を備え、
前記複数の発光素子は、複数の射出光が前記導光体の前記第２主面に対して互いに異なる入射角で入射するように、前記導光体の前記第２主面に対して異なる方向を向けて配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記光源が、前記導光体の第１端面に設けられた複数の発光素子を備え、
前記複数の発光素子から射出された光をそれぞれ反射する複数の反射面が、前記第１端面と対向する第２端面に設けられ、
前記複数の反射面は、複数の反射光が前記導光体の前記第２主面に対して互いに異なる入射角で入射するように、前記導光体の前記第２主面に対して異なる方向を向けて配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記光源が、発光素子と、前記発光素子から射出された光の伝播角度を変化させる伝播角度可変素子と、を備え、
前記伝播角度可変素子を用いて前記光の伝播角度を変化させることにより、前記光を前記導光体の前記第２主面に対して異なる入射角で入射させることを特徴とする請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１４】
凸レンズの一つの面に、焦点を有する凹面ミラーを設けてなるミラーレンズを作製する工程と、
前記凸レンズの他の面に、導光体の屈折率よりも低い屈折率を有するポジ型の光硬化樹脂を塗布し、膜内に前記焦点が位置するように光硬化樹脂膜を形成する工程と、
前記光硬化樹脂膜および前記凸レンズを介して前記光硬化樹脂膜の分解反応が開始しない強度で前記凹面ミラーに対して光を照射する工程と、
光照射後の前記光硬化樹脂膜を現像し、前記光硬化樹脂膜のうち、前記焦点および前記焦点の近傍の部分を除去するとともに前記焦点および前記焦点の近傍以外の部分を残存させ、その残存部分を低屈折率部とする工程と、
前記焦点および前記焦点の近傍の部分を少なくとも埋めるように、前記導光体の屈折率と等しい屈折率もしくは前記導光体の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂を塗布し、前記焦点および前記焦点の近傍の部分を光透過部とするとともに、前記樹脂を介して前記ミラーレンズを導光体に固定する工程と、
前記導光体に光源を設置する工程と、
を備えたことを特徴とする面光源装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の面光源装置と、前記面光源装置からの射出光を用いて表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の面光源装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置およびその製造方法、表示装置、照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例として、面光源装置から射出される光を利用して表示を行う透過型液晶表示装置が知られている。この種の液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面側に配置された面光源装置と、を有している。従来の面光源装置は、発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）等の光源と導光板とを備えている。この面光源装置では、光源から射出された光を導光板の内部で伝播させ、導光板の全面から射出させる。以下、本明細書では、表示パネルの背面側に設けられる面光源装置のことをバックライトと記す場合もある。
【０００３】
バックライトからの射出光に指向性を持たせる手法として、光発生装置と、導光板と、マイクロプリズムと、マイクロレンズアレイと、を備えたバックライト装置が開示されている（下記の特許文献１参照）。このバックライト装置において、光発生装置から射出された光は、導光板の内部を伝播する間にマイクロプリズムに入射すると、マイクロプリズムで反射して進行方向が変わり、正面に取り出される。さらに、マイクロプリズムから射出された光は、マイクロレンズアレイに入射し、各マイクロレンズにより平行度が高められてバックライト装置から射出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７０６５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたバックライト装置において、マイクロレンズにより指向性を高めるためには、マイクロレンズの焦点もしくは焦点の近傍にマイクロプリズムが配置されている必要がある。したがって、マイクロプリズムとマイクロレンズアレイとの間のアライメントに高い精度が要求される。アライメントの精度が低い場合には光の平行度を高めることができず、十分な指向性が得られない。また、このバックライト装置は部品点数が多く、部材コスト、組立コスト等を含む製造コストが高騰するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、指向性の高い光が得られる面光源装置を提供することを目的とする。低コストの面光源装置を提供することを目的とする。この種の面光源装置を製造する方法を提供することを目的とする。この種の面光源装置を備えた表示装置および照明装置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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の面光源装置は、指向性を有する光源と、前記光源から射出された光を入射させ、第１主面と第２主面との間で全反射させつつ内部を伝播させる導光体と、前記導光体の内部を伝播する光のうち、前記第２主面から射出される一部の光を反射させて前記光の進行方向を変え、前記導光体に再度入射させて前記第１主面から射出させる反射部と、を備え、前記反射部は、前記導光体の前記第２主面と対向する反射面を有し、前記光の伝播方向に平行かつ前記第２主面に垂直な平面内にて焦点を有する形状の凹面ミラーと、前記導光体の前記第２主面に接するとともに前記凹面ミラーの焦点を含む位置に設けられ、前記導光体の内部を伝播する間に前記第２主面に到達した光のうち、前記焦点もしくは前記焦点の近傍を通る光を透過させて前記凹面ミラーの反射面に向けて射出させる光透過部と、前記導光体の前記第２主面に接するとともに前記光透過部の周囲に設けられ、前記導光体の屈折率よりも低く、かつ前記光透過部の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の面光源装置は、前記凹面ミラーの窪みに凸レンズを備え、前記導光体と前記凸レンズとの互いに対向する面同士が離間しており、前記光透過部および前記低屈折率部が前記導光体と前記凸レンズとの間に挟持されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の面光源装置は、前記導光体の前記第２主面の法線方向から見た前記凹面ミラーの平面形状が円形であることを特徴とする。この場合、前記光源が、互いに対向する前記導光体の第１端面と第２端面とに設けられていることが望ましい。
【００１０】
本発明の面光源装置は、前記導光体の前記第２主面の法線方向から見た前記凹面ミラーの平面形状が略半円形であることを特徴とする。この場合、前記光源が前記導光体の第１端面に設けられ、前記凹面ミラーが、前記平面形状における略半円の直線側が前記第１端面を向くように配置されていることが望ましい。
【００１１】
本発明の面光源装置は、前記凹面ミラーが、前記光の伝播方向に平行な方向に曲率を持ち、前記光の伝播方向に垂直かつ前記第２主面に平行な方向には曲率を持たず、前記光透過部が、前記光の伝播方向に垂直かつ前記第２主面に平行な方向に延在することを特徴とする。
【００１２】
本発明の面光源装置は、前記凹面ミラーが複数設けられたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の面光源装置は、前記複数の凹面ミラーのうち、少なくとも一部の凹面ミラーの平面寸法が他の凹面ミラーの平面寸法と異なることを特徴とする。
【００１４】
本発明の面光源装置は、前記複数の凹面ミラーの配置密度が、前記光の伝播方向に沿って順次高くなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の面光源装置は、前記導光体の前記第２主面の法線方向から見た前記凹面ミラーの平面形状が多角形であり、隣り合う前記多角形同士が密着して配置されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の面光源装置は、前記光源から射出された光を、前記導光体の内部において複数の異なる伝播角度で伝播可能としたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の面光源装置は、前記光源が、前記導光体の第１端面に設けられた複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子は、複数の射出光が前記導光体の前記第２主面に対して互いに異なる入射角で入射するように、前記導光体の前記第２主面に対して異なる方向を向けて配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の面光源装置は、前記光源が、前記導光体の第１端面に設けられた複数の発光素子を備え、前記複数の発光素子から射出された光をそれぞれ反射する複数の反射面が、前記第１端面と対向する第２端面に設けられ、前記複数の反射面は、複数の反射光が前記導光体の前記第２主面に対して互いに異なる入射角で入射するように、前記導光体の前記第２主面に対して異なる方向を向けて配置されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の面光源装置は、前記光源が、発光素子と、前記発光素子から射出された光の伝播角度を変化させる伝播角度可変素子と、を備え、前記伝播角度可変素子を用いて前記光の伝播角度を変化させることにより、前記光を前記導光体の前記第２主面に対して異なる入射角で入射させることを特徴とする。
【００２０】
本発明の面光源装置の製造方法は、凸レンズの一つの面に、焦点を有する凹面ミラーを設けてなるミラーレンズを作製する工程と、前記凸レンズの他の面に、導光体の屈折率よりも低い屈折率を有するポジ型の光硬化樹脂を塗布し、膜内に前記焦点が位置するように光硬化樹脂膜を形成する工程と、前記光硬化樹脂膜および前記凸レンズを介して前記光硬化樹脂膜の分解反応が開始しない強度で前記凹面ミラーに対して光を照射する工程と、光照射後の前記光硬化樹脂膜を現像し、前記光硬化樹脂膜のうち、前記焦点および前記焦点の近傍の部分を除去するとともに前記焦点および前記焦点の近傍以外の部分を残存させ、その残存部分を低屈折率部とする工程と、前記焦点および前記焦点の近傍の部分を少なくとも埋めるように、前記導光体の屈折率と等しい屈折率もしくは前記導光体の屈折率よりも高い屈折率を有する樹脂を塗布し、前記焦点および前記焦点の近傍の部分を光透過部とするとともに、前記樹脂を介して前記ミラーレンズを導光体に固定する工程と、前記導光体に光源を設置する工程と、を備えたことを特徴とする
【００２１】
本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置からの射出光を用いて表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の照明装置は、本発明の面光源装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、指向性の高い光が得られる面光源装置を提供することができる。低コストの面光源装置を提供することができる。また、この種の面光源装置を製造する方法を提供することができる。また、この種の面光源装置を備えた表示装置および照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態の面光源装置を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の面光源装置を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】本実施形態の面光源装置の製造プロセスを示す図である。
【図５】本実施形態の面光源装置による輝度プロファイルを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の面光源装置を示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の面光源装置を示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態の面光源装置を示す平面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の面光源装置を示す平面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の面光源装置を示す断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態の面光源装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第８実施形態の面光源装置を示す斜視図である。
【図１３】本実施形態の面光源装置を示す断面図である。
【図１４】本実施形態の面光源装置による輝度プロファイルを示す図である。
【図１５】本発明の第９実施形態の面光源装置を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第１０実施形態の面光源装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の第１１実施形態の面光源装置を示す断面図である。
【図１８】本発明の第１２実施形態の面光源装置を示す断面図である。
【図１９】本発明の第１３実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図２０】本発明の第１４実施形態の液晶表示装置を示す断面図である。
【図２１】本発明の表示装置の一構成例である液晶表示装置の概略構成を示す正面図である。
【図２２】本発明の一構成例である照明装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。
本実施形態では、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いて好適な面光源装置の一例を示す。
図１は、本実施形態の面光源装置を示す斜視図である。図２は、本実施形態の面光源装置を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図４は、本実施形態の面光源装置の製造プロセスを示す図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００２６】
本実施形態の面光源装置１は、図１に示すように、複数のＬＥＤ２（光源）と、導光体３と、複数の反射部４と、を備えている。各反射部４は、ミラーレンズ７と、光透過部８と、低屈折率部９と、から構成されている。導光体３は、ＬＥＤ２から射出された光を入射させ、第１主面３ａと第２主面３ｂとの間で全反射させつつ内部を伝播させる機能を有する。反射部４は、導光体３の内部を伝播する光のうち、第２主面３ｂから射出される一部の光を反射させて光の進行方向を変え、導光体３に再度入射させて第１主面３ａから射出させる機能を有する。なお、図面を見やすくするため、図面では導光体３上に１４個の反射部４のみを示しているが、実際にはより多数の反射部４が設けられている。
【００２７】
導光体３は、アクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂からなる板体である。図３に示すように、導光体３の６つの面のうち、互いに対向する２つの主面３ａ，３ｂは互いに平行である。互いに対向する２つの端面３ｃ，３ｄのうち、導光体３の一つの端面３ｃは、２つの主面３ａ，３ｂに対して斜めにカットされている。本実施形態の場合、端面３ｃと主面３ｂとのなす角度βは６５°に設定されている。なお、以下の説明では、端面３ｃと主面３ｂとのなす角度βのことを導光体の先端角と称する。図２に示すように、端面３ｃには、複数（本実施形態では３個）のＬＥＤ２が設置されている。
【００２８】
各ＬＥＤ２は、光射出面２ａが導光体３の端面３ｃに対向するように配置されている。したがって、導光体３の２つの端面３ｃ、３ｄのうち、ＬＥＤ２が設けられた側の端面３ｃは、各ＬＥＤ２からの射出光を入射させる光入射端面となる。以下、ＬＥＤ２が設けられた側の端面３ｃを第１端面と称し、ＬＥＤ２が設けられていない側の端面３ｄを第２端面と称する。また、本実施形態のＬＥＤ２は指向性を有している。したがって、ＬＥＤ２は、自身の光射出面２ａに対して略垂直な方向に輝度分布のピークを有する光を射出する。ＬＥＤ２には、例えば導光体３の内部を光が導光する間の射出光の広がり角に対する強度分布の半値幅が５°程度のものを用いることが望ましい。
【００２９】
導光体３の２つの主面３ａ，３ｂのうち、一方の主面３ｂには複数の反射部４が設けられている。図２に示すように、主面３ｂの法線方向から見た反射部４の平面形状は円形である。複数の反射部４は、主面３ｂの面内において直交する２つの方向（ｘ軸方向、ｙ軸方向）に２次元的に配置されている。隣り合う反射部４の中心間の距離を１ピッチとすると、隣り合う行の複数の反射部４は、行方向に１／２ピッチずつずれた位置に配置されている。また、導光体３の他方の主面３ａは、図３に示すように、複数の反射部４で反射した光Ｌを射出させる光射出面となる。以下、反射部４が設けられていない側の主面３ａを第１主面と称し、反射部４が設けられた側の主面３ｂを第２主面と称する。
【００３０】
なお、本実施形態において、導光体３の第１主面３ａの面内における光の伝播方向をｘ軸方向、光の伝播方向と直交する方向をｙ軸方向、第１主面３ａと直交する方向（導光体３の厚み方向）をｚ軸方向、と定義する。したがって、本明細書における「光の伝播方向」とは、図３に示す導光体３のｘｚ断面内で光（１点鎖線の矢印Ｌで示す）が反射しつつ伝播する方向を意味するのではなく、導光体３の第１主面３ａの法線方向から見て光が伝播する方向（実線の矢印Ｘで示す）を意味する。
【００３１】
各反射部４は、図３に示すように、凸レンズ５と凹面ミラー６とからなるミラーレンズ７と、光透過部８と、低屈折率部９と、から構成されている。凸レンズ５は、例えばアクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂から構成されている。凸レンズ５は、一方の面５ａが平面（光射出面）、他方の面５ｂが放物面（反射面）となったレンズ、いわゆる平凸レンズである。
【００３２】
凹面ミラー６は、凸レンズ５の放物面５ｂに沿って形成されたアルミニウム等の反射率が高い金属薄膜から構成されている。本実施形態では、ｘｚ平面で切断した凹面ミラー６のうち、光Ｌが入射する頂部の形状は放物面状であり、側部の形状は円筒状である。このように、凹面ミラー６のうち、光透過部８を通して光Ｌが入射する範囲が少なくとも放物面状であれば良いが、凹面ミラー６の全体が放物面状であっても良い。このように、凹面ミラー６は、少なくとも一部に放物面を有しているため、焦点Ｓを有している。
【００３３】
光透過部８は、アクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂からなる円柱状の部材である。光透過部８を構成する光透過性樹脂には、導光板３を構成する光透過性樹脂と同じ種類のものが用いられる。そのため、光透過部８は、導光体３の屈折率と等しい屈折率を有している。なお、光透過部８を構成する光透過性樹脂には、導光板３を構成する光透過性樹脂と異なる種類のものを用いても良い。光透過部８は、導光体３の屈折率よりも高い屈折率を有していても良い。また、光透過部８を構成する光透過性樹脂は、凸レンズ５を構成する光透過性樹脂と同じ種類であっても良いし、異なる種類であっても良い。光透過部８は、凸レンズ５の屈折率と等しい屈折率を有していても良いし、凸レンズ５の屈折率よりも高い屈折率を有していても良い。
【００３４】
光透過部８は、導光体３とミラーレンズ７とを連結するとともに、導光体３の内部を伝播する光Ｌをミラーレンズ７に導く機能を有している。ミラーレンズ７は、凸レンズ５の平面５ａ側を導光体３の第２主面３ｂに対向させた姿勢で導光体３に固定されている。図２に示すように、光透過部８の直径ＤｔはミラーレンズＤｌの直径に比べて十分に小さく、光透過部８は、図３に示すように、凹面ミラー６の焦点Ｓとその近傍のみに設けられている。凹面ミラー６の焦点Ｓは、光透過部８とミラーレンズ７との界面に位置していることが望ましいが、光透過部８の内部に位置していても良いし、光透過部８と導光体３との界面に位置していても良い。
【００３５】
凸レンズ５の平面５ａと導光体３の第２主面３ｂとに挟まれた領域のうち、光透過部８の周囲にあたる部分には低屈折率部９が設けられている。低屈折率部９は、後述するように、ポジ型の紫外線硬化性を有する樹脂から構成されている。低屈折率部９を構成する紫外線硬化性樹脂は、導光体３の屈折率よりも低い屈折率を有している。
【００３６】
放物面５ｂの断面形状である放物線は、曲率半径をＲとし、図３のように座標軸を設定したとき、下記の（１）式で表すことができる。
ｚ＝ｙ２／２Ｒ  …（１）
したがって、各部の寸法の一例として、ミラーレンズ７の直径Ｄｌを１００μｍ、曲率半径Ｒを５０μｍとすると、焦点Ｓはミラーレンズ７の上面（平面５ａ）の中心、ミラーレンズ７の頂点Ｔから２５μｍ離れた位置にある。また、ミラーレンズ７の直径Ｄｌを１００μｍとしたとき、光透過部８の直径Ｄｔは５μｍである。
【００３７】
また、各部の屈折率の一例として、導光体３の屈折率を１．５としたとき、光透過部８の屈折率を１．５とし、低屈折率部９の屈折率を１．３とし、凸レンズ５の屈折率を１．５とする。このとき、各部の構成材料は、導光体３の構成材料として、例えばアクリル樹脂を挙げることができる。光透過部８および凸レンズ５の材料として、クラレ社製のメタクリル樹脂「パラペット（光学グレード）」（登録商標、屈折率：１．４９）の液状体を挙げることができる。低屈折率部９の材料として、デュポン社製の非晶性フッ素樹脂「ＡＦ１６００」（登録商標、屈折率：１．３）の液状体を挙げることができる。
【００３８】
以下、上記構成の面光源装置１の製造方法について説明する。
例えば、射出成型等の手法を用いて、上記のメタクリル樹脂等の光透過性樹脂からなる凸レンズ５を作製する。その後、スパッタ法等を用いて、凸レンズ５の放物面５ｂにアルミニウム等の金属薄膜を成膜し、金属薄膜からなる凹面ミラー６を形成することでミラーレンズ７を作製する。
【００３９】
次いで、図４（Ａ）に示すように、ミラーレンズ７の一面（平面５ａ）に上記の非晶性フッ素樹脂からなる紫外線硬化樹脂（光硬化樹脂）を塗布し、紫外線硬化樹脂膜１０（光硬化樹脂膜）を形成する。このとき、凹面ミラー６の焦点Ｓが紫外線硬化樹脂膜１０の上面もしくは下面または内部に位置するように、放物面５ｂの形状に対する紫外線硬化樹脂膜１０の膜厚を調整する。
【００４０】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、紫外線硬化樹脂膜１０および凸レンズ５を介して凹面ミラー６に紫外線硬化樹脂膜１０の分解反応が開始しない程度の弱い強度で紫外線ＵＶを照射する。このとき、紫外線ＵＶの強度が弱いため、紫外線ＵＶが紫外線硬化樹脂膜１０を１回透過した程度では紫外線硬化樹脂膜１０は分解しない。この後、紫外線ＵＶが凹面ミラー６で反射すると、反射した紫外線ＵＶが焦点Ｓの位置に集光される。すると、焦点Ｓおよびその近傍の位置では紫外線ＵＶの強度が高まるため、紫外線硬化樹脂膜１０が分解する。
【００４１】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、紫外線ＵＶを照射した後の紫外線硬化樹脂膜１０を現像する。すると、紫外線硬化樹脂膜１０のうち、焦点Ｓおよびその近傍の分解した部分のみが除去され、焦点Ｓおよびその近傍以外の部分が残存する。この残存部分が低屈折率部９となる。
【００４２】
次いで、図４（Ｄ）に示すように、焦点Ｓおよびその近傍の部分を少なくとも埋め込むように、導光体３の屈折率と等しい屈折率を有する上記のメタクリル樹脂等の光透過性樹脂からなる樹脂を塗布し、樹脂膜１１を形成する。本例では、焦点Ｓおよびその近傍の部分のみならず、低屈折率部の上面を含むミラーレンズ７の全面に樹脂を塗布し、樹脂膜１１を形成する。そして、樹脂を硬化させることにより樹脂が接着剤として機能し、樹脂膜１１を介してミラーレンズ７が導光体３に固定される。焦点Ｓおよびその近傍の部分に埋め込まれた樹脂は光透過部８となる。
【００４３】
最後に、導光体３の端面３ｃにＬＥＤ２を設置することにより、本実施形態の面光源装置１が完成する。上述したように、本実施形態では、光透過部８を構成する樹脂を接着剤としてミラーレンズ７を固定している。したがって、図３に示した断面図とは異なり、実際には図４（Ｄ）に示したように、低屈折率部９と導光体３との間には樹脂膜１１が介在する。ところが、樹脂膜１１および導光体３はともに屈折率が１．５であるから、低屈折率部９と導光体３との間に樹脂膜１１が介在していない構成と光学的には等価である。そのため、図３では樹脂膜１１の図示を省略した。
【００４４】
なお、上記の製造方法では、ミラーレンズ７の全面に樹脂を塗布することで、焦点Ｓおよびその近傍の部分に樹脂を埋め込むのと同時に低屈折率部９の上面にも樹脂を配置した。この方法に代えて、焦点Ｓおよびその近傍の部分にのみ樹脂を埋め込むようにしても良い。その場合、別途、光学接着剤等を用いてミラーレンズ７を導光体３に接着しても良い。
【００４５】
本実施形態の面光源装置１の場合、図３に示すように、ＬＥＤ２から射出される光Ｌは、指向性を持った光である。導光体３の先端角βは６５°に設定され、第１端面３ｃに配置されたＬＥＤ２から略垂直な方向に光が射出される。ここで、導光体３の第１主面３ａおよび第２主面３ｂに平行な仮想水平面ｘｙに対する光軸のなす角度を伝播角度φと定義すると、ＬＥＤ２から射出される光Ｌの伝播角度φは３５°となる。したがって、ＬＥＤ２からの光Ｌは、導光体３の第１主面３ａと第２主面３ｂとの間で全反射を繰り返しながら、伝播角度φ＝３５°で第１端面３ｃ側から第２端面３ｄ側に向けて進行する。このとき、導光体３の第１主面３ａおよび第２主面３ｂに対する光Ｌの入射角θは６５°となる。
【００４６】
導光体３の屈折率が１．５であるから、導光体３の第１主面３ａは屈折率が１．５の物質と屈折率が１．０の空気との界面となる。この場合、スネルの法則より、導光体３の第１主面３ａにおける臨界角は約４２°となる。すなわち、導光体３の第１主面３ａに対する入射角θが４２°以上の光は、導光体３の第１主面３ａにおいて全反射する。導光体３の第２主面３ｂについても同様である。ただし、導光体３の第２主面３ｂのうち、低屈折率部９が存在する領域は屈折率が１．５の物質と屈折率が１．３の物質との界面となる。この場合、スネルの法則より、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面における臨界角は約６０．１°となる。すなわち、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面に対する入射角θが６０．１°以上の光は、導光体３の第２主面３ｂにおいて全反射する。
【００４７】
上述したように、ＬＥＤ２から射出された光Ｌの導光体３の第１主面３ａおよび第２主面３ｂに対する入射角θは６５°であるから、ＬＥＤ２から射出された光Ｌは第１主面３ａおよび第２主面３ｂの双方で全反射する。すなわち、ＬＥＤ２から射出された光Ｌは、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面に到達しても、低屈折率部９に入射されることはない。ところが、導光体３の第２主面３ｂのうち、光透過部８が設けられた位置においては、導光体３の第２主面３ｂは、屈折率が１．５の物質と屈折率が１．５の物質との界面となる。この場合、導光体３の第２主面３ｂでは全反射が生じない。したがって、図３に示す光Ｌのように、光透過部８の位置に到達した光Ｌのみが、光透過部８を透過して、ミラーレンズ７に入射することができる。
【００４８】
その後、ミラーレンズ７に入射した光は凹面ミラー６で反射する。その際、光Ｌは凹面ミラー６の焦点Ｓおよびその近傍を通っているため、凹面ミラー６で反射した光Ｌは、導光体３の第２主面３ｂに対して略垂直な方向に進行する。その結果、凹面ミラー６で反射した光Ｌは、凸レンズ５を透過した後、導光体３の第１主面３ａから第１主面３ａに対して略垂直な方向にのみ射出される。言い換えると、焦点Ｓから大きく外れた位置を通って凹面ミラー６に入射する光が存在しないため、導光体３の第１主面３ａに対して垂直以外の方向に射出される光がほとんど存在しない。このようにして、本実施形態の面光源装置１によれば、導光体３の第１主面３ａの法線方向に指向性の高い光を得ることができる。
【００４９】
なお、図３では、ｘ軸方向の指向性のみを示しているが、ｘ軸方向に限らず、ｚ軸を中心とした全ての方位角方向において、光Ｌが凹面ミラー６の焦点Ｓおよびその近傍のみを通ることで、導光体３の第１主面３ａに垂直な方向にのみ射出される。よって、本実施形態の面光源装置１は、いずれの方位角方向にも指向性の高い光を得ることができる。
【００５０】
本発明者らは、本実施形態の面光源装置の効果を実証するため、シミュレーションにより面光源装置から射出される光の角度−輝度プロファイルを求めた。
図５は、そのシミュレーション結果を示す図である。射出光の角度は、導光体の第１主面から見て正面方向、すなわち第１主面の法線方向を０度とし、法線方向を基準として第１主面に平行な方向を＋９０度および−９０度とした。図５のｘ軸は図２の平面図におけるｘ軸（光の伝播方向）に対応し、図５のｙ軸は図２の平面図におけるｙ軸（光の伝播方向に垂直な方向）に対応している。シミュレーションの条件として、ミラーレンズの直径を１００μｍ、ミラーレンズの放物面の曲率半径を５０μｍ、光透過部の円柱体の直径を５μｍ、とした。
【００５１】
図５に示す通り、導光体３からの射出光は、ｘ軸方向、ｙ軸方向の双方ともに、半値全幅１０°以内の高い指向性を持つことが確認された。このことから、導光体３からの射出光は、ｘ軸方向、ｙ軸方向に限らず、全ての方位角において高い指向性を持つことが推測される。
【００５２】
本実施形態の面光源装置１の製造方法によれば、ミラーレンズ７を作製した後、紫外線硬化性樹脂膜１０を介して弱い強度で紫外線ＵＶを照射し、紫外線ＵＶが凹面ミラー６で反射した際に焦点Ｓに集光されることを利用して、紫外線硬化性樹脂膜１０のうち、焦点Ｓとその近傍のみを除去し、その後、除去した部分に樹脂を埋め込むことで光透過部８を形成している。そのため、ミラーレンズ７に対する光透過部８の位置が自己整合的に決まる。したがって、製造時にミラーレンズ７の焦点Ｓの位置に対して光透過部８をアライメントする手間を省くことができる。また、ミラーレンズ７の焦点Ｓに対して光透過部８を高い精度でアライメントすることができる。その結果、高い指向性を持つ面光源装置１を歩留まり良く製造することができる。
【００５３】
なお、本実施形態の面光源装置１では、導光体３の内部を伝播する光Ｌのうち、光透過部８に到達した光だけが導光体３の外部に取り出されることになる。したがって、光透過部８に到達せずに導光体３の第２端面３ｄに到達する光が存在する。そのため、導光体３の第２端面３ｄに反射膜を形成しても良い。その場合、導光体３の第２端面３ｄに到達した光は反射膜で反射し、第１端面３ｃに向かって戻る。その戻る経路において光透過部８に到達した光を導光体３の外部に取り出すことができる。さらに、導光体３の側面に反射膜を形成しても良い。
【００５４】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、ＬＥＤの配置が第１実施形態と異なるのみである。
図６は、本実施形態の面光源装置の平面図であり、第１実施形態の図２に相当する図である。図６において図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
第１実施形態においては、導光体３の第１端面３ｃにのみＬＥＤ２が設けられていた。これに対して、本実施形態の面光源装置１２は、図６に示すように、導光体３の第１端面３ｃに加えて、導光体３の第２端面３ｄにも複数のＬＥＤ２が設けられている。ただし、導光体３に設けられた反射部４の数は第１実施形態と同じである。
【００５６】
本実施形態の面光源装置１２においても、高い指向性を持つ射出光が得られる、という第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の場合、反射部４の数は第１実施形態と同じであっても、導光体３の第１端面３ｃに設けたＬＥＤ２からの光と第２端面３ｄに設けたＬＥＤ２からの光を同じ反射部４で取り出せるため、効率の良い面光源装置を提供することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射部の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図７は、本実施形態の面光源装置の平面図であり、第１実施形態の図２に相当する図である。図７において図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
第１実施形態においては、導光体３の第２主面３ｂの法線方向から見て円形の反射部４が設けられていた。これに対して、本実施形態の面光源装置１４は、図７に示すように、導光体３の第２主面３ｂの法線方向から見て略半円形の反射部１５が設けられている。ただし、光透過部８は、第１実施形態と同様、円柱体で構成されている。したがって、ミラーレンズ１６および低屈折率部１７の平面形状が略半円形となっている。また、ミラーレンズ１６は、ミラーレンズ１６の平面形状である半円の直線側が導光体３の第１端面３ｃを向くように配置されている。
【００５９】
本実施形態の面光源装置１４においても、高い指向性を持つ射出光が得られる、という第１実施形態と同様の効果を得ることができる。導光体３の第１端面３ｃに設けられたＬＥＤ２から第２端面３ｄに向かう光のみを利用するのであれば、本実施形態のように、第１実施形態のような円形のミラーレンズ７のうち、導光体３の第２端面３ｄ側の半分があれば足りる。本実施形態の構成によれば、ミラーレンズ１６の占有面積が第１実施形態に比べて小さくなるため、ミラーレンズ１６の配置密度を高めることができる。その結果、光の取り出し効率を高めることができる。
【００６０】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射部の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図８は、本実施形態の面光源装置の平面図であり、第１実施形態の図２に相当する図である。図８において図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
第１実施形態においては、導光体３の第２主面３ｂの法線方向から見て円形の反射部４が設けられていた。これに対して、本実施形態の面光源装置１８は、図８に示すように、導光体３の第２主面３ｂに法線方向から見て正六角形の反射部１９が設けられている。ただし、光透過部８は、第１実施形態と同様、円柱体で構成されている。したがって、ミラーレンズ２０および低屈折率部２１の平面形状が正六角形となっている。
【００６２】
ただし、本実施形態のミラーレンズ２０は、第１実施形態と同様の円形のミラーレンズの縁部をカットして正六角形にしただけであり、ミラーレンズ２０の頂部は第１実施形態と同様の放物面を有している。また、隣り合うミラーレンズ２０は、正六角形の辺同士が接するように密着して配置されている。複数のミラーレンズ２０は、一体の光透過性樹脂により形成されている。
【００６３】
本実施形態の面光源装置１８においても、高い指向性を持つ射出光が得られる、という第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の場合、ミラーレンズ２０の間に隙間がないため、ミラーレンズ２０の配置密度を高めることができる。その結果、光の取り出し効率を高めることができる。また、複数のミラーレンズ２０を一体の光透過性樹脂で形成すれば、反射部１９を作製する際の取り扱いが容易になる。
【００６４】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図９を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射部の寸法および配置密度が第１実施形態と異なるのみである。
図９は、本実施形態の面光源装置の平面図であり、第１実施形態の図２に相当する図である。図９において図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６５】
第１実施形態においては、複数の反射部４の寸法が等しく、導光体３の全体にわたって複数の反射部４が均等に配置されていた。これに対して、本実施形態の面光源装置２２は、図９に示すように、反射部２３ａ〜２３ｄの形状は全て円形であるが、複数の反射部２３ａ〜２３ｄの寸法が異なっている。また、導光体３上の複数の反射部２３ａ〜２３ｄの配置が不均等である。
【００６６】
具体的には、ＬＥＤ２に近い導光体３の第１端面３ｃ寄りに位置するミラーレンズ２４ａの直径が小さく、ＬＥＤ２から遠い導光体３の第２端面３ｄ寄りに位置するミラーレンズ２４ｄの直径が大きく設定されている。また、全ての反射部２３ａ〜２３ｄにおいて、ミラーレンズ２４ａ〜２４ｄの直径に対する光透過部８の直径の比は等しい。したがって、導光体３の第１端面３ｃ寄りに位置する光透過部８の直径が小さく、導光体３の第２端面３ｄ寄りに位置する光透過部８の直径が大きく設定されている。また、ＬＥＤ２に近い導光体３の第１端面３ｃ寄りに位置するミラーレンズ２４ａの配置密度が小さく、ＬＥＤ２から遠い導光体３の第２端面３ｄ寄りに位置するミラーレンズ２４ｄの配置密度が大きく設定されている。光透過部８の周囲には、低屈折率部２５ａ〜２５ｄが設けられている。
【００６７】
本実施形態の面光源装置２２においても、高い指向性を持つ射出光が得られる、という第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ＬＥＤ２から射出された光が導光体３の第１端面３ｃから第２端面３ｄに向けて進行する際、複数の反射部が均等に配置されていると、ＬＥＤ２に近い側の反射部から先に光が多く取り出され、光が進行するにつれて光の取り出し量が徐々に少なくなる場合がある。その結果、面内で輝度が不均一になる場合がある。本実施形態の場合、ＬＥＤ２に近い側の反射部２３ａの寸法および配置密度が小さく、ＬＥＤ２から遠い側の反射部２３ｄの寸法および配置密度が大きいため、面内での輝度を均一にすることができる。
【００６８】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射部の構成が第１実施形態と異なるのみである。
図１０は、本実施形態の面光源装置の断面図であり、第１実施形態の図３に相当する図である。図１０において図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６９】
第１実施形態においては、ミラーレンズ７を構成する凸レンズ５が光透過部８を介して導光体３に連結されていた。これに対して、本実施形態の面光源装置２６は、図１０に示すように、凹面ミラー６の内部が空洞であり、凸レンズが存在しない。また、本実施形態の光透過部２７は、光を直線的に透過させるものではない。光透過部２７は、導光体３の内部を伝播してきた光Ｌを散乱させ、凹面ミラー６に向けて射出させる散乱体で構成されている。光透過部２７は、凹面ミラー６の焦点Ｓがその内部に位置するように配置されている。光透過部２７の周囲には、第１実施形態と同様の低屈折率部９が設けられている。凹面ミラー６は、その縁部が低屈折率部９と接しており、低屈折率部９によって導光体３に固定されている。
【００７０】
本実施形態の面光源装置２６の場合、導光体３の第２主面３ｂのうち、光透過部２７に到達した光のみが光透過部２７の内部で散乱して凹面ミラー６の内部空間に取り出される。その後、光Ｌは、凹面ミラー６で反射して導光体３を透過し、導光体３の正面方向に取り出される。このようにして、第１〜第５実施形態と同様、本実施形態の面光源装置２６においても、高い指向性を持つ射出光を得ることができる。
【００７１】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図１１を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射部の形状が第１実施形態と異なるのみである。
図１１は本実施形態の面光源装置の斜視図であり、第１実施形態の図１に相当する図である。よって、図１１において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７２】
本実施形態の面光源装置２９は、図１１に示すように、複数のＬＥＤ２と、導光体３と、複数の反射部３１と、を備えている。第１実施形態の反射部４は、導光体３の法線方向から見た平面形状が円形であった。これに対して、本実施形態の反射部３１は、導光体３の法線方向から見た平面形状が光の伝播方向と垂直な方向（ｙ軸方向）に帯状に延在している。
【００７３】
ＬＥＤ２自体が指向性の高い光を射出するため、光の伝播方向Ｘに直交する方向（ｙ軸方向）において指向性を高める作用を反射部３１に持たせる必要がない。したがって、本実施形態では、光の伝播方向に垂直な方向（ｙ軸方向）に延在するレンチキュラー型のミラーレンズ３６を用いている。すなわち、本実施形態のミラーレンズ３６は、光の伝播方向（ｘ軸方向）に曲率を持ち、導光体３の第１主面３ａと平行かつ光の伝播方向と垂直な方向（ｙ軸方向）には曲率を持たない。
【００７４】
上記の構成により、ミラーレンズ３６を構成する凹面ミラー３７の焦点は、導光体３の第２主面３ｂと平行かつ光の伝播方向と垂直な方向（ｙ軸方向）に連続して線状に存在する。これに応じて、光透過部３８が導光体３の第１主面３ａと平行かつ光の伝播方向と垂直な方向（ｙ軸方向）に長く延在する。ミラーレンズ３６の線状の焦点は、光透過部３８の表面または内部に位置している。光透過部３８の両側方には、低屈折率部３３が光透過部３８と同じ方向に延在して設けられている。
【００７５】
本実施形態の場合も、光透過部３８が焦点とその近傍のみに設けられ、焦点とその近傍を通った光のみがミラーレンズ３６の凹面ミラー３７で反射する点は第１実施形態と同様である。したがって、反射部３１の作用によって光の伝播方向（ｘ軸方向）における指向性が高い光が得られることは第１実施形態で説明した通りである。このようにして、第１〜第６実施形態と同様、本実施形態の面光源装置２９においても、いずれの方向にも高い指向性を持つ射出光を得ることができる。
【００７６】
［第８実施形態］
以下、本発明の第８実施形態について、図１２〜図１４を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源の構成が第１実施形態と異なるのみである。ただし、本実施形態の面光源装置は機能的には第１実施形態と大きく異なり、高指向性モードと低指向性モードとを切り替えることができる。
図１２は本実施形態の面光源装置の斜視図であり、第１実施形態の図１に相当する図である。図１３は本実施形態の面光源装置の断面図であり、第１実施形態の図３に相当する図である。図１２、図１３において図１、図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
本実施形態の反射部４は、第１実施形態の反射部と同じものである。すなわち、本実施形態の面光源装置４０は、図１２に示すように、第１実施形態と同様、導光体３の第２主面３ｂに複数の反射部４が設けられている。第２主面３ｂの法線方向から見た反射部４の平面形状は円形である。複数の反射部４は２次元的に配置されており、隣り合う行の複数の反射部４は、行方向に１／２ピッチずつずれた位置に配置されている。反射部４は、ミラーレンズ７と、光透過部８と、低屈折率部９と、で構成されている。各部の屈折率についても第１実施形態と同様である。
【００７８】
導光体３の第１端面３ｃは導光体の短手方向（図１２のｙ軸方向）において６個に分割され、第２主面３ｂとのなす先端角βＡ、βＢが互いに異なる２種類の傾斜面４１ａ，４１ｂとなっている。先端角βＡ、βＢが互いに異なる２種類の傾斜面４１ａ，４１ｂは、導光体３の短手方向（図１２のｙ軸方向）に沿って交互に並んでいる。これらの傾斜面４１ａ，４１ｂは、例えば第２主面と第１端面とのなす角度が直角となった導光体を用意しておき、第１端面を、６個に分割した領域毎に第２主面に対して異なる角度をなすように斜めに研削する等の方法で形成できる。
【００７９】
各傾斜面４１ａ，４１ｂの略中央に、ＬＥＤ２ａ，２ｂが１個ずつ光学接着剤を介して固定されている。したがって、第１端面３ｃの全体では、６個のＬＥＤ２ａ，２ｂが導光体３の短手方向に並べられている。また、異なる傾斜面４１ａ，４１ｂに設置されたＬＥＤ２ａ，２ｂ毎に、点灯／消灯が個別に制御できるようになっている。以上の構成により、本実施形態の面光源装置４０は、導光体３の内部で光を２種類の異なる伝播角度で伝播させることができる。
【００８０】
なお、以下の説明では、便宜上、第１端面３ｃの２種類の傾斜面４１ａ，４１ｂのうち、第２主面３ｂとのなす先端角が大きい傾斜面（例えば図１２の右から２番目の傾斜面）を第１入射端面４１ａ、第２主面３ｂとのなす先端角が小さい傾斜面（例えば図１２の最も右端の傾斜面）を第２入射端面４１ｃ、と称する。また、第１入射端面４１ａに設けられたＬＥＤを第１ＬＥＤ２ａ、第２入射端面４１ｂに設けられたＬＥＤを第２ＬＥＤ２ｂ、と称する。
【００８１】
図１３（Ａ）は図１２のＡ−Ａ’線に沿う断面図、図１３（Ｂ）は図１２のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、をそれぞれ示している。本実施形態の場合、一例として、図３（Ａ）に示すように、第１入射端面４１ａと第２主面３ｂとのなす先端角βＡが６５°に設定され、図１３（Ｂ）に示すように、第２入射端面４１ｂと第２主面３ｂとのなす先端角βＢが５５°に設定されている。各ＬＥＤ２ａ，２ｂは各入射端面４１ａ，４１ｂに対して垂直に光Ｌａ，Ｌｂが入射するように固定されている。そのため、各ＬＥＤ２ａ，２ｂから射出された光Ｌａ，Ｌｂは、導光体３の第１主面３ａと第２主面３ｂとの間で全反射を繰り返しつつ、第１端面３ｃ側から第２端面３ｄ側に向けて伝播される。
【００８２】
ここで、第１ＬＥＤ２ａを点灯させ、第２ＬＥＤ２ｂを消灯させたとする。図１３（Ａ）に示すように、導光体３の第１主面３ａおよび第２主面３ｂに平行な仮想水平面ｘｙに対する光軸のなす角度を伝播角度φと定義すると、第１ＬＥＤ２ａから射出される光の伝播角度φＡは２５°となる。したがって、第１ＬＥＤ２ａからの光Ｌａは、導光体３の第１主面３ａと第２主面３ｂとの間で全反射を繰り返しながら、伝播角度φＡ＝２５°で進行する。このとき、導光体３の第２主面３ｂに対する光Ｌａの入射角θＡは６５°となる。
【００８３】
第１実施形態で説明したように、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面における臨界角は約６０．１°であるから、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面に対する入射角θが６０．１°以上の光は、導光体３の第２主面３ｂにおいて全反射する。したがって、第１ＬＥＤ２ａから射出された光Ｌａは、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面に到達すると、界面で全反射し、低屈折率部９に入射されることはない。
【００８４】
ところが、光Ｌａは、導光体３と光透過部８との界面に到達すると、双方の屈折率が等しい導光体３と光透過部８との界面では全反射が生じない。したがって、図１３に示すように、光透過部８に到達した光Ｌａのみが、光透過部８を透過して、ミラーレンズ７に入射することができる。この光は、凹面ミラー６の焦点Ｓおよびその近傍を通っているため、凹面ミラー６で反射した後、導光体３の第２主面３ｂに対して略垂直な方向に進行する。その結果、第１ＬＥＤ２ａを選択的に点灯させると、導光体３の第１主面３ａの法線方向に指向性の高い光を得ることができる。
【００８５】
逆に、第２ＬＥＤ２ｂを点灯させ、第１ＬＥＤ２ａを消灯させたとする。この場合、図１３（Ｂ）に示すように、第２ＬＥＤ２ｂから射出される光Ｌｂの伝播角度φＢは３５°となる。したがって、第２ＬＥＤ２ｂからの光Ｌｂは、導光体３の第１主面３ａと第２主面３ｂとの間で全反射を繰り返しながら、伝播角度φＢ＝３５°で進行する。このとき、導光体３の第２主面３ｂに対する光Ｌｂの入射角θＢは５５°となる。
【００８６】
導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面における臨界角は約６０．１°であるから、第２ＬＥＤ２ｂから射出された光Ｌｂは、導光体３の第２主面３ｂと低屈折率部９との界面に入射角θＢ＝５５°で入射すると、この界面を透過する。その後、光Ｌｂは、低屈折率部９を透過して、ミラーレンズ７に入射し、凹面ミラー６で反射する。光Ｌｂは、凹面ミラー６の焦点Ｓから大きく外れた位置を通っているため、凹面ミラー６で反射した後、導光体３の第２主面３ｂに対して垂直でない種々の方向に進行する。その結果、第２ＬＥＤ２ｂを選択的に点灯させると、指向性の高い光は得られず、広い角度範囲を持った光を得ることができる。
【００８７】
このように、本実施形態の面光源装置４０によれば、第１ＬＥＤ２ａ、第２ＬＥＤ２ｂのいずれを点灯させるかにより、指向性の高い光が得られるモードと広い角度範囲を持った光が得られるモードを切り替えることができる。例えばこの面光源装置４０を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合、１人で表示を見るときには、省エネルギー、プライバシー保護等の観点から、指向性の高い光が得られるモードを用いれば良い。また、複数人で表示を見るときには、誰からも表示が見やすいように、広い角度範囲を持った光が得られるモードを用いれば良い。
【００８８】
本発明者らは、本実施形態の面光源装置の効果を実証するため、シミュレーションにより面光源装置から射出される光の角度−輝度プロファイルを求めた。
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、そのシミュレーション結果を示す図であり、図１４（Ａ）は第１ＬＥＤ２ａを点灯させた場合（光の伝播角度φＡ＝２５°）を示し、図１４（Ｂ）は第２ＬＥＤ２ｂを点灯させた場合（光の伝播角度φＢ＝３５°）を示す。
【００８９】
射出光の角度は、導光体の第１主面から見て正面方向、すなわち第１主面の法線方向を０度とし、法線方向を基準として第１主面に平行な方向を＋９０度および−９０度とした。図１４（Ａ）、（Ｂ）のｘ軸は図１２の斜視図におけるｘ軸（光の伝播方向）に対応し、図１４（Ａ）、（Ｂ）のｙ軸は図１２の斜視図におけるｙ軸（光の伝播方向に垂直な方向）に対応している。シミュレーションの条件として、ミラーレンズの直径を１００μｍ、ミラーレンズの放物面の曲率半径を５０μｍ、光透過部の円柱体の直径を５μｍ、とした。
【００９０】
図１４（Ａ）に示すように、第１ＬＥＤ２ａを点灯させた場合には、導光体３からの射出光は、ｘ軸方向、ｙ軸方向で半値全幅１０°以内の高い指向性を持つことが確認された。このことから、導光体３からの射出光は、ｘ軸方向、ｙ軸方向に限らず、全ての方位角において高い指向性を持つことが推測される。一方、図１４（Ｂ）に示すように、第２ＬＥＤ２ｂを点灯させた場合には、導光体３からの射出光は、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに広い範囲の角度分布を持つことが確認された。
【００９１】
［第９実施形態］
以下、本発明の第９実施形態について、図１５を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成および機能は第８実施形態と同様であり、ＬＥＤの配置が第８実施形態と異なるのみである。
図１５は、本実施形態の面光源装置の平面図であり、第８実施形態の図１２に相当する図である。図１５において図１２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９２】
第８実施形態においては、導光体３の第１端面３ｃは傾斜が異なる複数の傾斜面４１ａ，４１ｂに分割され、これら傾斜面４１ａ，４１ｂにＬＥＤ２が設けられていた。これに対して、本実施形態の面光源装置４２は、図１５に示すように、導光体３の第１端面３ｃに加えて、導光体３の第２端面３ｄも第２主面３ｂに対して斜めにカットされており、各端面３ｃ，３ｄは分割された面となっていない。第１端面３ｃと第２主面３ｂとのなす先端角βＡと第２端面３ｄと第２主面３ｂとのなす先端角βＢとは異なっている。第１端面３ｃと第２主面３ｂとのなす先端角βＡは６５°、第２端面３ｄと第２主面３ｂとのなす先端角βＢは５５°に設定されている。導光体３の第１端面３ｃ、第２端面３ｄの双方に同数（図１５の例では３個）の第１ＬＥＤ２ａ、第２ＬＥＤ２ｂが設けられている。導光体３の第２主面３ｂに設けられた反射部４の数は第８実施形態と同じである。
【００９３】
本実施形態の面光源装置４２においても、第１ＬＥＤ２ａ、第２ＬＥＤ２ｂのいずれを点灯させるかにより、指向性の高い光が得られるモードと広い角度範囲を持った光が得られるモードを切り替えられる、という第８実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の場合、各端面３ｃ，３ｄが傾斜の異なる複数の傾斜面を有していないため、第８実施形態に比べて端面の加工が容易になる。
【００９４】
［第１０実施形態］
以下、本発明の第１０実施形態について、図１６を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成および機能は第８実施形態と同様であり、各ＬＥＤから射出された光の伝播方向を異ならせる手法が第８実施形態と異なるのみである。
図１６（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の面光源装置の平面図であり、第８実施形態の図１３（Ａ）、（Ｂ）に相当する図である。図１６（Ａ）、（Ｂ）において図１３（Ａ）、（Ｂ）と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
第８実施形態の面光源装置４０では、導光体３の第１端面３ｃは、第２主面３ｂに対する傾斜角度がそれぞれ異なる第１、第２入射端面４１ａ，４１ｂとされ、各入射端面４１ａ，４１ｂにＬＥＤ２ａ，２ｂが固定されていた。これに対して、本実施形態の面光源装置４３では、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、導光体３の第１端面３ｃは第２主面３ｂに対して垂直な面であり、第１端面３ｃには図１６（Ａ）、（Ｂ）の奥行き方向（ｙ軸方向）に沿って複数個のＬＥＤ２ａ，２ｂが設置されている。
【００９６】
一方、導光体３の第２端面３ｄは図１６（Ａ）、（Ｂ）の奥行き方向（ｙ軸方向）に分割され、第２主面３ｂとのなす先端角βＡ、βＢが互いに異なる２つの傾斜面４４ａ，４４ｂとなっている。これらの傾斜面４４ａ，４４ｂは、例えば主面と端面とのなす角度が直角をなす導光体を用意しておき、その端面を、領域毎に第２主面３ｂに対して異なる角度をなすように斜めに研削する等の方法で形成できる。これら２つの傾斜面４４ａ，４４ｂに、例えばアルミニウム等の金属膜をスパッタ法もしくは蒸着法で形成するなどして反射膜を形成することにより、ＬＥＤ２ａ，２ｂが設置された第１端面３ｃ側から伝播してきた光を反射させる反射面となる。
【００９７】
なお、以下の説明では、便宜上、第２端面３ｄの２つの傾斜面４４ａ，４４ｂのうち、第２主面３ｂとのなす先端角が大きい傾斜面（図１８（Ａ）に示す）を第１反射端面４４ａ、第２主面とのなす先端角が小さい傾斜面（図１８（Ｂ）に示す）を第２反射端面４４ｂと称する。また、第１反射端面４４ａに対向するＬＥＤを第１ＬＥＤ２ａ、第２反射端面４４ｂに対向するＬＥＤを第２ＬＥＤ２ｂと称する。
【００９８】
本実施形態の場合、ＬＥＤ２ａ，２ｂが設置された導光体３の第１端面３ｃは第１主面３ａおよび第２主面３ｂに対して垂直であるから、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各ＬＥＤ２ａ，２ｂから射出された光Ｌａ，Ｌｂは、いずれも第１主面３ａおよび第２主面３ｂに平行な方向である水平方向（図１６（Ａ）（Ｂ）のｘ軸方向）に伝播されるので、第１主面３ａおよび第２主面３ｂに入射することはない。ところが、各ＬＥＤ２ａ，２ｂから射出された光Ｌａ，Ｌｂは、第２端面３ｄ側で第２主面３ｂとのなす先端角βＡ、βＢが異なる各反射端面４４ａ，４４ｂに入射されるため、各反射端面４４ａ，４４ｂで反射した後の光は異なる伝播角度φＡ、φＢで導光体３内を伝播し、第２主面３ｂに対して異なる入射角θＡ、θＢで入射する。
【００９９】
第１ＬＥＤ２ａを点灯させたとすると、図１６（Ａ）に示すように、第１ＬＥＤ２ａから射出された光Ｌａが第１反射端面４４ａで反射する際に、第１反射端面４４ａは第２主面３ｂとのなす先端角βＡが他の反射端面４４ｂよりも大きいため、仮想水平面に対する反射光軸のなす角度を伝播角度φと定義すると、第１反射端面４４ａで反射した光Ｌａの伝播角度φＡは、他の反射端面４４ｂで反射した光Ｌｂの伝播角度φＢよりも小さくなる。
【０１００】
したがって、第８実施形態と同様、図１６（Ａ）に示すように、第１ＬＥＤ２ａから射出された光Ｌａが低屈折率部９に到達したとき、導光体３と低屈折率部９との界面に対して６０．１°以上の入射角θＡで入射すると、ここでの臨界角は６０．１°であるから、光Ｌａは、導光体３と低屈折率部９との界面で全反射し、低屈折率部９には入射しない。光Ｌａは、導光体３と光透過部８との界面に到達すると、光透過部８を透過して、ミラーレンズ７に入射することができる。光Ｌａは、凹面ミラー６の焦点Ｓおよびその近傍を通っているため、凹面ミラー６で反射した後、導光体３の第２主面３ｂに対して略垂直な方向に進行する。その結果、第１ＬＥＤ２ａを選択的に点灯させると、導光体３の第１主面３ａの法線方向に指向性の高い光を得ることができる。
【０１０１】
これとは逆に、第２ＬＥＤ２ｃを点灯させたとすると、図１６（Ｂ）に示すように、第２ＬＥＤ２ｂから射出された光Ｌｂが第２反射端面４４ｂで反射する際に、第２反射端面４４ｂの第２主面３ｂとのなす先端角βＢが他の反射端面４４ａよりも小さいため、第２反射端面４４ｂで反射した光Ｌｂの伝播角度φＢは、他の反射端面４４ａで反射した光の伝播角度φＡよりも大きくなる。
【０１０２】
したがって、第８実施形態と同様、図１６（Ｂ）に示すように、第２ＬＥＤ２ｂから射出された光Ｌｂが低屈折率部９に到達したとき、導光体３と低屈折率部９との界面に対して６０．１°未満の入射角θＢで入射すると、光Ｌｂは、導光体３と低屈折率部９との界面で全反射することなく、低屈折率部９に入射する。その後、光Ｌｂは、低屈折率部９を透過して、ミラーレンズ７に入射し、凹面ミラー６で反射する。光Ｌｂは、凹面ミラー６の焦点Ｓから大きく外れた位置を通っているため、凹面ミラー６で反射した後、導光体３の第２主面３ｂに対して垂直でない種々の方向に進行する。その結果、第２ＬＥＤ２ｂを選択的に点灯させると、指向性の高い光は得られず、広い角度範囲を持った光を得ることができる。
【０１０３】
このようにして、本実施形態の面光源装置４３においても、第１ＬＥＤ２ａ、第２ＬＥＤ２ｂのいずれを点灯させるかにより、指向性の高い光が得られるモードと広い角度範囲を持った光が得られるモードを切り替えられる、という第８実施形態と同様の効果を得ることができる。特に本実施形態の場合、第１ＬＥＤ２ａ、第２ＬＥＤ２ｂが設置された導光体３の第１端面３ｃが平坦であるため、全てのＬＥＤ２ａ，２ｂが同一面上に位置することになる。したがって、例えば全てのＬＥＤ２ａ，２ｂを同一のプリント基板上に実装することを考えると、ＬＥＤの実装構造の設計が容易になる。
【０１０４】
［第１１実施形態］
以下、本発明の第１１実施形態について、図１７を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成および機能は第８実施形態と同様であり、異なる伝播角度を持つ光を導光体に入射させるための構成が第８実施形態と異なっている。よって、本実施形態では、面光源装置の基本構成の説明は省略する。
図１７は、本実施形態の面光源装置を示す断面図である。
図１７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０５】
本実施形態の面光源装置４７は、図１７に示すように、複数の反射部４を備えた導光体４８と、光源４９と、を有している。光源４９は、ＬＥＤ５０（発光素子）と、ポリゴンミラー５１（伝播角度可変素子）と、を有している。ポリゴンミラー５１は、回転可能とされた６角柱状の反射体で構成され、６面のミラー５２を有している。ＬＥＤ５０とポリゴンミラー５１はともに導光体４８の第１端面４８ｃ側に配置されており、ＬＥＤ５０から射出された光Ｌ０はポリゴンミラー５１の各ミラー５２で反射し、第１端面４８ｃから導光体４８に入射される構成となっている。ポリゴンミラー５１は、自身が回転することにより反射後の光の進行方向を変更する機能を有している。また、面光源装置には、モーター等の回転駆動源５３等を制御する制御部５４、等が備えられている。さらに、制御部５４は、ポリゴンミラー５１の回転制御を行うだけでなく、ＬＥＤ５０の点灯／消灯、光量の制御も行う。
【０１０６】
第８実施形態では、先端角が互いに異なる導光体３の２つの入射端面４１ａ，４１ｂにそれぞれＬＥＤ２ａ，２ｂが設置されており、いずれのＬＥＤ２ａ，２ｂを点灯させるかによって、導光体３内の光の伝播角度φを異ならせ、第２主面３ｂへの入射角を異ならせていた。これに対して、本実施形態では、１個のＬＥＤ５０を点灯させると同時にポリゴンミラー５１を回転させることで導光体４８内の光の伝播角度φを変化させる。これにより、ＬＥＤ５０から射出された光Ｌ０を第２主面４８ｂに対して異なる入射角θで入射させることができる。したがって、第８実施形態では、伝播角度φが離散した２つの値しか取らないのに対し、本実施形態では、伝播角度φが連続的に変化した値を取り得る。
【０１０７】
したがって、導光体４８の第２主面４８ｂに対する光の入射角θも連続的に変化した値を取り得る。例えば、ポリゴンミラー５１のミラー５２への光Ｌ０の入射角ωを３８°〜４１°とした場合、導光体４８の第２主面４８ｂへの光の入射角θが６４°〜６６°となる。このとき、入射角θが臨界角である６０．１°以上の値を取るため、光は第２主面４８ｂと低屈折率部９との界面では全反射し、光透過部８のみを透過する。このとき、光はミラーレンズ７の焦点とその近傍のみを通るため、  導光体４８の第１主面４８ａの法線方向に指向性の高い光を得ることができる。
【０１０８】
この状態からポリゴンミラー５１を回転させ、ミラー５２への光Ｌ０の入射角ωを５７°〜６１°とした場合、導光体４８の第２主面４８ｂへの光の入射角θが５４°〜５６°となる。このとき、入射角θが臨界角である６０．１°未満の値を取るため、光は第２主面４８ｂと低屈折率部９との界面を透過する。このとき、光はミラーレンズ７の焦点とその近傍から外れた位置を通るため、導光体４８の第１主面４８ａに対して広い角度範囲を持った光を得ることができる。
【０１０９】
本実施形態の面光源装置４７においても、指向性の高い光が得られるモードと広い角度範囲を持った光が得られるモードを切り替えられる、という第８実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態の場合、ポリゴンミラー５１の回転により光の伝播角度φを変化させるので、第８実施形態のように多くのＬＥＤを備える必要がない。
【０１１０】
なお、本実施形態では、ＬＥＤ５０とポリゴンミラー５１をともに導光体４８の第１端面４８ｃ側に配置したが、この構成に代えて、ＬＥＤ５０を導光体４８の第１端面４８ｃ側に配置し、ポリゴンミラー５１を導光体４８の第２端面４８ｄ側に配置する構成としても良い。この場合、ＬＥＤ５０からの射出光Ｌ０が導光体４８を第１端面４８ｃ側から第２端面４８ｄ側に一旦透過した後、第２端面４８ｄ側に配置したポリゴンミラー５１で反射して第２端面４８ｄ側から再度入射する際に伝播角度φが変化する。この構成によれば、ＬＥＤ５０とポリゴンミラー５１とが導光体４８の両側方に振り分けられて配置されるため、ＬＥＤ５０やポリゴンミラー５１に付帯する各種部材のレイアウトが容易になる。
【０１１１】
なお、本実施形態では、ＬＥＤからの光を反射させて導光体に入射させる伝播角度可変素子としてポリゴンミラーを例示したが、ポリゴンミラーに代えて、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いることもできる。ＭＥＭＳミラーは従来から周知のものを用いることができ、例えばミラーの反射面と平行な方向に延在する回動軸を有し、この回動軸を中心としてミラーが回動するタイプのＭＥＭＳミラーを用いることができる。もしくは、ミラーの反射面と垂直な方向に延在する中心軸を有し、この中心軸に対してミラーが傾斜するタイプのＭＥＭＳミラーを用いることができる。
【０１１２】
［第１２実施形態］
以下、本発明の第１２実施形態について、図１８を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成および機能は第８実施形態と同様であり、異なる伝播角度を持つ光を導光体に入射させるための構成が第８実施形態と異なっている。よって、本実施形態では、面光源装置の基本構成の説明は省略する。
図１８は、本実施形態の面光源装置を示す断面図である。
図１８において、第８実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１１３】
本実施形態の面光源装置５７は、図１８に示すように、複数の反射部４を備えた導光体４８と、光源５８と、を有している。また、光源５８は、２つのＬＥＤ２ａ，２ｂ（発光素子）と、液体レンズ５９（伝播角度可変素子）とを有している。２つのＬＥＤ２ａ，２ｂと液体レンズ５９は、ともに導光体４８の第１端面４８ｃ側に配置されており、液体レンズ５９は導光体４８の第１端面４８ｃに固定されている。ＬＥＤ２ａ，２ｂから射出された光は、液体レンズ５９を透過し、第１端面４８ｃから導光体４８に入射される構成となっている。
【０１１４】
液体レンズ５９は、内部に電極６０が設けられたセル６１内に互いに屈折率が異なる水６２とオイル６３とが封入された構成を有している。液体レンズ５９は、電極６０への印加電圧に応じて水６２とオイル６３との界面の形状を変化させることにより光の屈折方向を変化させ、透過後の光の進行方向を変更する機能を有している。また、面光源装置５７には、液体レンズ５９への印加電圧やＬＥＤ２ａ，２ｂの点灯／消灯、光量を制御する制御部６４が備えられている。
【０１１５】
本実施形態においても、第１１実施形態と同様、導光体４８の第２主面４８ｂへの入射角を６０．１°以上とすれば、導光体４８の第１主面４８ａの法線方向に指向性の高い光が得られ、入射角を６０．１°未満とすれば、導光体４８の第１主面４８ａの法線方向に対して広い角度範囲の光が得られる。したがって、液体レンズ５９の電極６０への印加電圧といずれのＬＥＤ２ａ，２ｂを点灯させるかを制御して導光体４８での光の伝播方向を適宜変化させ、導光体４８の第２主面４８ｂへの入射角が上記の値を取るようにすれば、指向性を切り替えることができる。
【０１１６】
［第１３実施形態］
以下、本発明の第１３実施形態について、図１９を用いて説明する。
第９〜第１０実施形態では、上記実施形態の面光源装置を備えた表示装置の一例を示す。本実施形態は、第１実施形態の面光源装置をバックライトとして備えた液晶表示装置の一例である。
【０１１７】
本実施形態の液晶表示装置６８は、図１９に示すように、バックライト６９（面光源装置）と、第１偏光板７０と、液晶パネル７１と、第２偏光板７２と、視野角拡大フィルム７３と、から構成されている。なお、図１９では、液晶パネル７１を模式的に１枚の板状に図示している。観察者は、視野角拡大フィルム７３が配置された図１９における液晶表示装置６８の上側から表示を見ることになる。よって、以下の説明では、視野角拡大フィルム７３が配置された側を視認側と称し、バックライト６９が配置された側を背面側と称する。
【０１１８】
本実施形態の液晶表示装置６８においては、バックライト６９から射出された光を液晶パネル７１で変調し、変調した光によって所定の画像や文字等を表示する。また、液晶パネル７１から射出された光が視野角拡大フィルム７３を透過すると、射出光の角度分布が視野角拡大フィルム７３に入射する前よりも広がった状態となって光が視野角拡大フィルム７３から射出される。これにより、観察者は広い視野角を持って表示を視認できる。
【０１１９】
液晶パネル７１としては、例えばアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを用いることができる。ただし、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限らず、例えば半透過型（透過・反射兼用型）液晶パネル、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。液晶パネル７１には周知の一般的な液晶パネルを用いることができるため、詳細な構成の説明は省略する。
【０１２０】
液晶表示装置６８の視認側には、視野角拡大フィルム７３が配置されている。視野角拡大フィルム７３は、基材７４と、基材７４の一面（視認側と反対側の面）に形成された複数の光拡散部７５と、基材７４の一面に形成された黒色層７６（光吸収層）と、から構成されている。視野角拡大フィルム７３は、光拡散部７５が設けられた側を第２偏光板７２に向け、基材７４の側を視認側に向けた姿勢で第２偏光板７２上に配置されている。
【０１２１】
基材７４には、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム等の透明樹脂製の基材が好ましく用いられる。光拡散部７５は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。光拡散部７５は、水平断面（ｘｙ断面）の形状が円形であり、光射出端面となる基材７４側の面の面積が小さく、光入射端面となる基材７４と反対側の面の面積が大きく、基材７４側から基材７４と反対側に向けて水平断面の面積が徐々に大きくなっている。すなわち、光拡散部７５は、基材７４側から見たとき、いわゆる逆テーパ状の円錐台状の形状を有している。光拡散部７５は、視野角拡大フィルム７３において光の透過に寄与する部分である。すなわち、光拡散部７５に入射した光は、光拡散部７５のテーパ状の側面で全反射しつつ、光拡散部７５の内部に略閉じこめられた状態で導光し、全方位に拡散した状態で射出される。
【０１２２】
黒色層７６は、基材７４の光拡散部７５が形成された側の面のうち、複数の光拡散部７５の形成領域以外の領域に形成されている。黒色層７６は、一例として、ブラックレジスト等の光吸収性および感光性を有する有機材料で構成されている。
【０１２３】
例えば画面の正面方向、すなわち液晶パネルを垂直に透過する光を基準として、液晶表示装置の画質の調整を行った場合、指向性を持たない従来のバックライトを用いた液晶表示装置では、画面を正面方向から見たときと斜め方向から見たときとで色ずれが生じてしまう。これに対して、本実施形態の液晶表示装置６８では、正面方向に高い指向性を有する第１実施形態の面光源装置１からなるバックライト６９を用いているため、液晶パネル７１において色変化が少ない角度範囲のみを光が透過する。その後、視野角拡大フィルム７３で光が全ての方位に拡散するため、観察者はどの方向から見ても色ずれの少ない高画質の映像を見ることができる。
【０１２４】
［第１４実施形態］
以下、本発明の第１４実施形態について、図２０を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態の面光源装置をバックライトとして備えた蛍光励起型の液晶表示装置の一例である。
【０１２５】
本実施形態の液晶表示装置７８は、図２０に示すように、バックライト６９（面光源装置）と、液晶素子７９、発光素子８０と、を備えている。本実施形態の液晶表示装置７８は、赤色光による表示を行う赤色用サブピクセル８１Ｒ、緑色光による表示を行う緑色用サブピクセル８１Ｇ、青色光による表示を行う青色用サブピクセル８１Ｂが隣接して配置されており、これら３つのサブピクセル８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂにより表示を構成する最小単位である１つのピクセルが構成されている。
【０１２６】
バックライト６９は、発光素子８０の蛍光体層８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂを励起させる励起光Ｌ１を射出するものであり、本実施形態では励起光Ｌ１として紫外光や青色光を射出する。液晶素子７９は、バックライト６９から射出された励起光Ｌ１の透過率を上記のサブピクセル８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂ毎に変調するものである。発光素子８０には、液晶素子７９により変調された励起光Ｌ１が入射され、蛍光体層８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂが励起されて発光した光が外部に射出される。したがって、本実施形態では、図２０に示す液晶表示装置７８の上方側が、観察者が表示を見る視認側となる。
【０１２７】
液晶素子７９は、第１透明基板８３と第２透明基板８４との間に液晶層８５が挟持された構成となっている。本実施形態の場合、観察者から見て前面側に位置する第２透明基板８４は、発光素子８０の基板を兼ねている。第１透明基板８３の内面（液晶層８５側の面）には、サブピクセル毎に第１透明電極８６が形成され、第１透明電極８６を覆うように配向膜（図示略）が形成されている。第１透明基板８３の外面（液晶層８５側と反対側の面）には第１偏光板８７が設けられている。第１透明基板８３には、例えばガラス、石英、プラスチック等からなる励起光を透過し得る基板を用いることができる。第１透明電極８６には、例えばインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電性材料が用いられる。第１偏光板８７には、従来一般の外付けの偏光板を用いることができる。
【０１２８】
一方、第２透明基板８４の内面（液晶層８５側の面）には、蛍光体層８２、第１光吸収層８８が基板側からこの順に積層されている。蛍光体層８２を構成する蛍光体材料は、サブピクセル毎に発光波長帯域が異なっている。バックライト６９からの励起光が紫外光である場合、赤色用サブピクセル８１Ｒには紫外光を吸収して赤色光を発光する蛍光体材料からなる蛍光体層８２Ｒが設けられる。同様に、緑色用サブピクセル８１Ｇには紫外光を吸収して緑色光を発光する蛍光体材料からなる蛍光体層８２Ｇが設けられる。青色用サブピクセル８１Ｂには紫外光を吸収して青色光を発光する蛍光体材料からなる蛍光体層８２Ｂが設けられる。
【０１２９】
もしくは、バックライト６９からの励起光が青色光である場合には、赤色用サブピクセル８１Ｒ、緑色用サブピクセル８１Ｇには青色光を吸収して赤色光、緑色光をそれぞれ発光する蛍光体材料からなる蛍光体層８２Ｒ，８２Ｇが設けられる。青色用サブピクセル８１Ｂには、蛍光体層に代えて、励起光である青色光を波長変換することなく拡散させて外部に射出させる光拡散層が設けられる。さらに、第２透明基板８４の内面には、第１光吸収層８８を覆うように第２偏光板８９が形成され、第２偏光板８９の表面に第２透明電極９０、配向膜（図示略）が積層されている。第２偏光板８９は、液晶素子７９の製造過程で塗布技術等を用いて作り込まれる偏光板であり、いわゆるイン・セル偏光板である。第２透明電極９０には、第１透明電極８６と同様、ＩＴＯ等の透明導電性材料が用いられる。
【０１３０】
第２透明基板８４の外面側には第２光吸収層９１が形成されている。第２透明基板８４の内面に設けられた第１光吸収層８８は、バックライト６９からの励起光Ｌ１の漏れによるコントラスト低下を抑制するためのものである。第２透明基板８４の外面に設けられた第２光吸収層９１は、外光によるコントラスト低下を抑制するためのものである。
【０１３１】
第１３実施形態で述べた通り、通常の液晶表示装置は、斜め方向から見たときに色ずれが生じる。これに対して、本実施形態の蛍光励起型の液晶表示装置７８は、高い指向性を有する紫外光もしくは青色光の面光源装置をバックライト６９として用い、紫外光もしくは青色光を蛍光体層８２で色変換するものである。このとき、各色の光が蛍光体層８２から等方的に射出されるため、観察者はどの方向から見ても色ずれの少ない高画質の映像を見ることができる。
【０１３２】
［表示装置の構成例］
以下、表示装置の一構成例について、図２１を用いて説明する。
図２１は、表示装置の一構成例である液晶表示装置の概略構成を示す正面図である。
【０１３３】
本構成例の液晶テレビジョン９３は、図２１に示すように、表示画面として上記第９実施形態の液晶表示装置６８、もしくは第１０実施形態の液晶表示装置７８を備えている。観察者側（図２１の手前側）には液晶パネルが配置され、観察者と反対側（図２１の奥側）にはバックライト（面光源装置）が配置されている。
本構成例の液晶テレビジョン９３は、上記実施形態の液晶表示装置６８，７８を備えたことで、高い画質の液晶テレビジョンとなる。
【０１３４】
［照明装置の構成例］
以下、照明装置の一構成例について、図２２を用いて説明する。
図２２は、照明装置の概略構成を示す図である。
照明装置の基本構成は第１実施形態の面光源装置と略同様であるため、図２２において第１実施形態の図３と共通な構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１３５】
本構成例の照明装置９５は、図２２に示すように、ＬＥＤ２と、導光体３と、複数の反射部４と、を備えている。すなわち、照明装置９５は、第１実施形態の面光源装置１と同様である。導光体３の第１主面３ａを斜め下方に向けた姿勢で照明装置９５を設置すれば、照明装置９５の斜め下方に向けて指向性の高い光Ｌを照射することができる。
【０１３６】
本構成例の照明装置９５を例えばホールの天井付近に設置すれば、照明装置９５から下方に向けて指向性の高い光が照射されるので、スポットライトとして用いることができる。
【０１３７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記の実施形態においては、反射部を構成する凹面ミラーの形状は放物面であると説明した。これに対し、上記の実施形態で用いることが可能な凹面ミラーの形状は、必ずしも放物面に限ることなく、放物面を含む概念として円錐曲面であれば良い。円錐曲面の頂点を通る断面の形状を示す曲線は二次曲線と呼ばれる。二次曲線は、円錐を任意の平面で切り取った断面から得られる曲線である。凹面ミラーの径方向の座標をρ、凹面ミラーの中心軸方向の座標をｚ、コーニック係数をｋとすると、二次曲線を下記の（１）式、（２）式で表すことができる。
【０１３８】
【数１】
2014149915.tif 000003
【数２】
2014149915.tif 000004
【０１３９】
（１）式、（２）式におけるコーニック係数ｋの値によって二次曲線の形状は変化する。二次曲線は、例えばｋ＝０のときに円となり、ｋ＝−０．２５のときに楕円曲線となり、ｋ＝−１のときに放物線となり、ｋ＝−２のときに双曲線となる。上記の実施形態では、これらの二次曲線を断面形状とする凹面ミラーを用いることができる。なお、ＬＥＤからの光が到達する領域が少なくとも円錐曲面であれば良いので、ＬＥＤからの光が到達しない領域は例えば平坦な面であっても良い。
【０１４０】
また、上記実施形態では、導光体の屈折率と光透過部の屈折率とが等しい例を示したが、それに限らず、導光体の屈折率より光透過部の屈折率の方が大きくても良い。もしくは、例えば導光体の屈折率が１．５、光透過部の屈折率が１．４９というように、導光体の屈折率より光透過部の屈折率の方が僅かに小さくても良い。その他、上記実施形態で例示した面光源装置の各構成要素の形状、数、配置、材質等に関しては、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、液晶表示装置などの各種表示装置、もしくはこの種の表示装置に用いられる面光源装置、もしくは各種照明装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１，１２，１４，１８，２２，２６，２９，４０，４７，５７…面光源装置、２，２ａ，２ｂ，５０…ＬＥＤ（光源）、３，４８…導光体、４，１５，１９，２３ａ〜２３ｄ，３１…反射部、５…凸レンズ、６，３７…凹面ミラー、７，１６，２０，２４ａ〜２４ｄ，３６…ミラーレンズ、８，２７，３８…光透過部、１０…紫外線硬化性樹脂膜（光硬化性樹脂膜）、４９，５８…光源、５０…ＬＥＤ（発光素子）、５１…ポリゴンミラー（伝播角度可変素子）、５９…液体レンズ（伝播角度可変素子）、６８，７８…液晶表示装置（表示装置）、６９…バックライト（面光源装置）、９３…液晶テレビジョン（表示装置）、９５…照明装置、Ｓ…焦点。
【図１】
2014149915.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014149915.tif 000010
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2014149915.tif 000026