(57)【要約】  導光板は、点光源６２と対向する位置にあって点光源の光を閉じ込める光導入部６５と、該光導入部の最大厚みよりも小さな厚みで、閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させる導光板本体とからなる。光導入部６５は、その最大厚みの部分から導光板本体６４の表面にかけて傾斜した傾斜面６７を有する。該傾斜面６７には、光導入部６５に入射した光の指向特性を変換するための指向性変換パターン６８を有している。指向性変換パターン６８は、複数個のＶ溝構造７１が並んだ構造を有している。指向性変換パターン６８の内接円７４は点光源の光出射窓６２ａの両端を通過する。また、導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、各Ｖ溝構造７１の長軸７３はそれぞれ、点光源６２の中心線７５と内接円７４の交点Ｇを通過する。
2010070823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源と、前記点光源の光を光入射面から導入し光出射面から外部へ出射させる導光板とを備えた面光源装置であって、
前記点光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、
前記導光板は、光入射面から入射した点光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、
前記光導入部は、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表面の端に向けて傾斜した傾斜面を、前記導光板の光出射側の面またはその反対面に有し、
前記導光板は、前記光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させるための指向性変換パターンを、前記光出射側の面またはその反対面に有し、
前記指向性変換パターンは、それぞれ一方向に延びた凹又は凸の単位パターンが複数配列したものであり、
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで一方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第１の直線が前記中心線と交差する第１交点と、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで他方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第２の直線が前記中心線と交差する第２交点とは、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置していることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記第１交点と前記光源中心との間の距離は、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であり、
前記第２交点と前記光源中心との間の距離は、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であ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】
前記第１交点と前記第２交点とが一致し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４】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸は、前記点光源の光源中心よりも後方に位置する或る一点の付近に集束す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５】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記点光源の中心線と交差する点は、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置し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６】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点と光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であ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７】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点は、前記中心線から離れた単位パターンほど前記点光源の光源中心に近くな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８】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、円弧状に形成された前記指向性変換パターンに内接する円の中心が、前記点光源の光源中心と一致していることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸は、前記点光源の光源中心よりも背後において、前記中心線上の或る一点を通過す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１０】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、前記指向性変換パターンは、当該指向性変換パターンに内接する円が前記点光源の光出射窓の両端を通過するように形成され、導光板内に入射した光が到達する領域内にある前記単位パターンはそれぞれの長軸が前記点光源の中心線と前記内接円との交点を通過するように配置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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置に関し、特に、光源の厚みよりも薄い導光板本体に効率良く光を入射させるための面光源装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
面光源装置では、輝度が均一であること、高輝度であること、コストが低廉であることのほか、発光面積が大きいこと（発光面以外の面積が小さいこと）や厚みの薄いことが求められる。特に、携帯用の機器に組み込まれる場合には、携帯用機器の薄型化に伴って面光源装置の薄型化の要求もますます高くなっている。【０００３】
しかし、エッジライト型の面光源装置では、導光板の端面に点光源を対向させて配置しているので、導光板の厚みを点光源の光出射窓の高さよりも薄くすると、点光源から出射された光のうち導光板に入射しない光が増加し、面光源装置の光利用効率が低下する。そのため、導光板の厚みは点光源の光出射窓の高さによって制約を受け、導光板の厚みを点光源の光出射窓の高さよりも薄くすることが困難であった。同様に、光源が冷陰極管の場合には、導光板の厚みを冷陰極管の直径よりも薄くすることは困難であった。【０００４】
（特許文献１について）
特開平５−５３１１１号公報（特許文献１）に開示された液晶表示装置では、蛍光管よりも厚みの薄い導光板に蛍光管からの光を効率よく入射させるため、導光板の厚みの薄い部分、すなわち導光板本体の端部にテーパー部を設けている。テーパー部の端面は蛍光管の直径にほぼ等しい高さを有しており、当該端面に蛍光管が対向している。【０００５】
このような液晶表示装置では、導光板本体の厚みを蛍光管の直径よりも薄くでき、テーパー部の端面から入射した光は、テーパー部の表裏面で全反射することにより導光板本体へ導かれ、導光板本体の上面から液晶パネルへ向けて出射される。【０００６】
しかしながら、特許文献１のような液晶表示装置では、テーパー部における光の漏れを防止できないため、テーパー部から漏れた光が観察者側から光って見え、液晶表示装置の表示部（画面）の縁が高輝度で発光し、表示部の品質を劣化させるという問題があった。仮に、光の漏れを防止できたとしても、その場合には、導光板本体の厚みをテーパー部の厚みに対してあまり薄くすることができないか、あるいは、テーパー部の長さを非常に長くしなければならないために発光面積が狭くなり、根本的な解決に至らなかった。【０００７】
（特許文献２、３について）
特開２００４−６９７５１号公報（特許文献２）、特開２００５−２８５３８９号公報（特許文献３）にもそれぞれ面光源装置が開示されている。しかし、特許文献２に記載された面光源装置では、導光板から外部へ漏れる光を十分に抑制することができず、漏れた光が液晶表示装置の表示面で光って液晶表示装置の品質を悪化させる。また、特許文献３に記載された面光源装置では、光反射板で光が吸収されたり、光反射板で反射した光が光入射端面から漏れたりするために光の利用効率が悪かった。
なお、特許文献１、２、３の面光源装置の技術的課題については、特許文献４において詳細に説明している。【０００８】
（特許文献４について）
そのため、本発明の出願人は、先に提出したＰＣＴ出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００８／６０６１０；特許文献４）において、導光板本体の厚みを光入射端面の高さに比べて十分に小さくすることができ、しかも、テーパーの付いた光導入部からの光漏れをより少なくすることができるようにした面光源装置を開示した。【０００９】
図１に示すように、この面光源装置３１は、ＬＥＤを用いた点光源３２と、導光板３３とからなる。導光板３３は、導光板本体３４の端部に光導入部３５を設けたものであって、高屈折率の透明樹脂によって成形されている。光導入部３５は、導光板本体３４よりも厚みが厚く、その端面には点光源３２が対向配置されている。光導入部３５においては、導光板本体３４の光出射面３９と同じ側の面に、円錐台形状のほぼ半分の形状をした突部が突出して光導入部３５の厚みが大きくなっており、当該突部の外周面が傾斜面３７となり、この傾斜面３７に指向性変換パターン３８が形成されている。指向性変換パターン３８は、微細なＶ溝構造４１を傾斜面３７に沿って配列したものである。導光板３３の光出射面３９に垂直な方向から見たとき、指向性変換パターン３８は点光源３２の光出射窓の中央（光源中心付近）を中心とする円弧状の領域となっており、各Ｖ溝構造４１の延びている方向の延長線（長軸）は、光源中心付近に集まっている。なお、導光板本体３４の光出射面３９と反対側の面（裏面）には、導光板本体３４内を導光する光を反射させて光出射面３９から出射させるためのプリズム状をした光出射手段４０（図２を参照）が同心円状に多数形成されている。【００１０】
しかして、図２に示すように、この面光源装置３１にあっては、点光源３２から出射された光Ｌは光入射端面３６から光導入部３５内に入射し、指向性変換パターン３８や光導入部３５の下面で全反射され、あるいは光導入部３５を通過して厚みの薄い導光板本体３４へ導光される。導光板本体３４へ導光された光は、光出射手段４０によって全反射または拡散されて光出射面３９からほぼ均一に出射される。【００１１】
そして、このような構造の面光源装置３１においては、例えば、
導光板３３の屈折率  ｎ＝１.５９
指向性変換パターン３８の山部の頂角  φ＝１２０°
光導入部３５の端面の厚み  Ｔ＝０.３１ｍｍ
導光板本体３４の厚み  ｔ＝０.１８ｍｍ
光導入部３５の上面の長さ  ｓ１＝２.５０ｍｍ
光導入部３５の長さ  ｓ２＝３.１９ｍｍ
傾斜面３７の傾斜角  θ＝１５.３°
とすれば、光出射面３９に垂直な面内においては導光板３３からの光の漏れを無くすことができる。【００１２】
また、図３（ａ）に示す光導入部３５の平面図では、点光源３２の光出射窓３２ａの一方の端Ａと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＡＰと、光出射窓３２ａの中央Ｃと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＣＰとのなす角度（以下、片側見込み角という。）∠ＡＰＣを２０°としている。また、点光源３２の光出射窓３２ａの他方の端Ｂと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＢＰと、光出射窓３２ａの中央Ｃと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＣＰとのなす角度（片側見込み角）∠ＢＰＣも２０°としている。この例では、光導入部３５の占有面積が大きくなるので、導光板３３のデッドスペースＳが大きくなる。しかし、指向性変換パターン３８の中央Ｐに入射する光の横方向の広がりは中心線ＣＰの両側でそれぞれ２０°となり、指向性変換パターン３８の中央Ｐから外れた箇所では光の横方向の拡がりがそれよりも小さくなり、指向性変換パターン３８の全体で光の漏れを防止することができるので、光出射面３９と平行な面内での漏れ光が非常に少なくなり、最大漏れ光の比率を２％（すなわち、漏れ光／入力光≦２％）とすることができる。【００１３】
よって、特許文献４に開示された面光源装置３１では、傾斜面３７の傾斜角θが１５.３°といった大きな角度である場合でも、光導入部３５の片側見込み角が２０°以下であれば、導光板３３からの光の漏れを非常に小さくできる。また、片側見込み角が２０°よりも大きくなる場合でも、片側見込み角がなるべく小さい方が漏れ光を小さくすることが可能になる。【００１４】
しかしながら、面光源装置の市場においては、薄型化の要求とともに、デッドスペースの小さな導光板に対する要求が強まっている。そのため、面光源装置の実製品化にあたっては、光導入部の占有面積が小さくなるように配慮することが求められる。【００１５】
光導入部３５の占有面積を小さくするには、片側見込み角が大きくなるように指向性変換パターン３８を設計すればよい。例えば図３（ｂ）に示す光導入部３５では、点光源３２の光出射窓３２ａの一方の端Ａと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＡＰと、光出射窓３２ａの中央Ｃと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＣＰとのなす片側見込み角が∠ＡＰＣ＝３０°となっている。同様に、片側見込み角∠ＢＰＣも３０°となっている。片側見込み角∠ＡＰＣ、∠ＢＰＣが３０°である図３（ｂ）の場合と、２０°である図３（ａ）の場合とを比べると、片側見込み角が３０°の場合には光導入部３５によるデッドスペースＳを小さくすることができるが、その反面、漏れ光が増加して最大漏れ光の比率が１５％（漏れ光／入力光≦１５％）となる。【００１６】
さらには、片側見込み角を４０°とした場合には、３０°の場合よりもデッドスペースを小さくすることができるが、漏れ光は３０°の場合よりも増加し、最大漏れ光の比率が１５％よりも一層大きくなる。【００１７】
実際の面光源装置では多少の漏れ光を犠牲にしてもデッドスペースを小さくすることが望まれるが、漏れ光が１５％程度に達すると、面光源装置の光利用効率が低下して発光面（光出射面３９）の輝度低下をもたらすと共に、図４に示すように、指向性変換パターン３８から漏れた光によって光導入部３５の縁に輝度の高い発光領域Ｊが発生し、面光源装置３１の品質を低下させる。そのため、実用的には漏れ光は１５％程度が限度であり、特許文献４の面光源装置３１では、片側見込み角が３０°の場合よりも光導入部３５の占有面積を小さくしてデッドスペースＳを小さくすることできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平５−５３１１１号公報
【特許文献２】特開２００４−６９７５１号公報
【特許文献３】特開２００５−２８５３８９号公報
【特許文献４】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／６０６１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、特許文献４に開示した面光源装置の改良に関するものであり、その目的とするところは、光の漏れをより少なくして面光源装置における光の利用効率をより向上させることにある。特に、光導入部によるデッドスペースが同じであれば、光の漏れをより少なくして光の利用効率を向上させることのできる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】
【００２０】
本発明の面光源装置は、点光源と、前記点光源の光を光入射面から導入し光出射面から外部へ出射させる導光板とを備えた面光源装置であって、前記点光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、前記導光板は、光入射面から入射した点光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、前記光導入部は、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表面の端に向けて傾斜した傾斜面を、前記導光板の光出射側の面またはその反対面に有し、前記導光板は、前記光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させるための指向性変換パターンを、前記光出射側の面またはその反対面に有し、前記指向性変換パターンは、それぞれ一方向に延びた凹又は凸の単位パターンが複数配列したものであり、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで一方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第１の直線が前記中心線と交差する第１交点と、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで他方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第２の直線が前記中心線と交差する第２交点とは、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置していることを特徴としている。【００２１】
ここで、点光源の光源中心とは、点光源の光出射窓における両端間の中央をいう。点光源の中心線とは、光出射窓の両端を結ぶ方向に垂直で、光源中心を通過する軸線をいう。単位パターンの長軸とは、単位パターンが延びている長さ方向の直線ないしその延長線をいう。また、点光源の光源中心よりも後方とは、光出射窓に関して指向性変換パターンと反対側をいう。【００２２】
また、単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した直線は、つぎのように定義する。導光板の光出射面に垂直な方向から見て、光源中心を座標原点とし、点光源の前面に平行な方向にＸ座標軸を定め、点光源の前面に垂直な方向にＹ座標軸を定める。このとき、各単位パターンの長軸が、
Ｘ＝ａｎ・Ｙ＋ｂｎ
で表されるとすると、平均化した直線は、
Ｘ＝〔（Σａｎ）／Ｎ〕・Ｙ＋〔（Σｂｎ）／Ｎ〕
で表される。添字のｎは各単位パターンを識別する指標であって、Σで表した総和は対象としているすべての単位パターンについて行われる。Ｎは対象としている単位パターンの数であって、Ｎ＝Σ１である。
さらに、この平均化した直線が中心線と公差する交点のＹ座標は、
−（Σｂｎ）／（Σａｎ）
となる。【００２３】
本発明の面光源装置にあっては、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある大部分の単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、光導入部によるデッドスペースが同じであれば特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。【００２４】
本発明にかかる面光源装置のある実施態様は、前記第１交点と前記光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であり、前記第２交点と前記光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、最大漏れ光の比率を最適かつ許容限度である１５％以下にすることができる。【００２５】
本発明にかかる面光源装置の別な実施態様は、前記第１交点と前記第２交点とが一致していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、点光源の中心線を挟んで一方の領域と他方の領域とで光入射部の光学的特性が等しくなるので、中心線の両側で面光源装置の輝度を等しくすることができる。【００２６】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が、前記点光源の光源中心よりも後方に位置する或る一点の付近に集束することを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。【００２７】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記点光源の中心線と交差する点が、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。【００２８】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点と光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、最大漏れ光の比率を最適かつ許容限度である１５％以下にすることができる。【００２９】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点が、前記中心線から離れた単位パターンほど前記点光源の光源中心に近くなることを特徴としている。特に、この場合には、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、円弧状に形成された前記指向性変換パターンに内接する円の中心が、前記点光源の光源中心と一致していることが望ましい。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。【００３０】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が、前記点光源の光源中心よりも背後において、前記中心線上の或る一点を通過することを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。【００３１】
本発明にかかる面光源装置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、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、前記指向性変換パターンは、当該指向性変換パターンに内接する円が前記点光源の光出射窓の両端を通過するように形成され、導光板内に入射した光が到達する領域内にある前記単位パターンはそれぞれの長軸が前記点光源の中心線と前記内接円との交点を通過するように配置されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。【００３２】
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】
【００３３】
【図１】図１は、特許文献４に開示されている面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の面光源装置における光の挙動を表した図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、指向性変換パターンの内周の中央から点光源の光出射窓を見込んだ角度と指向性変換パターンの大きさとの関係を表した図である。
【図４】図４は、図１の面光源装置において光導入部の縁に輝度の高い発光領域が発生している様子を表した概略図である。
【図５】図５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６】図６は、実施形態１の面光源装置を示す概略断面図である。
【図７】図７は、実施形態１の面光源装置において、光導入部を光出射面に垂直な方向から見た平面図である。
【図８】図８は、図７の光導入部の働きを説明するための概略図である。
【図９】図９は、比較例（特許文献４で説明したもの）における光導入部の構造を示す平面図である。
【図１０】図１０は、Ｖ溝構造に右側から入射する光と左側から入射する光との差が面光源装置の効率にもたらす影響をシミュレーションにより検証した結果を表した図である。
【図１１】図１１は、図１０のデータを得るためのモデルを説明する図である。
【図１２】図１２は、比較例の面光源装置と本実施形態の面光源装置において、片側見込み角を変化させた場合の最大漏れ光の比率を求めた結果を表した図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の光導入部において、片側見込み角を６０°とした場合を示す平面図である。
【図１４】図１４は、実施形態１の光導入部において、片側見込み角を３０°とした場合を示す平面図である。
【図１５】図１５は、図１４の光導入部を変形させた場合を説明する平面図である。
【図１６】図１６は、実施形態１の第１の変形例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した直線の定義を説明するための図である。
【図１８】図１８は、実施形態１の第２の変形例を示す平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態２による面光源装置の光導入部を示す平面図である。
【図２０】図２０は、実施形態２の光導入部の作用説明図である。
【図２１】図２１は、中心線から微小距離Δずれた位置にあるＶ溝構造の長軸と中心線の交点を表した図である。
【図２２】図２２は、最大距離係数αと片側見込み角ωとの関係を表した図である。
【図２３】図２３は、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄと光の漏れ量との関係を表した図である。
【図２４】図２４は、実施形態２の第１の変形例を示す平面図である。
【図２５】図２５は、実施形態２の第２の変形例を示す平面図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態３による面光源装置の光導入部を示す斜視図である。
【図２７】図２７は、実施形態３の他例による面光源装置の光導入部を示す斜視図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態４による面光源装置を示す斜視図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態４による面光源装置の光導入部の一部を示す拡大斜視図である。
【図３０】図３０は、実施形態４の他例による面光源装置を示す斜視図である。
【図３１】図３１は、実施形態４の他例による面光源装置の光導入部の一部を示す斜視図である。
【図３２】図３２（ａ）は本発明の実施形態５における導光板の概略平面図、図３２（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３３】図３３（ａ）は実施形態５において異なる指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図３３（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３４】図３４（ａ）は実施形態５においてさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図３４（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３５】図３５（ａ）は実施形態５においてさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図３５（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３６】図３６は実施形態５においてさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態１による面光源装置を説明する。図５は本発明の実施形態１による面光源装置６１を示す斜視図、図６はその概略断面図である。面光源装置６１は、点光源６２と導光板６３とからなる。点光源６２は、１個又は複数個のＬＥＤ６２ｂを内蔵したものであって白色発光するものである。ＬＥＤ６２ｂは透明封止樹脂６２ｃ内に封止され、さらに透明封止樹脂６２ｃは正面を除いて白色樹脂６２ｄによって覆われており、透明封止樹脂６２ｃの白色樹脂６２ｄから露出している正面が光出射窓６２ａとなっている。この点光源６２は、導光板６３の幅（図６の紙面奥行き方向の寸法）に比べて小さなものであり、冷陰極管が線状光源と呼ばれるのに対して点光源と称するものである。
【００３６】
なお、点光源とは厳密な意味での点光源ではない。点光源も有限の幅を持つが、冷陰極管のように発光面の全面が連続的に発光するようなものではない。例えば、点光源としては、サイドビュー型のＬＥＤなどがある。１パッケージ内に１つ以上のＬＥＤチップが入っており、複数個のＬＥＤチップが同時に封止されていてもよい。複数個のチップが同時に入ったものは、幅方向の開口サイズが５ｍｍ程度になるものがあるが、導光板の発光面サイズが２インチ程度であるのと比べれば十分に小さいので、点光源とみなすことができる。また、別の例としてＬＥＤパッケージサイズ自体は大きいものの、１つのパッケージ内で複数のＬＥＤチップが局所的かつ離散的に配置されたもの（例えばＬＥＤの１パッケージの発光面幅は４０ｍｍ程度で、そのパッケージ内にＬＥＤチップが５ｍｍ間隔ごとに離散的に配置されていた場合も点光源とみなす。また、半導体レーザー素子などのような平行光が発せられるものでもよい。また、光ファイバを用いて導いた光を導光板に導入するようにしてもよい。その場合には、光ファイバの光出射端面を点光源とみなすことができる。
【００３７】
導光板６３は、導光板本体６４の端部に光導入部６５を設けたものであって、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）などの高屈折率の透明樹脂によって成形されている。以下においては、導光板６３はポリカーボネイト樹脂製であるとする。
【００３８】
光導入部６５は、導光板６３のうちで厚みの厚い部分であって、その端面は光入射端面６６となっていて点光源６２が対向配置されている。また、光導入部６５の光入射端面６６の厚みＴは光出射窓６２ａの高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており（Ｔ≧Ｈ）、そのため点光源６２から出射された光は効率よく光入射端面６６から光導入部６５内に入射し、面光源装置６１の光利用効率が高くなる。
【００３９】
光導入部６５においては、導光板本体６４の光出射面６９と同じ側の面に、円錐台形状のほぼ半分の形状をした突部が突出して光導入部６５の厚みを大きくしており、当該突部の湾曲した外周面が傾斜面６７となり、この傾斜面６７には指向性変換パターン６８が形成されている。傾斜面６７は、光導入部６５の突部全周にわたって一定の傾斜角θを有している。傾斜面６７の内周側に位置する光導入部６５の上面７２は、水平面すなわち光出射面６９と平行な平面となっている。なお、指向性変換パターン６８を形成された傾斜面６７の傾斜角θを再定義すれば、指向性変換パターン６８の包絡面の傾斜角ということができる。指向性変換パターン６８は、光出射面６９に垂直な方向から見ると、円弧状をした帯状領域となっており、そこには単位パターンとしてＶ溝状をしたＶ溝構造７１（あるいは、断面逆Ｖ形の山形構造）が放射状に並んでいる。
【００４０】
導光板本体６４は導光板６３の大部分の面積を占めており、その厚みｔは光導入部６５の厚みＴよりも薄くなっており（ｔ＜Ｔ）、それによって導光板６３の薄型化が図られる。導光板本体６４の光出射面６９と反対側に位置する裏面には、光出射手段７０を有している。図５、図６では光出射手段７０として同心円状に配列された三角溝状のパターンを示しているが、サンドブラスト加工、拡散インクを写真印刷したもの、回折格子パターン、任意の凹凸パターン、導光板本体６４の光出射面６９と反対側の面を傾斜させたもの（くさび状の導光板本体）などでもよく、また、光出射手段７０を光出射面６９、あるいは光出射面６９とその反対面の双方に設けていても差し支えない。光出射手段７０は、点光源６２の近傍では分布密度が比較的小さく、点光源６２からの距離が大きくなるに従って次第に分布密度が大きくなっている。
【００４１】
しかして、この面光源装置６１にあっては、図６に示すように、点光源６２から出射された光Ｌは、光入射端面６６から光導入部６５内に入射する。厚みの厚い光導入部６５の表面と厚みの薄い導光板本体６４の表面は傾斜面６７によってつながれているので、光導入部６５に入射した点光源６２の光は、傾斜面６７とその対向面との間で全反射されながら導光板本体６４へ導光され、あるいは光導入部６５を通過して厚みの薄い導光板本体６４へ導光される。そのとき、傾斜面６７に入射する光は、指向性変換パターン６８で反射されることにより、傾斜面６７からの漏れが小さくなり、効率よく導光板本体６４へ導光される。導光板本体６４へ導光された光Ｌは、光出射手段７０によって全反射または拡散されて光出射面６９の全体からほぼ均一に出射される。
【００４２】
つぎに、実施形態１における指向性変換パターン６８の構造を詳細に説明する。光導入部６５の傾斜面６７に沿って配列された各Ｖ溝構造７１の長軸（Ｖ溝構造７１の谷線又は稜線の長さ方向を延長した直線）は、光導入部６５の上面７２よりも高い位置において１点Ｆで交差している。
【００４３】
図７は、この光導入部６５を光出射面６９に垂直な方向から見た平面図である。光出射面６９に垂直な方向から見たとき、指向性変換パターン６８に内接する円７４は、点光源６２の光出射窓６２ａの両端Ａ、Ｂを通過する。さらに、Ｖ溝構造７１の長軸７３が集束する点Ｆは、内接円７４と点光源６２の中心線７５（光出射窓６２ａの中央Ｃを通過し、両端ＡＢを結ぶ方向に垂直な直線）との交点Ｇに一致している。
【００４４】
図８は、図７のような構造を有する光導入部６５の働きを説明するための概略図である。上記のように、光出射窓６２ａの両端Ａ、Ｂが内接円７４上の任意の位置にあり、いずれのＶ溝構造７１の長軸７３も内接円７４と中心線７５の交点Ｇ（＝Ｆ）を通過していると、これらの位置関係は図８のようになる。ここで、各Ｖ溝構造７１の内周側の端をＰ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…とすると、直線ＰＦ、Ｑ１Ｆ、Ｑ２Ｆ、Ｑ３Ｆ、…が各Ｖ溝構造７１の長軸７３となる。ただし、Ｐ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…は点光源６２の前方における内接円７４上の点であって、Ｐは中心線７５上の点、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…は内接円７４上の任意の点である。なお、点Ｏは内接円７４の中心である。
【００４５】
図８から分かるように、角度∠ＡＰＦ、∠ＡＱ１Ｆ、∠ＡＱ２Ｆ、∠ＡＱ３Ｆ、…はいずれも同一円弧ＡＧの円周角となるので、これらの角度はいずれも等しくなる。すなわち、
∠ＡＰＦ＝∠ＡＱ１Ｆ＝∠ＡＱ２Ｆ＝∠ＡＱ３Ｆ＝…    （数式１）
同様に、角度∠ＢＰＦ、∠ＢＱ１Ｆ、∠ＢＱ２Ｆ、∠ＢＱ３Ｆ、…はいずれも同一円弧ＢＧに対する円周角となるので、これらの角度も互いに等しくなる。すなわち、
∠ＢＰＦ＝∠ＢＱ１Ｆ＝∠ＢＱ２Ｆ＝∠ＢＱ３Ｆ＝…    （数式２）
また、点Ｐは中心線７５上の点であるから、
∠ＡＰＦ＝∠ＢＰＦ    （数式３）
となる。よって、数式１〜３より、
∠ＡＱ１Ｆ＝∠ＢＱ１Ｆ
∠ＡＱ２Ｆ＝∠ＢＱ２Ｆ
∠ＡＱ３Ｆ＝∠ＢＱ３Ｆ
………                      （数式４）
という結果が得られる。
【００４６】
上記数式４の意味するところは、いずれのＶ溝構造７１においても、点光源６２からＶ溝構造７１に入射する光の広がりが、Ｖ溝構造７１の長軸７３に関して右側と左側とで等しい、ということである。すなわち、Ｑｍ（ｍ＝１、２、…）の位置にあるＶ溝構造７１に入射する光の広がり∠ＡＱｍＢは、長軸ＱｍＦに関して、右側における広がり∠ＡＱｍＦと左側における広がり∠ＢＱｍＦとが等しくなっている。
【００４７】
図９は、比較例（特許文献４で説明したもの）における光導入部３５の構造を示す図であって、光出射面に垂直な方向から見た平面図である。この比較例では、指向性変換パターン３８の内接円７４の中心Ｏは、光出射窓３２ａの中央Ｃ（光源中心）と一致しており、各Ｖ溝構造４１の長軸７３は内接円７４の中心Ｏを通過している。このような比較例では、中心線７５上の点ＰにあるＶ溝構造４１については、長軸７３に関して右側における入射光の広がり∠ＡＰＯと左側における入射光の広がり∠ＢＰＯとが等しくなっているが、中心線７５から外れた任意の位置ＱにあるＶ溝構造４１については、長軸７３に関して右側における入射光の広がり∠ＡＱＯと左側における入射光の広がり∠ＢＱＯとが異なっている。このため、比較例のような光導入部３５では、大部分のＶ溝構造４１に偏った方向から光が入射し、光導入部３５からの光の漏れが大きくなる。
【００４８】
これに対し、図７に示した光導入部６５では、Ｖ溝構造７１の位置によらず、その長軸７３に関して右側における入射光の広がりと左側における入射光の広がりとが等しくなるので、光導入部６５における光の漏れが小さくなり、面光源装置６１の光利用効率が向上する。
【００４９】
図１０は、Ｖ溝構造７１に入射する光の偏り、すなわちＶ溝構造７１に右側から入射する光と左側から入射する光との差が面光源装置６１の効率にもたらす影響をシミュレーションにより検証した結果を表した図である。また、図１１は、図１０のデータを得るためのモデルを説明する図である。このシミュレーション実験（シミュレーションは、特許文献４の段落０１６７に記載されている条件と同じ条件で行った。）では、図１１に示すように、試験用の導光板６３の上面において点光源６２の中心線７５上にＶ溝構造７１を形成し、Ｖ溝構造７１の長軸７３と中心線７５のなす角度νを変化させ、そのとき効率改善効果を計算した。効率改善効果とは、光導入部６５から導光板本体６４へどれだけの割合の光が漏れなく伝わるかという効率であり、Ｖ溝構造７１が無い場合の効率をゼロとし、光漏れ防止の効率改善効果がある（光漏れが減少する）場合をプラス、光漏れ防止の効率を逆に低下させる（光漏れが増加する）場合をマイナスとしている。具体的には、Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５となす角度をνとしたときに導光板本体６４に伝わる光量をＩν、パターン無しで導光板本体６４に伝わる光量をＩoとすれば、効率改善効果は（Ｉν−Ｉo）／Ｉo で表される。また、図１０で表した効率改善効果は、最も効率改善効果が高くなる角度で１に規格化している。
【００５０】
図１０から分かるように、長軸７３の角度νが大きくなるほど面光源装置６１の効率改善効果が低下する。したがって、Ｖ溝構造７１はその長軸７３に対して右側からの入射光の広がりと左側からの入射光の広がりとが等しくなるときに最も効率がよいことが確認できる。すなわち、図９のように各Ｖ溝構造４１の長軸７３が光源中心Ｃで集束するようにＶ溝構造４１を配列するよりも、図７に示したように各Ｖ溝構造７１の長軸７３が内接円７４上の点Ｇで集束するようにＶ溝構造７１を配列する方が、面光源装置６１の効率が良くなる。よって、本実施形態のような構成によれば、光導入部６５における漏れ光を少なくできて面光源装置６１の効率を向上させることができ、そのためデッドスペースを小さくすることも可能になる。
【００５１】
具体的に説明すると、以下のとおりである。図７の光導入部３５では、内接円７４の中心Ｏが光源中心Ｃに一致しており、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝４５°、長軸７３の集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離がＲとなっている。この場合には、光出射窓６２ａの幅を２Ｒ、Ｖ溝構造７１の長さをδとすれば、光導入部６５によるデッドスペースはＲ＋δとなり、最大漏れ光の比率は約４.０％であった。一方、図９の比較例において、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝３０°の場合には、デッドスペースは（√３）Ｒ＋δ≒１.７３Ｒ＋δとなり、最大漏れ光の比率は前記のように１５％である。よって、図７に示す実施形態１の光導入部３５によれば、図９の比較例と比較して、最大漏れ光の比率を比較例よりも小さくでき、しかも、デッドスペースも比較例より小さくできる。
【００５２】
また、本実施形態の面光源装置６１では、内接円７４の中心Ｏは必ずしも光源中心Ｃに一致している必要はない。したがって、図８のように内接円７４の中心Ｏを中心線７５に沿って移動させることにより、片側見込み角∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣを変化させることができる。
【００５３】
図１２は、比較例の面光源装置と本実施形態の面光源装置６１において、片側見込み角を変化させた場合の最大漏れ光の比率を求めた結果を表している。ここで用いたモデルのパラメータは、それぞれ、
導光板の屈折率  ｎ＝１.５９
指向性変換パターンの山部の頂角  φ＝１２０°
光導入部の端面の厚み  Ｔ＝０.３１ｍｍ
導光板本体の厚み  ｔ＝０.１８ｍｍ
光導入部の上面の長さ  ｓ１＝２.５０ｍｍ
光導入部の長さ  ｓ２＝３.１９ｍｍ
傾斜面３７の傾斜角  θ＝１５.３°
である（図２、図６参照）。図１２によれば、片側見込み角が同じであれば、本実施形態の面光源装置６１の方が最大漏れ光の比率が小さくなっている。
【００５４】
面光源装置の漏れ光が１５％程度に達すると、面光源装置の光利用効率が低下して発光面の輝度低下をもたらし、指向性変換パターンから漏れた光によって光導入部の縁に輝度の高い発光領域が発生するので、実用的には最大漏れ光の比率は１５％程度が限度である。そこで、最大漏れ光の比率が１５％以下となる片側見込み角を図１２で見ると、比較例では約３０°以下でなければならないのに対し、本実施形態では、片側見込み角が９０°に近くなっても最大漏れ光の比率は１５％よりもかなり小さくなっている。あるいは、片側見込み角によらず、最大漏れ光の比率は１５％以下となる。
【００５５】
また、本実施形態の場合には、片側見込み角∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝ωとしたとき、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄは、光出射窓６２ａの幅を２Ｒとして、
Ｄ＝Ｒ×tanω      …（数式５）
となる。デッドスペースは、Ｖ溝構造７１の長さをδとし、
（Ｒ／tanω）＋δ      …（数式６）
となる。
【００５６】
例えば、本実施形態の光導入部３５において、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝６０°である場合を図１３に示す。この場合には、最大漏れ光の比率は、図１２によれば、約６.５％であって、片側見込み角３０°である図９の比較例よりも最大漏れ光の比率がかなり小さくなっている。さらに、この場合には、デッドスペースは、数式６より、Ｒ／（√３）＋δ≒０.５８Ｒ＋δとなり、図９の比較例よりデッドスペースもかなり小さくなる。さらに、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離は、数式５より、（√３）Ｒ≒１.７３Ｒである。
【００５７】
また、本実施形態の光導入部３５において、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝３０°である場合を図１４に示す。これは図９の比較例と片側見込み角の大きさが同じ場合である。この場合には、最大漏れ光の比率はさらに低減して約２.５％（図１２による）となる。また、デッドスペースは（√３）Ｒ＋δ≒１.７３Ｒ＋δとなり、図９の比較例のデッドスペースに等しくなる。さらに、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離はＲ／（√３）≒０.５８Ｒとなる。
【００５８】
よって、本実施形態の面光源装置によれば、特許文献４に開示した面光源装置よりも漏れ光を低減し、光利用効率を向上させることができる。すなわち、片側見込み角が同じであれば、図９の比較例に比べて、デッドスペースは同じままで漏れ光が少なくなり、光の利用効率が向上する。また、最大漏れ光の比率が同じであれば、図９の比較例に比べてデッドスペースが小さくなる。
【００５９】
なお、点光源６２から出射された光の広がりが平面視で１８０°であったとしても、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光は、屈折のために広がりは１８０°よりも狭くなる。例えば、導光板６３の屈折率が１.５９であったとすると、光導入部６５内における光の広がりは、２×arcsin（１／１.５９）≒７８°（＝全反射の臨界角の２倍）となる。この場合でいえば、図１５に示す光出射窓６２ａの端Ａから３９°以上の方向、すなわち直線ＡＡ´よりも外側や、光出射窓６２ａの端Ｂから３９°以上の方向、すなわち直線ＢＢ´よりも外側には光は届かない。よって、これらの光の届かない領域には、図１５に示したように、Ｖ溝構造７１を設けていなくてもよい。あるいは、図１５に破線で示したように、これらの領域には、任意の形状のパターンを設けてもよい。これは、任意の実施形態について当てはまることである。特に、図１４のように指向性変換パターン３８の点光源６２側の端部間が狭くなる場合には、図１５のように広げることができる。
【００６０】
（第１の実施形態の変形例）
実施形態１では、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が内接円７４と中心線７５の交点Ｇに集まるようにすることで、点光源６２の光が各Ｖ溝構造７１に均等に入射するようにしているが、図１０を見ると分かるように、Ｖ溝構造７１の長軸７３の方向が多少異なっても急激に効率が低下する訳ではない。また、本発明は、特許文献４で開示した面光源装置よりも効率を向上させることを目的としているので、その限度内で条件を緩やかにすることができる。すなわち、すべてのＶ溝構造７１が上記のような条件を厳密に満たしていなければならない訳ではない。
【００６１】
したがって、実施形態１の変形例による面光源装置では、光導入部６５の構造を以下のように特徴づけることができる。
【００６２】
図１６は実施形態１の第１の変形例を示す平面図である。この変形例では、導光板６３を光出射面６９に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで一方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１（すなわち、図１６で中心線７５と直線ＡＡ´との間にあるＶ溝構造７１）の長軸７３を平均化した第１の直線７３Ａが中心線７５と交差する第１交点と、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで他方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１（すなわち、図１６で中心線７５と直線ＢＢ´との間にあるＶ溝構造７１）の長軸７３を平均化した第２の直線７３Ｂが中心線７５と交差する第２交点とが、中心線７５上の一点Ｆで一致している。この交点Ｆは、光源中心Ｃよりも後方の点であって、光源中心Ｃを除き、かつ、光源中心Ｃからの距離Ｄが光出射窓６２ａの幅の６倍の距離１２Ｒ以下となる点である。さらに、この交点Ｆは、指向性変換パターン６８の内接円７４と中心線７５との交点Ｇの近傍であることが望ましい。なお、光源中心Ｃからの距離Ｄが、光出射窓の幅の６倍以下という点については、後ほど説明する。
【００６３】
上に述べた「それぞれのＶ溝構造７１の長軸７３を平均化した直線」（７３Ａ又は７３Ｂ）は、以下のように定義する。図１７に示すように、導光板６３の光出射面６９に垂直な方向から見て、光源中心Ｃを座標原点とし、点光源６２の前面（光出射窓６２ａ）に平行な方向にＸ座標軸を定め、点光源６２の前面に垂直な方向にＹ座標軸を定める。そして、対象とするＶ溝構造７１の数をＮ個とするとき、このＮ個のＶ溝構造７１をひとつづつ指標ｎ＝１、２、…、Ｎで区別する。ＸＹ座標系において、ｎ番目のＶ溝構造７１の長軸７３の傾きをそれぞれａｎとし、長軸７３のＸ切片をｂｎとすれば、各Ｖ溝構造７１の長軸７３は、つぎのように表される。
Ｘ＝ａｎ・Ｙ＋ｂｎ
これらのＮ本の長軸７３を平均化した直線（第１の直線７３Ａ、または第２の直線７３Ｂ）は、つぎの数式１で定義する。
【数１】
2010070823.tif 000003
【００６４】
また、上記数式１より、Ｎ本の長軸７３を平均化した直線が中心線７５と公差する交点（第１の交点、または第２の交点）のＹ座標Ｙiは、つぎの数式２で表される。
【数２】
2010070823.tif 000004
【００６５】
第１の変形例では、交点Ｆは、光源中心Ｃよりも後方の点であって、光源中心Ｃを除き、かつ、光源中心Ｃからの距離Ｄが光出射窓６２ａの幅の６倍の距離１２Ｒ以下となる点であるから、
−１２Ｒ≦Ｙi＜０
となる。
【００６６】
また、図１８は実施形態１の第２の変形例を示す平面図である。この変形例では、導光板６３を光出射面６９に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで一方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１の長軸７３を平均化した第１の直線７３Ａが中心線７５と交差する第１交点Ｆａと、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで他方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１の長軸７３を平均化した第２の直線７３Ｂが中心線７５と交差する第２交点Ｆｂとが異なる点となっている。この交点Ｆａ、Ｆｂはいずれも、光源中心Ｃよりも後方の点であって、光源中心Ｃを除き、かつ、光源中心Ｃからの距離Ｄが光出射窓６２ａの幅の６倍の距離１２Ｒ以下の点である。さらに、この交点Ｆａ、Ｆｂは、指向性変換パターン６８の内接円７４と中心線７５との交点Ｇの近傍であることが望ましい。なお、図１８では、第１交点Ｆａよりも第２交点Ｆｂの方が光源中心Ｃに近いが、第２交点Ｆｂの方が光源中心Ｃから遠くにあってもよい。
【００６７】
（第２の実施形態）
図１９は、本発明の実施形態２による面光源装置の光導入部６５を示す平面図である。図２０は実施形態２の説明図である。図１９に示すように、実施形態２においては、内接円７４の中心Ｏが光源中心Ｃと一致するようにして指向性変換パターン６８が形成されている。各Ｖ溝構造７１の内周側の端を、中心線７５に近いＶ溝構造７１から順にそれぞれＱ１、Ｑ２、Ｑ３、…とし、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５と交差する点をそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３、…とすれば、光出射窓６２ａの一方の端ＡとＶ溝構造７１の内側の端Ｑｍ（ｍ＝１、２、…）とを結ぶ直線ＡＱｍがその長軸７３となす角度∠ＡＱｍＦｍと、光出射窓６２ａの他方の端ＢとＶ溝構造７１の内側の端Ｑｍとを結ぶ直線ＢＱｍがその長軸７３となす角度∠ＢＱｍＦｍとが等しくなるように、それぞれの長軸７３の向きを定めている。
【００６８】
図２０に示すように、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が光源中心Ｃで交差するようになっている場合（すなわち、図９の比較例の場合）には、長軸７３の両側での入射角∠ＡＱｍＣと∠ＢＱｍＣとは等しくならず、効率が低下したり、光漏れが発生したりしやすい。これに対し、長軸７３の向きを変化させて長軸７３が中心線７５と交差する点Ｆｍを光源中心Ｃよりも後方へ移動させれば、長軸７３の両側での入射角∠ＡＱｍＦｍと∠ＢＱｍＦｍとを等しくすることができ、光利用効率をより向上させることができ、また光導入部６５からの光漏れを低減することができる。この結果、Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５と交差する点Ｆｍは、図１９に示すように、そのＶ溝構造７１が中心線７５から離れるほど、光源中心Ｃに近づく。
【００６９】
なお、図２０の円７６は、点Ｆｍを中心とする円を表している。すなわち、図２０は、この実施形態のように各Ｖ溝構造７１の長軸７３の向きを変化させることは、Ｖ溝構造７１の内接円の中心を円７６のように光出射窓６２ａよりも後方へ移動させることとの類似性を表している。
【００７０】
図２１及び図２２は、実施形態２における長軸７３の集束点Ｆと光源中心Ｃの距離Ｄと、片側見込み角ωとの関係を説明するための図である。図２１に示すように、片側見込み角がωとなる中心線７５上の点Ｐを考え、この点Ｐから微小距離Δだけずれた点Ｑｍを考える。このとき点Ｑｍに入射する光の広がりは∠ＡＱｍＢとなるが、点ＱｍにあるＶ溝構造７１の長軸７３の方向が角度∠ＡＱｍＢの二等分線と一致するように定めたとすると、この長軸７３と中心線７５との交点Ｆｍと光源中心Ｃとの距離Ｄ（＝ＦｍＣ）は、微小距離Δがゼロに近づくにしたがって大きくなり、Δ→０の極限として距離Ｄの最大値Ｄmaxを決めることができる。この最大値Ｄmaxは片側見込み角ωの関数となるので、
最大距離係数α＝Ｄmax／（２Ｒ）
と定義すれば、最大距離係数αも片側見込み角ωの関数となる。
【００７１】
図２２は、横軸を片側見込み角ωとし、縦軸を最大距離係数αとして、片側見込み角ωと最大距離係数αとの関係を表した図である。図２２によれば、片側見込み角ωが大きくなるに従って最大距離係数αも単調に増大している。最大距離係数αは、片側見込み角ωが８０°を超えると急速に増大するが、この片側見込み角ω＞８０°もしくは最大距離係数α＞６の領域は特異的である。図１２によれば片側見込み角ωが９０°以下で最大漏れ光の比率は１５％となっていたが、このような特異性を考慮すれば、片側見込み角ωが８０°以下もしくは最大距離係数αが６倍以下で最大漏れ光の比率を最適かつ１５％以下にできることが分かっている。よって、最適なＶ溝構造７１の長軸７３は、光源中心Ｃから測って光出射窓６２ａの幅２Ｒの６倍以下の範囲内で中心線７５と交差することになる。なお、現状では１０ｍｍ以上の幅を持つＬＥＤは無いので、長軸７３と中心線７５との交点Ｆｍは光源中心Ｃから６０ｍｍ以内にあることになる。
【００７２】
例えば、片側見込み角ωが３０°である場合には、図２２より最大距離係数α＝０.２９となるので、光出射窓６２ａの幅２Ｒ＝２ｍｍとすれば、すべての交点もしくはほとんどの交点Ｆを光源中心Ｃからの距離が０.２９×２ｍｍ＝０.５８ｍｍ以下となるようにすればよい。
なお、図２２による説明は、第１の実施形態などにも当てはまるものである。
【００７３】
図２３は、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄと光の漏れ量との関係を表した図である。図２３の横軸は集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄを最大距離Ｄmax＝（２Ｒ×α）で割って正規化した値を示し、縦軸は光の漏れ量の比率を示す。図２３によれば、Ｄ／Ｄmax が０.２〜２.４の範囲では、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が光源中心Ｃに集まっている場合（すなわち、Ｄ／Ｄmax＝０の場合）の２／３以下に漏れ量が減少するので十分効果があると言える。例えば、片側見込み角ωが３０°である場合には、図２２より最大距離係数α＝０.２９となり、光出射窓６２ａの幅２Ｒ＝２ｍｍとすれば、長軸のすべての交点もしくはほとんどの交点Ｆを光源中心Ｃからの距離が少なくとも０.２９×２ｍｍ×０.２＝０.１１６ｍｍ以上となるようにすれば十分な効果を得られる。
なお、最大距離係数αは片側見込み角ωが８０°を超えると急速に増大するが、この片側見込み角ω＞８０°の領域は特異的であり、αが６以下の値で図２３のような傾向を示すことがわかっている。
【００７４】
（第２の実施形態の変形例）
図２４は実施形態２の第１の変形例を示す平面図である。実施形態２においては、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５と交差する交点Ｆ１、Ｆ２、…は次第に位置がずれていたが、実施形態２の第１の変形例においては、実施形態２の交点Ｆ１、Ｆ２、…のほぼ平均的な位置Ｆにおいて各Ｖ溝構造７１の長軸７３が一点で交差するようにしたものである。なお、交点Ｆは、光源中心Ｃからの距離がＤ＝１２Ｒの範囲内に位置している。
【００７５】
このような変形例でも、各Ｖ溝構造７１において、長軸７３の両側での入射角∠ＡＱｍＣと∠ＢＱｍＣとをほぼ等しくすることができ、光利用効率を向上させ、また光漏れを低減することができる。
【００７６】
また、図２５は実施形態２の第２の変形例を示す平面図である。第２の変形例においては、内接円７４の中心Ｏが光源中心Ｃよりも点光源６２の後方に位置するようにして指向性変換パターン６８が形成されている。また、各Ｖ溝構造７１は、長軸７３が内接円７４の中心Ｏに集束し、交点Ｆが中心Ｏと一致するように形成されている。すなわち、図２５の光導入部６５は、図９に示した比較例のような光導入部３５の全体を後方へ移動させた構造となっている。
【００７７】
なお、図１９〜図２５に示した実施形態２、その第１及び第２の変形例においても、光の到達しない直線ＡＡ´の外側の領域や直線ＢＢ´の外側の領域では、Ｖ溝構造７１は無くてもよく、また任意の形状に形成することもできる。また、これらも、光出射面６９に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで一方の側に位置するＶ溝構造７１の長軸７３を平均した直線と、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで他方の側に位置するＶ溝構造７１の長軸を平均した直線とが、中心線７５上の一点で交差している。
【００７８】
（第３の実施形態）
図２６は本発明の実施形態３による面光源装置の光導入部６５を表した斜視図である。この面光源装置は、複数個の点光源６２を並べて用いることができるようにしたものであって、各点光源６２の前方に略円弧状の指向性変換パターン６８を設けている。光導入部６５の光入射端面から入射した光は、円錐状の指向特性を有しているので、光出射面に垂直な方向から見たとき、光入射端面から入射した光の光導入部６５内における広がりは１８０°よりも小さくなっている（前記のように、導光板の屈折率が１.５９である場合には、光の広がりは７８°となる。）。よって、円弧状の指向性変換パターン６８を隣合わせて配列する場合にも、光の届かない指向性変換パターン６８どうしの間の領域Ｅのパターン形状やパターンの向きなどは自由に形成することができる。ただし、隣接する領域の指向性変換パターン６８の光が到達する領域どうしは、互いに重なり合わないようにしている。あるいは、光の届かない指向性変換パターン６８どうしの間の領域Ｅには、指向性変換パターン６８は無くてもよい。また、光の入射面が平坦面ではなく入射光の広がりを変化させるパターンが付加されている場合はその広がりも考慮するものとする。
【００７９】
図２７は実施形態３の変形例であって、隣接する指向性変換パターン６８どうしが滑らかに接続されるようにしたものである。
【００８０】
（第４の実施形態）
図２８は本発明の実施形態４による面光源装置７７を表した斜視図である。図２９は、一つの指向性変換パターン６８を拡大して示す斜視図である。この面光源装置７７は、複数個の点光源６２を並べて用いることができるようにしたものであって、各点光源６２の前方に光導入部６５を設けている。導光板６３の端部には、その端面と平行に幅の狭い平坦な上面７２を設けてあり、当該上面から導光板本体６４に向けて傾斜面６７を導光板６３の幅方向に沿って直線状に設けている。各点光源６２の前方においては、互いに重なり合わないようにして、傾斜面に沿って台形状の領域に指向性変換パターン６８が設けられている。指向性変換パターン６８の点光源６２の縁と、点光源６２から遠い側の縁はいずれも直線状となっており、片側見込み角が９０°となっている。指向性変換パターン６８は、放射状に配列された複数のＶ溝構造７１によって構成されており、各Ｖ溝構造７１の長軸は、点光源６２の光出射窓の中央よりも後方において集束または交差している。
【００８１】
このような実施態様によれば、単純な傾斜面６７に指向性変換パターン６８を形成することができるので、指向性変換パターン６８の作製を容易にすることができる。
【００８２】
図３０は実施形態４の変形例を示す斜視図、図３１はその一つの指向性変換パターン６８を拡大して示す斜視図である。この変形例では、傾斜面６７の端の平坦な７２を無くして指向性変換パターン６８（又はＶ溝構造７１）の端が導光板６３の端に達するようにしたものである。
【００８３】
（第５の実施形態）
ここまでに説明した実施形態では、Ｖ溝構造の単位パターンを用いて導光板からの光の漏れをなくす方法を考えてきたが、以下においてはより一般化した構造について説明する。すなわち、必ずしもこれまでに説明したようなＶ溝構造の単位パターンによらなくとも、前記点光源の光源中心よりも後方に位置する或る点の付近を中心として放射状方向に延びた単位パターン（凹又は凸の凹凸構造）からなる指向性変換パターンにより、指向性変換パターンで反射された光の指向性を光源方向（光反射点と点光源の光源中心とを結ぶ方向）に対してほぼ直交する方向に広げれば、光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させることができ、光導入部６５における光の漏れを小さくできる。
【００８４】
この理由については、特許文献４（特に、段落０１３８−０１４１、図５５−５７など）において詳細に説明しているので、ここでは特許文献４における説明を援用することとし、詳細は省略する。
【００８５】
このような実施形態としては、例えば図３２（ａ）、（ｂ）〜図３６に示すようなものがある。図３２（ａ）、（ｂ）は、シリンドリカルレンズ状ないし楕円溝状（楕円球面状）をした凹凸構造７８（単位パターン）を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３３（ａ）、（ｂ）は、Ｖ溝状をした凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３４（ａ）、（ｂ）は、Ｕ溝状をした凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３５（ａ）、（ｂ）は、回折格子状をした凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３６は、光出射面に垂直な方向から見て蛇行するようにうねった凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。
【００８６】
別な実施形態としては、例えば図３２（ａ）、（ｂ）〜図３６に示したような凹凸構造７８を用いて、図１９に示した第２の実施形態のように構成してもよい。すなわち、光出射面６９に垂直な方向から見て、光入射端面６６から導光板６３内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターン６８が円弧状に形成されて、指向性変換パターン６８に内接する円の中心が、光源中心Ｃと一致している。そして、この指向性変換パターン６８内の凹凸構造７８の長軸７３が中心線７５と交差する点が、中心線７５から離れた凹凸構造７８ほど点光源６２の光源中心Ｃに近くなるようにしてもよい。
【００８７】
また、Ｖ溝構造や凹凸構造などの単位パターンは、図３２や図３６の実施形態に示されているように、その形状や大きさが不揃い、あるいはランダムであってもよく、あるいは、複数種類の単位パターンが混在していてもよい。
【００８８】
なお、図示しないが、特許文献４の図４４〜図５０に示すように、指向性変換パターンは、導光板の光出射面と反対側の面に形成していてもよい。また、傾斜面も、導光板の光出射面と反対側の面に形成していてもよい。また、特許文献４の図５３（ｄ）に示すように、傾斜面及び指向性変換パターンを導光板の光出射面と同じ側の面と反対側の面との両方に設けていてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
６１      面光源装置
６２      点光源
６２ａ      光出射窓
６２ｂ      ＬＥＤ
６３      導光板
６４      導光板本体
６５      光導入部
６６      光入射端面
６７      傾斜面
６８      指向性変換パターン
６９      光出射面
７０      光出射手段
７１      Ｖ溝構造
７３      長軸
７４      内接円
７５      中心線
【図１】
2010070823.tif 000005
【図２】
2010070823.tif 000006
【図３】
2010070823.tif 000007
【図４】
2010070823.tif 000008
【図５】
2010070823.tif 000009
【図６】
2010070823.tif 000010
【図７】
2010070823.tif 000011
【図８】
2010070823.tif 000012
【図９】
2010070823.tif 000013
【図１０】
2010070823.tif 000014
【図１１】
2010070823.tif 000015
【図１２】
2010070823.tif 000016
【図１３】
2010070823.tif 000017
【図１４】
2010070823.tif 000018
【図１５】
2010070823.tif 000019
【図１６】
2010070823.tif 000020
【図１７】
2010070823.tif 000021
【図１８】
2010070823.tif 000022
【図１９】
2010070823.tif 000023
【図２０】
2010070823.tif 000024
【図２１】
2010070823.tif 000025
【図２２】
2010070823.tif 000026
【図２３】
2010070823.tif 000027
【図２４】
2010070823.tif 000028
【図２５】
2010070823.tif 000029
【図２６】
2010070823.tif 000030
【図２７】
2010070823.tif 000031
【図２８】
2010070823.tif 000032
【図２９】
2010070823.tif 000033
【図３０】
2010070823.tif 000034
【図３１】
2010070823.tif 000035
【図３２】
2010070823.tif 000036
【図３３】
2010070823.tif 000037
【図３４】
2010070823.tif 000038
【図３５】
2010070823.tif 000039
【図３６】
2010070823.tif 000040
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月9日(2011.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源と、前記点光源の光を光入射面から導入し光出射面から外部へ出射させる導光板とを備えた面光源装置であって、
前記点光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、
前記導光板は、光入射面から入射した点光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、
前記光導入部は、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表面の端に向けて傾斜した傾斜面を、前記導光板の光出射側の面またはその反対面に有し、
前記導光板は、前記光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させるための指向性変換パターンを、前記光出射側の面またはその反対面に有し、
前記指向性変換パターンは、それぞれ一方向に延びた凹又は凸の単位パターンが複数配列したものであり、
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで一方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第１の直線が前記中心線と交差する第１交点と、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで他方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第２の直線が前記中心線と交差する第２交点とは、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置していることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記第１交点と前記光源中心との間の距離は、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であり、
前記第２交点と前記光源中心との間の距離は、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であ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】
前記第１交点と前記第２交点とが一致し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４】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸は、前記点光源の光源中心よりも後方に位置する或る一点の付近に集束す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５】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記点光源の中心線と交差する点は、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置し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６】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点と光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であ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７】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点は、前記中心線から離れた単位パターンほど前記点光源の光源中心に近くな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８】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、円弧状に形成された前記指向性変換パターンに内接する円の中心が、前記点光源の光源中心と一致していることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸は、前記点光源の光源中心よりも背後において、前記中心線上の或る一点を通過す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１０】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、前記指向性変換パターンは、当該指向性変換パターンに内接する円が前記点光源の光出射窓の両端を通過するように形成され、導光板内に入射した光が到達する領域内にある前記単位パターンはそれぞれの長軸が前記点光源の中心線と前記内接円との交点を通過するように配置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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置に関し、特に、光源の厚みよりも薄い導光板本体に効率良く光を入射させるための面光源装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
面光源装置では、輝度が均一であること、高輝度であること、コストが低廉であることのほか、発光面積が大きいこと（発光面以外の面積が小さいこと）や厚みの薄いことが求められる。特に、携帯用の機器に組み込まれる場合には、携帯用機器の薄型化に伴って面光源装置の薄型化の要求もますます高くなっている。
【０００３】
しかし、エッジライト型の面光源装置では、導光板の端面に点光源を対向させて配置しているので、導光板の厚みを点光源の光出射窓の高さよりも薄くすると、点光源から出射された光のうち導光板に入射しない光が増加し、面光源装置の光利用効率が低下する。そのため、導光板の厚みは点光源の光出射窓の高さによって制約を受け、導光板の厚みを点光源の光出射窓の高さよりも薄くすることが困難であった。同様に、光源が冷陰極管の場合には、導光板の厚みを冷陰極管の直径よりも薄くすることは困難であった。
【０００４】
（特許文献１について）
特開平５−５３１１１号公報（特許文献１）に開示された液晶表示装置では、蛍光管よりも厚みの薄い導光板に蛍光管からの光を効率よく入射させるため、導光板の厚みの薄い部分、すなわち導光板本体の端部にテーパー部を設けている。テーパー部の端面は蛍光管の直径にほぼ等しい高さを有しており、当該端面に蛍光管が対向している。
【０００５】
このような液晶表示装置では、導光板本体の厚みを蛍光管の直径よりも薄くでき、テーパー部の端面から入射した光は、テーパー部の表裏面で全反射することにより導光板本体へ導かれ、導光板本体の上面から液晶パネルへ向けて出射される。
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような液晶表示装置では、テーパー部における光の漏れを防止できないため、テーパー部から漏れた光が観察者側から光って見え、液晶表示装置の表示部（画面）の縁が高輝度で発光し、表示部の品質を劣化させるという問題があった。仮に、光の漏れを防止できたとしても、その場合には、導光板本体の厚みをテーパー部の厚みに対してあまり薄くすることができないか、あるいは、テーパー部の長さを非常に長くしなければならないために発光面積が狭くなり、根本的な解決に至らなかった。
【０００７】
（特許文献２、３について）
特開２００４−６９７５１号公報（特許文献２）、特開２００５−２８５３８９号公報（特許文献３）にもそれぞれ面光源装置が開示されている。しかし、特許文献２に記載された面光源装置では、導光板から外部へ漏れる光を十分に抑制することができず、漏れた光が液晶表示装置の表示面で光って液晶表示装置の品質を悪化させる。また、特許文献３に記載された面光源装置では、光反射板で光が吸収されたり、光反射板で反射した光が光入射端面から漏れたりするために光の利用効率が悪かった。
なお、特許文献１、２、３の面光源装置の技術的課題については、特許文献４において詳細に説明している。
【０００８】
（特許文献４について）
そのため、本発明の出願人は、先に提出したＰＣＴ出願（ＰＣＴ／ＪＰ２００８／６０６１０；特許文献４）において、導光板本体の厚みを光入射端面の高さに比べて十分に小さくすることができ、しかも、テーパーの付いた光導入部からの光漏れをより少なくすることができるようにした面光源装置を開示した。
【０００９】
図１に示すように、この面光源装置３１は、ＬＥＤを用いた点光源３２と、導光板３３とからなる。導光板３３は、導光板本体３４の端部に光導入部３５を設けたものであって、高屈折率の透明樹脂によって成形されている。光導入部３５は、導光板本体３４よりも厚みが厚く、その端面には点光源３２が対向配置されている。光導入部３５においては、導光板本体３４の光出射面３９と同じ側の面に、円錐台形状のほぼ半分の形状をした突部が突出して光導入部３５の厚みが大きくなっており、当該突部の外周面が傾斜面３７となり、この傾斜面３７に指向性変換パターン３８が形成されている。指向性変換パターン３８は、微細なＶ溝構造４１を傾斜面３７に沿って配列したものである。導光板３３の光出射面３９に垂直な方向から見たとき、指向性変換パターン３８は点光源３２の光出射窓の中央（光源中心付近）を中心とする円弧状の領域となっており、各Ｖ溝構造４１の延びている方向の延長線（長軸）は、光源中心付近に集まっている。なお、導光板本体３４の光出射面３９と反対側の面（裏面）には、導光板本体３４内を導光する光を反射させて光出射面３９から出射させるためのプリズム状をした光出射手段４０（図２を参照）が同心円状に多数形成されている。
【００１０】
しかして、図２に示すように、この面光源装置３１にあっては、点光源３２から出射された光Ｌは光入射端面３６から光導入部３５内に入射し、指向性変換パターン３８や光導入部３５の下面で全反射され、あるいは光導入部３５を通過して厚みの薄い導光板本体３４へ導光される。導光板本体３４へ導光された光は、光出射手段４０によって全反射または拡散されて光出射面３９からほぼ均一に出射される。
【００１１】
そして、このような構造の面光源装置３１においては、例えば、
導光板３３の屈折率  ｎ＝１.５９
指向性変換パターン３８の山部の頂角  φ＝１２０°
光導入部３５の端面の厚み  Ｔ＝０.３１ｍｍ
導光板本体３４の厚み  ｔ＝０.１８ｍｍ
光導入部３５の上面の長さ  ｓ１＝２.５０ｍｍ
光導入部３５の長さ  ｓ２＝３.１９ｍｍ
傾斜面３７の傾斜角  θ＝１５.３°
とすれば、光出射面３９に垂直な面内においては導光板３３からの光の漏れを無くすことができる。
【００１２】
また、図３（ａ）に示す光導入部３５の平面図では、点光源３２の光出射窓３２ａの一方の端Ａと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＡＰと、光出射窓３２ａの中央Ｃと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＣＰとのなす角度（以下、片側見込み角という。）∠ＡＰＣを２０°としている。また、点光源３２の光出射窓３２ａの他方の端Ｂと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＢＰと、光出射窓３２ａの中央Ｃと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＣＰとのなす角度（片側見込み角）∠ＢＰＣも２０°としている。この例では、光導入部３５の占有面積が大きくなるので、導光板３３のデッドスペースＳが大きくなる。しかし、指向性変換パターン３８の中央Ｐに入射する光の横方向の広がりは中心線ＣＰの両側でそれぞれ２０°となり、指向性変換パターン３８の中央Ｐから外れた箇所では光の横方向の拡がりがそれよりも小さくなり、指向性変換パターン３８の全体で光の漏れを防止することができるので、光出射面３９と平行な面内での漏れ光が非常に少なくなり、最大漏れ光の比率を２％（すなわち、漏れ光／入力光≦２％）とすることができる。
【００１３】
よって、特許文献４に開示された面光源装置３１では、傾斜面３７の傾斜角θが１５.３°といった大きな角度である場合でも、光導入部３５の片側見込み角が２０°以下であれば、導光板３３からの光の漏れを非常に小さくできる。また、片側見込み角が２０°よりも大きくなる場合でも、片側見込み角がなるべく小さい方が漏れ光を小さくすることが可能になる。
【００１４】
しかしながら、面光源装置の市場においては、薄型化の要求とともに、デッドスペースの小さな導光板に対する要求が強まっている。そのため、面光源装置の実製品化にあたっては、光導入部の占有面積が小さくなるように配慮することが求められる。
【００１５】
光導入部３５の占有面積を小さくするには、片側見込み角が大きくなるように指向性変換パターン３８を設計すればよい。例えば図３（ｂ）に示す光導入部３５では、点光源３２の光出射窓３２ａの一方の端Ａと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＡＰと、光出射窓３２ａの中央Ｃと指向性変換パターン３８の内周側の縁の中央Ｐとを結ぶ線分ＣＰとのなす片側見込み角が∠ＡＰＣ＝３０°となっている。同様に、片側見込み角∠ＢＰＣも３０°となっている。片側見込み角∠ＡＰＣ、∠ＢＰＣが３０°である図３（ｂ）の場合と、２０°である図３（ａ）の場合とを比べると、片側見込み角が３０°の場合には光導入部３５によるデッドスペースＳを小さくすることができるが、その反面、漏れ光が増加して最大漏れ光の比率が１５％（漏れ光／入力光≦１５％）となる。
【００１６】
さらには、片側見込み角を４０°とした場合には、３０°の場合よりもデッドスペースを小さくすることができるが、漏れ光は３０°の場合よりも増加し、最大漏れ光の比率が１５％よりも一層大きくなる。
【００１７】
実際の面光源装置では多少の漏れ光を犠牲にしてもデッドスペースを小さくすることが望まれるが、漏れ光が１５％程度に達すると、面光源装置の光利用効率が低下して発光面（光出射面３９）の輝度低下をもたらすと共に、図４に示すように、指向性変換パターン３８から漏れた光によって光導入部３５の縁に輝度の高い発光領域Ｊが発生し、面光源装置３１の品質を低下させる。そのため、実用的には漏れ光は１５％程度が限度であり、特許文献４の面光源装置３１では、片側見込み角が３０°の場合よりも光導入部３５の占有面積を小さくしてデッドスペースＳを小さくすることできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
特許文献１：  特開平５−５３１１１号公報
特許文献２：  特開２００４−６９７５１号公報
特許文献３：  特開２００５−２８５３８９号公報
特許文献４：  ＰＣＴ／ＪＰ２００８／６０６１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、特許文献４に開示した面光源装置の改良に関するものであり、その目的とするところは、光の漏れをより少なくして面光源装置における光の利用効率をより向上させることにある。特に、光導入部によるデッドスペースが同じであれば、光の漏れをより少なくして光の利用効率を向上させることのできる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】
【００２０】
本発明の面光源装置は、点光源と、前記点光源の光を光入射面から導入し光出射面から外部へ出射させる導光板とを備えた面光源装置であって、前記点光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、前記導光板は、光入射面から入射した点光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、前記光導入部は、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表面の端に向けて傾斜した傾斜面を、前記導光板の光出射側の面またはその反対面に有し、前記導光板は、前記光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させるための指向性変換パターンを、前記光出射側の面またはその反対面に有し、前記指向性変換パターンは、それぞれ一方向に延びた凹又は凸の単位パターンが複数配列したものであり、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで一方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第１の直線が前記中心線と交差する第１交点と、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ前記点光源の中心線を挟んで他方の側に位置する前記単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した第２の直線が前記中心線と交差する第２交点とは、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置していることを特徴としている。
【００２１】
ここで、点光源の光源中心とは、点光源の光出射窓における両端間の中央をいう。点光源の中心線とは、光出射窓の両端を結ぶ方向に垂直で、光源中心を通過する軸線をいう。単位パターンの長軸とは、単位パターンが延びている長さ方向の直線ないしその延長線をいう。また、点光源の光源中心よりも後方とは、光出射窓に関して指向性変換パターンと反対側をいう。
【００２２】
また、単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した直線は、つぎのように定義する。導光板の光出射面に垂直な方向から見て、光源中心を座標原点とし、点光源の前面に平行な方向にＸ座標軸を定め、点光源の前面に垂直な方向にＹ座標軸を定める。このとき、各単位パターンの長軸が、
Ｘ＝ａｎ・Ｙ＋ｂｎ
で表されるとすると、平均化した直線は、
Ｘ＝〔（Σａｎ）／Ｎ〕・Ｙ＋〔（Σｂｎ）／Ｎ〕
で表される。添字のｎは各単位パターンを識別する指標であって、Σで表した総和は対象としているすべての単位パターンについて行われる。Ｎは対象としている単位パターンの数であって、Ｎ＝Σ１である。
さらに、この平均化した直線が中心線と交差する交点のＹ座標は、
−（Σｂｎ）／（Σａｎ）
となる。
【００２３】
本発明の面光源装置にあっては、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある大部分の単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、光導入部によるデッドスペースが同じであれば特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。
【００２４】
本発明にかかる面光源装置のある実施態様は、前記第１交点と前記光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であり、前記第２交点と前記光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、最大漏れ光の比率を最適かつ許容限度である１５％以下にすることができる。
【００２５】
本発明にかかる面光源装置の別な実施態様は、前記第１交点と前記第２交点とが一致していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、点光源の中心線を挟んで一方の領域と他方の領域とで光入射部の光学的特性が等しくなるので、中心線の両側で面光源装置の輝度を等しくすることができる。
【００２６】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が、前記点光源の光源中心よりも後方に位置する或る一点の付近に集束することを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。
【００２７】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記点光源の中心線と交差する点が、いずれも前記点光源の光源中心よりも後方に位置していることを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。
【００２８】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点と光源中心との間の距離が、前記点光源の光出射窓の幅の６倍以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、最大漏れ光の比率を最適かつ許容限度である１５％以下にすることができる。
【００２９】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置する前記単位パターンの長軸が前記中心線と交差する点が、前記中心線から離れた単位パターンほど前記点光源の光源中心に近くなることを特徴としている。特に、この場合には、前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、円弧状に形成された前記指向性変換パターンに内接する円の中心が、前記点光源の光源中心と一致していることが望ましい。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。
【００３０】
本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記導光板を前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内に位置するそれぞれの前記単位パターンの長軸が、前記点光源の光源中心よりも背後において、前記中心線上の或る一点を通過することを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるほぼすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。
【００３１】
本発明にかかる面光源装置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、前記光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターンは円弧状に形成されており、前記指向性変換パターンは、当該指向性変換パターンに内接する円が前記点光源の光出射窓の両端を通過するように形成され、導光板内に入射した光が到達する領域内にある前記単位パターンはそれぞれの長軸が前記点光源の中心線と前記内接円との交点を通過するように配置されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、光入射面から導光板内に入射した光が到達する領域内にあるすべての単位パターンにおいて、点光源から単位パターンに入射する光の広がりが単位パターンの長軸に関してほぼ等しくなるので、特許文献４に開示された面光源装置よりもより一層光の利用効率が向上する。よって、同じ効率の光導入部であれば、光導入部によるデッドスペースを小さくでき、発光面積の比率を大きくできる。また、光導入部からの光の漏れを小さくして光導入部又はその近傍が光るのを防止することができる。
【００３２】
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】
【００３３】
【図１】図１は、特許文献４に開示されている面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の面光源装置における光の挙動を表した図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、指向性変換パターンの内周の中央から点光源の光出射窓を見込んだ角度と指向性変換パターンの大きさとの関係を表した図である。
【図４】図４は、図１の面光源装置において光導入部の縁に輝度の高い発光領域が発生している様子を表した概略図である。
【図５】図５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６】図６は、実施形態１の面光源装置を示す概略断面図である。
【図７】図７は、実施形態１の面光源装置において、光導入部を光出射面に垂直な方向から見た平面図である。
【図８】図８は、図７の光導入部の働きを説明するための概略図である。
【図９】図９は、比較例（特許文献４で説明したもの）における光導入部の構造を示す平面図である。
【図１０】図１０は、Ｖ溝構造に右側から入射する光と左側から入射する光との差が面光源装置の効率にもたらす影響をシミュレーションにより検証した結果を表した図である。
【図１１】図１１は、図１０のデータを得るためのモデルを説明する図である。
【図１２】図１２は、比較例の面光源装置と本実施形態の面光源装置において、片側見込み角を変化させた場合の最大漏れ光の比率を求めた結果を表した図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の光導入部において、片側見込み角を６０°とした場合を示す平面図である。
【図１４】図１４は、実施形態１の光導入部において、片側見込み角を３０°とした場合を示す平面図である。
【図１５】図１５は、図１４の光導入部を変形させた場合を説明する平面図である。
【図１６】図１６は、実施形態１の第１の変形例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、単位パターンのそれぞれの長軸を平均化した直線の定義を説明するための図である。
【図１８】図１８は、実施形態１の第２の変形例を示す平面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施形態２による面光源装置の光導入部を示す平面図である。
【図２０】図２０は、実施形態２の光導入部の作用説明図である。
【図２１】図２１は、中心線から微小距離Δずれた位置にあるＶ溝構造の長軸と中心線の交点を表した図である。
【図２２】図２２は、最大距離係数αと片側見込み角ωとの関係を表した図である。
【図２３】図２３は、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄと光の漏れ量との関係を表した図である。
【図２４】図２４は、実施形態２の第１の変形例を示す平面図である。
【図２５】図２５は、実施形態２の第２の変形例を示す平面図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施形態３による面光源装置の光導入部を示す斜視図である。
【図２７】図２７は、実施形態３の他例による面光源装置の光導入部を示す斜視図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施形態４による面光源装置を示す斜視図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施形態４による面光源装置の光導入部の一部を示す拡大斜視図である。
【図３０】図３０は、実施形態４の他例による面光源装置を示す斜視図である。
【図３１】図３１は、実施形態４の他例による面光源装置の光導入部の一部を示す斜視図である。
【図３２】図３２（ａ）は本発明の実施形態５における導光板の概略平面図、図３２（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３３】図３３（ａ）は実施形態５において異なる指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図３３（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３４】図３４（ａ）は実施形態５においてさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図３４（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３５】図３５（ａ）は実施形態５においてさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図３５（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。
【図３６】図３６は実施形態５においてさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
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。
【００３５】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態１による面光源装置を説明する。図５は本発明の実施形態１による面光源装置６１を示す斜視図、図６はその概略断面図である。面光源装置６１は、点光源６２と導光板６３とからなる。点光源６２は、１個又は複数個のＬＥＤ６２ｂを内蔵したものであって白色発光するものである。ＬＥＤ６２ｂは透明封止樹脂６２ｃ内に封止され、さらに透明封止樹脂６２ｃは正面を除いて白色樹脂６２ｄによって覆われており、透明封止樹脂６２ｃの白色樹脂６２ｄから露出している正面が光出射窓６２ａとなっている。この点光源６２は、導光板６３の幅（図６の紙面奥行き方向の寸法）に比べて小さなものであり、冷陰極管が線状光源と呼ばれるのに対して点光源と称するものである。
【００３６】
なお、点光源とは厳密な意味での点光源ではない。点光源も有限の幅を持つが、冷陰極管のように発光面の全面が連続的に発光するようなものではない。例えば、点光源としては、サイドビュー型のＬＥＤなどがある。１パッケージ内に１つ以上のＬＥＤチップが入っており、複数個のＬＥＤチップが同時に封止されていてもよい。複数個のチップが同時に入ったものは、幅方向の開口サイズが５ｍｍ程度になるものがあるが、導光板の発光面サイズが２インチ程度であるのと比べれば十分に小さいので、点光源とみなすことができる。また、別の例としてＬＥＤパッケージサイズ自体は大きいものの、１つのパッケージ内で複数のＬＥＤチップが局所的かつ離散的に配置されたもの（例えばＬＥＤの１パッケージの発光面幅は４０ｍｍ程度で、そのパッケージ内にＬＥＤチップが５ｍｍ間隔ごとに離散的に配置されていた場合）も点光源とみなす。また、半導体レーザー素子などのような平行光が発せられるものでもよい。また、光ファイバを用いて導いた光を導光板に導入するようにしてもよい。その場合には、光ファイバの光出射端面を点光源とみなすことができる。
【００３７】
導光板６３は、導光板本体６４の端部に光導入部６５を設けたものであって、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）などの高屈折率の透明樹脂によって成形されている。以下においては、導光板６３はポリカーボネイト樹脂製であるとする。
【００３８】
光導入部６５は、導光板６３のうちで厚みの厚い部分であって、その端面は光入射端面６６となっていて点光源６２が対向配置されている。また、光導入部６５の光入射端面６６の厚みＴは光出射窓６２ａの高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており（Ｔ≧Ｈ）、そのため点光源６２から出射された光は効率よく光入射端面６６から光導入部６５内に入射し、面光源装置６１の光利用効率が高くなる。
【００３９】
光導入部６５においては、導光板本体６４の光出射面６９と同じ側の面に、円錐台形状のほぼ半分の形状をした突部が突出して光導入部６５の厚みを大きくしており、当該突部の湾曲した外周面が傾斜面６７となり、この傾斜面６７には指向性変換パターン６８が形成されている。傾斜面６７は、光導入部６５の突部全周にわたって一定の傾斜角θを有している。傾斜面６７の内周側に位置する光導入部６５の上面７２は、水平面すなわち光出射面６９と平行な平面となっている。なお、指向性変換パターン６８を形成された傾斜面６７の傾斜角θを再定義すれば、指向性変換パターン６８の包絡面の傾斜角ということができる。指向性変換パターン６８は、光出射面６９に垂直な方向から見ると、円弧状をした帯状領域となっており、そこには単位パターンとしてＶ溝状をしたＶ溝構造７１（あるいは、断面逆Ｖ形の山形構造）が放射状に並んでいる。
【００４０】
導光板本体６４は導光板６３の大部分の面積を占めており、その厚みｔは光導入部６５の厚みＴよりも薄くなっており（ｔ＜Ｔ）、それによって導光板６３の薄型化が図られる。導光板本体６４の光出射面６９と反対側に位置する裏面には、光出射手段７０を有している。図５、図６では光出射手段７０として同心円状に配列された三角溝状のパターンを示しているが、サンドブラスト加工、拡散インクを写真印刷したもの、回折格子パターン、任意の凹凸パターン、導光板本体６４の光出射面６９と反対側の面を傾斜させたもの（くさび状の導光板本体）などでもよく、また、光出射手段７０を光出射面６９、あるいは光出射面６９とその反対面の双方に設けていても差し支えない。光出射手段７０は、点光源６２の近傍では分布密度が比較的小さく、点光源６２からの距離が大きくなるに従って次第に分布密度が大きくなっている。
【００４１】
しかして、この面光源装置６１にあっては、図６に示すように、点光源６２から出射された光Ｌは、光入射端面６６から光導入部６５内に入射する。厚みの厚い光導入部６５の表面と厚みの薄い導光板本体６４の表面は傾斜面６７によってつながれているので、光導入部６５に入射した点光源６２の光は、傾斜面６７とその対向面との間で全反射されながら導光板本体６４へ導光され、あるいは光導入部６５を通過して厚みの薄い導光板本体６４へ導光される。そのとき、傾斜面６７に入射する光は、指向性変換パターン６８で反射されることにより、傾斜面６７からの漏れが小さくなり、効率よく導光板本体６４へ導光される。導光板本体６４へ導光された光Ｌは、光出射手段７０によって全反射または拡散されて光出射面６９の全体からほぼ均一に出射される。
【００４２】
つぎに、実施形態１における指向性変換パターン６８の構造を詳細に説明する。光導入部６５の傾斜面６７に沿って配列された各Ｖ溝構造７１の長軸（Ｖ溝構造７１の谷線又は稜線の長さ方向を延長した直線）は、光導入部６５の上面７２よりも高い位置において１点Ｆで交差している。
【００４３】
図７は、この光導入部６５を光出射面６９に垂直な方向から見た平面図である。光出射面６９に垂直な方向から見たとき、指向性変換パターン６８に内接する円７４は、点光源６２の光出射窓６２ａの両端Ａ、Ｂを通過する。さらに、Ｖ溝構造７１の長軸７３が集束する点Ｆは、内接円７４と点光源６２の中心線７５（光出射窓６２ａの中央Ｃを通過し、両端ＡＢを結ぶ方向に垂直な直線）との交点Ｇに一致している。
【００４４】
図８は、図７のような構造を有する光導入部６５の働きを説明するための概略図である。上記のように、光出射窓６２ａの両端Ａ、Ｂが内接円７４上の任意の位置にあり、いずれのＶ溝構造７１の長軸７３も内接円７４と中心線７５の交点Ｇ（＝Ｆ）を通過していると、これらの位置関係は図８のようになる。ここで、各Ｖ溝構造７１の内周側の端をＰ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…とすると、直線ＰＦ、Ｑ１Ｆ、Ｑ２Ｆ、Ｑ３Ｆ、…が各Ｖ溝構造７１の長軸７３となる。ただし、Ｐ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…は点光源６２の前方における内接円７４上の点であって、Ｐは中心線７５上の点、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、…は内接円７４上の任意の点である。なお、点Ｏは内接円７４の中心である。
【００４５】
図８から分かるように、角度∠ＡＰＦ、∠ＡＱ１Ｆ、∠ＡＱ２Ｆ、∠ＡＱ３Ｆ、…はいずれも同一円弧ＡＧの円周角となるので、これらの角度はいずれも等しくなる。すなわち、
∠ＡＰＦ＝∠ＡＱ１Ｆ＝∠ＡＱ２Ｆ＝∠ＡＱ３Ｆ＝…    （数式１）
同様に、角度∠ＢＰＦ、∠ＢＱ１Ｆ、∠ＢＱ２Ｆ、∠ＢＱ３Ｆ、…はいずれも同一円弧ＢＧに対する円周角となるので、これらの角度も互いに等しくなる。すなわち、
∠ＢＰＦ＝∠ＢＱ１Ｆ＝∠ＢＱ２Ｆ＝∠ＢＱ３Ｆ＝…    （数式２）
また、点Ｐは中心線７５上の点であるから、
∠ＡＰＦ＝∠ＢＰＦ    （数式３）
となる。よって、数式１〜３より、
∠ＡＱ１Ｆ＝∠ＢＱ１Ｆ
∠ＡＱ２Ｆ＝∠ＢＱ２Ｆ
∠ＡＱ３Ｆ＝∠ＢＱ３Ｆ
………                      （数式４）
という結果が得られる。
【００４６】
上記数式４の意味するところは、いずれのＶ溝構造７１においても、点光源６２からＶ溝構造７１に入射する光の広がりが、Ｖ溝構造７１の長軸７３に関して右側と左側とで等しい、ということである。すなわち、Ｑｍ（ｍ＝１、２、…）の位置にあるＶ溝構造７１に入射する光の広がり∠ＡＱｍＢは、長軸ＱｍＦに関して、右側における広がり∠ＡＱｍＦと左側における広がり∠ＢＱｍＦとが等しくなっている。
【００４７】
図９は、比較例（特許文献４で説明したもの）における光導入部３５の構造を示す図であって、光出射面に垂直な方向から見た平面図である。この比較例では、指向性変換パターン３８の内接円７４の中心Ｏは、光出射窓３２ａの中央Ｃ（光源中心）と一致しており、各Ｖ溝構造４１の長軸７３は内接円７４の中心Ｏを通過している。このような比較例では、中心線７５上の点ＰにあるＶ溝構造４１については、長軸７３に関して右側における入射光の広がり∠ＡＰＯと左側における入射光の広がり∠ＢＰＯとが等しくなっているが、中心線７５から外れた任意の位置ＱにあるＶ溝構造４１については、長軸７３に関して右側における入射光の広がり∠ＡＱＯと左側における入射光の広がり∠ＢＱＯとが異なっている。このため、比較例のような光導入部３５では、大部分のＶ溝構造４１に偏った方向から光が入射し、光導入部３５からの光の漏れが大きくなる。
【００４８】
これに対し、図７に示した光導入部６５では、Ｖ溝構造７１の位置によらず、その長軸７３に関して右側における入射光の広がりと左側における入射光の広がりとが等しくなるので、光導入部６５における光の漏れが小さくなり、面光源装置６１の光利用効率が向上する。
【００４９】
図１０は、Ｖ溝構造７１に入射する光の偏り、すなわちＶ溝構造７１に右側から入射する光と左側から入射する光との差が面光源装置６１の効率にもたらす影響をシミュレーションにより検証した結果を表した図である。また、図１１は、図１０のデータを得るためのモデルを説明する図である。このシミュレーション実験（シミュレーションは、特許文献４の段落０１６７に記載されている条件と同じ条件で行った。）では、図１１に示すように、試験用の導光板６３の上面において点光源６２の中心線７５上にＶ溝構造７１を形成し、Ｖ溝構造７１の長軸７３と中心線７５のなす角度νを変化させ、そのとき効率改善効果を計算した。効率改善効果とは、光導入部６５から導光板本体６４へどれだけの割合の光が漏れなく伝わるかという効率であり、Ｖ溝構造７１が無い場合の効率をゼロとし、光漏れ防止の効率改善効果がある（光漏れが減少する）場合をプラス、光漏れ防止の効率を逆に低下させる（光漏れが増加する）場合をマイナスとしている。具体的には、Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５となす角度をνとしたときに導光板本体６４に伝わる光量をＩν、パターン無しで導光板本体６４に伝わる光量をＩoとすれば、効率改善効果は（Ｉν−Ｉo）／Ｉo で表される。また、図１０で表した効率改善効果は、最も効率改善効果が高くなる角度で１に規格化している。
【００５０】
図１０から分かるように、長軸７３の角度νが大きくなるほど面光源装置６１の効率改善効果が低下する。したがって、Ｖ溝構造７１はその長軸７３に対して右側からの入射光の広がりと左側からの入射光の広がりとが等しくなるときに最も効率がよいことが確認できる。すなわち、図９のように各Ｖ溝構造４１の長軸７３が光源中心Ｃで集束するようにＶ溝構造４１を配列するよりも、図７に示したように各Ｖ溝構造７１の長軸７３が内接円７４上の点Ｇで集束するようにＶ溝構造７１を配列する方が、面光源装置６１の効率が良くなる。よって、本実施形態のような構成によれば、光導入部６５における漏れ光を少なくできて面光源装置６１の効率を向上させることができ、そのためデッドスペースを小さくすることも可能になる。
【００５１】
具体的に説明すると、以下のとおりである。図７の光導入部３５では、内接円７４の中心Ｏが光源中心Ｃに一致しており、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝４５°、長軸７３の集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離がＲとなっている。この場合には、光出射窓６２ａの幅を２Ｒ、Ｖ溝構造７１の長さをδとすれば、光導入部６５によるデッドスペースはＲ＋δとなり、最大漏れ光の比率は約４.０％であった。一方、図９の比較例において、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝３０°の場合には、デッドスペースは（√３）Ｒ＋δ≒１.７３Ｒ＋δとなり、最大漏れ光の比率は前記のように１５％である。よって、図７に示す実施形態１の光導入部３５によれば、図９の比較例と比較して、最大漏れ光の比率を比較例よりも小さくでき、しかも、デッドスペースも比較例より小さくできる。
【００５２】
また、本実施形態の面光源装置６１では、内接円７４の中心Ｏは必ずしも光源中心Ｃに一致している必要はない。したがって、図８のように内接円７４の中心Ｏを中心線７５に沿って移動させることにより、片側見込み角∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣを変化させることができる。
【００５３】
図１２は、比較例の面光源装置と本実施形態の面光源装置６１において、片側見込み角を変化させた場合の最大漏れ光の比率を求めた結果を表している。ここで用いたモデルのパラメータは、それぞれ、
導光板の屈折率  ｎ＝１.５９
指向性変換パターンの山部の頂角  φ＝１２０°
光導入部の端面の厚み  Ｔ＝０.３１ｍｍ
導光板本体の厚み  ｔ＝０.１８ｍｍ
光導入部の上面の長さ  ｓ１＝２.５０ｍｍ
光導入部の長さ  ｓ２＝３.１９ｍｍ
傾斜面３７の傾斜角  θ＝１５.３°
である（図２、図６参照）。図１２によれば、片側見込み角が同じであれば、本実施形態の面光源装置６１の方が最大漏れ光の比率が小さくなっている。
【００５４】
面光源装置の漏れ光が１５％程度に達すると、面光源装置の光利用効率が低下して発光面の輝度低下をもたらし、指向性変換パターンから漏れた光によって光導入部の縁に輝度の高い発光領域が発生するので、実用的には最大漏れ光の比率は１５％程度が限度である。そこで、最大漏れ光の比率が１５％以下となる片側見込み角を図１２で見ると、比較例では約３０°以下でなければならないのに対し、本実施形態では、片側見込み角が９０°に近くなっても最大漏れ光の比率は１５％よりもかなり小さくなっている。あるいは、片側見込み角によらず、最大漏れ光の比率は１５％以下となる。
【００５５】
また、本実施形態の場合には、片側見込み角∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝ωとしたとき、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄは、光出射窓６２ａの幅を２Ｒとして、
Ｄ＝Ｒ×tanω      …（数式５）
となる。デッドスペースは、Ｖ溝構造７１の長さをδとし、
（Ｒ／tanω）＋δ      …（数式６）
となる。
【００５６】
例えば、本実施形態の光導入部３５において、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝６０°である場合を図１３に示す。この場合には、最大漏れ光の比率は、図１２によれば、約６.５％であって、片側見込み角３０°である図９の比較例よりも最大漏れ光の比率がかなり小さくなっている。さらに、この場合には、デッドスペースは、数式６より、Ｒ／（√３）＋δ≒０.５８Ｒ＋δとなり、図９の比較例よりデッドスペースもかなり小さくなる。さらに、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離は、数式５より、（√３）Ｒ≒１.７３Ｒである。
【００５７】
また、本実施形態の光導入部３５において、片側見込み角が∠ＡＰＣ＝∠ＢＰＣ＝３０°である場合を図１４に示す。これは図９の比較例と片側見込み角の大きさが同じ場合である。この場合には、最大漏れ光の比率はさらに低減して約２.５％（図１２による）となる。また、デッドスペースは（√３）Ｒ＋δ≒１.７３Ｒ＋δとなり、図９の比較例のデッドスペースに等しくなる。さらに、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離はＲ／（√３）≒０.５８Ｒとなる。
【００５８】
よって、本実施形態の面光源装置によれば、特許文献４に開示した面光源装置よりも漏れ光を低減し、光利用効率を向上させることができる。すなわち、片側見込み角が同じであれば、図９の比較例に比べて、デッドスペースは同じままで漏れ光が少なくなり、光の利用効率が向上する。また、最大漏れ光の比率が同じであれば、図９の比較例に比べてデッドスペースが小さくなる。
【００５９】
なお、点光源６２から出射された光の広がりが平面視で１８０°であったとしても、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光は、屈折のために広がりは１８０°よりも狭くなる。例えば、導光板６３の屈折率が１.５９であったとすると、光導入部６５内における光の広がりは、２×arcsin（１／１.５９）≒７８°（＝全反射の臨界角の２倍）となる。この場合でいえば、図１５に示す光出射窓６２ａの端Ａから３９°以上の方向、すなわち直線ＡＡ´よりも外側や、光出射窓６２ａの端Ｂから３９°以上の方向、すなわち直線ＢＢ´よりも外側には光は届かない。よって、これらの光の届かない領域には、図１５に示したように、Ｖ溝構造７１を設けていなくてもよい。あるいは、図１５に破線で示したように、これらの領域には、任意の形状のパターンを設けてもよい。これは、任意の実施形態について当てはまることである。特に、図１４のように指向性変換パターン３８の点光源６２側の端部間が狭くなる場合には、図１５のように広げることができる。
【００６０】
（第１の実施形態の変形例）
実施形態１では、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が内接円７４と中心線７５の交点Ｇに集まるようにすることで、点光源６２の光が各Ｖ溝構造７１に均等に入射するようにしているが、図１０を見ると分かるように、Ｖ溝構造７１の長軸７３の方向が多少異なっても急激に効率が低下する訳ではない。また、本発明は、特許文献４で開示した面光源装置よりも効率を向上させることを目的としているので、その限度内で条件を緩やかにすることができる。すなわち、すべてのＶ溝構造７１が上記のような条件を厳密に満たしていなければならない訳ではない。
【００６１】
したがって、実施形態１の変形例による面光源装置では、光導入部６５の構造を以下のように特徴づけることができる。
【００６２】
図１６は実施形態１の第１の変形例を示す平面図である。この変形例では、導光板６３を光出射面６９に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで一方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１（すなわち、図１６で中心線７５と直線ＡＡ´との間にあるＶ溝構造７１）の長軸７３を平均化した第１の直線７３Ａが中心線７５と交差する第１交点と、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで他方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１（すなわち、図１６で中心線７５と直線ＢＢ´との間にあるＶ溝構造７１）の長軸７３を平均化した第２の直線７３Ｂが中心線７５と交差する第２交点とが、中心線７５上の一点Ｆで一致している。この交点Ｆは、光源中心Ｃよりも後方の点であって、光源中心Ｃを除き、かつ、光源中心Ｃからの距離Ｄが光出射窓６２ａの幅の６倍の距離１２Ｒ以下となる点である。さらに、この交点Ｆは、指向性変換パターン６８の内接円７４と中心線７５との交点Ｇの近傍であることが望ましい。なお、光源中心Ｃからの距離Ｄが、光出射窓の幅の６倍以下という点については、後ほど説明する。
【００６３】
上に述べた「それぞれのＶ溝構造７１の長軸７３を平均化した直線」（７３Ａ又は７３Ｂ）は、以下のように定義する。図１７に示すように、導光板６３の光出射面６９に垂直な方向から見て、光源中心Ｃを座標原点とし、点光源６２の前面（光出射窓６２ａ）に平行な方向にＸ座標軸を定め、点光源６２の前面に垂直な方向にＹ座標軸を定める。そして、対象とするＶ溝構造７１の数をＮ個とするとき、このＮ個のＶ溝構造７１をひとつづつ指標ｎ＝１、２、…、Ｎで区別する。ＸＹ座標系において、ｎ番目のＶ溝構造７１の長軸７３の傾きをそれぞれａｎとし、長軸７３のＸ切片をｂｎとすれば、各Ｖ溝構造７１の長軸７３は、つぎのように表される。
Ｘ＝ａｎ・Ｙ＋ｂｎ
これらのＮ本の長軸７３を平均化した直線（第１の直線７３Ａ、または第２の直線７３Ｂ）は、つぎの数式７で定義する。
【数１】
2010070823.tif 000041
【００６４】
また、上記数式１より、Ｎ本の長軸７３を平均化した直線が中心線７５と公差する交点（第１の交点、または第２の交点）のＹ座標Ｙiは、つぎの数式８で表される。
【数２】
2010070823.tif 000042
【００６５】
第１の変形例では、交点Ｆは、光源中心Ｃよりも後方の点であって、光源中心Ｃを除き、かつ、光源中心Ｃからの距離Ｄが光出射窓６２ａの幅の６倍の距離１２Ｒ以下となる点であるから、
−１２Ｒ≦Ｙi＜０
となる。
【００６６】
また、図１８は実施形態１の第２の変形例を示す平面図である。この変形例では、導光板６３を光出射面６９に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで一方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１の長軸７３を平均化した第１の直線７３Ａが中心線７５と交差する第１交点Ｆａと、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで他方の側に位置するそれぞれのＶ溝構造７１の長軸７３を平均化した第２の直線７３Ｂが中心線７５と交差する第２交点Ｆｂとが異なる点となっている。この交点Ｆａ、Ｆｂはいずれも、光源中心Ｃよりも後方の点であって、光源中心Ｃを除き、かつ、光源中心Ｃからの距離Ｄが光出射窓６２ａの幅の６倍の距離１２Ｒ以下の点である。さらに、この交点Ｆａ、Ｆｂは、指向性変換パターン６８の内接円７４と中心線７５との交点Ｇの近傍であることが望ましい。なお、図１８では、第１交点Ｆａよりも第２交点Ｆｂの方が光源中心Ｃに近いが、第２交点Ｆｂの方が光源中心Ｃから遠くにあってもよい。
【００６７】
（第２の実施形態）
図１９は、本発明の実施形態２による面光源装置の光導入部６５を示す平面図である。図２０は実施形態２の説明図である。図１９に示すように、実施形態２においては、内接円７４の中心Ｏが光源中心Ｃと一致するようにして指向性変換パターン６８が形成されている。各Ｖ溝構造７１の内周側の端を、中心線７５に近いＶ溝構造７１から順にそれぞれＱ１、Ｑ２、Ｑ３、…とし、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５と交差する点をそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３、…とすれば、光出射窓６２ａの一方の端ＡとＶ溝構造７１の内側の端Ｑｍ（ｍ＝１、２、…）とを結ぶ直線ＡＱｍがその長軸７３となす角度∠ＡＱｍＦｍと、光出射窓６２ａの他方の端ＢとＶ溝構造７１の内側の端Ｑｍとを結ぶ直線ＢＱｍがその長軸７３となす角度∠ＢＱｍＦｍとが等しくなるように、それぞれの長軸７３の向きを定めている。
【００６８】
図２０に示すように、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が光源中心Ｃで交差するようになっている場合（すなわち、図９の比較例の場合）には、長軸７３の両側での入射角∠ＡＱｍＣと∠ＢＱｍＣとは等しくならず、効率が低下したり、光漏れが発生したりしやすい。これに対し、長軸７３の向きを変化させて長軸７３が中心線７５と交差する点Ｆｍを光源中心Ｃよりも後方へ移動させれば、長軸７３の両側での入射角∠ＡＱｍＦｍと∠ＢＱｍＦｍとを等しくすることができ、光利用効率をより向上させることができ、また光導入部６５からの光漏れを低減することができる。この結果、Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５と交差する点Ｆｍは、図１９に示すように、そのＶ溝構造７１が中心線７５から離れるほど、光源中心Ｃに近づく。
【００６９】
なお、図２０の円７６は、点Ｆｍを中心とする円を表している。すなわち、図２０は、この実施形態のように各Ｖ溝構造７１の長軸７３の向きを変化させることは、Ｖ溝構造７１の内接円の中心を円７６のように光出射窓６２ａよりも後方へ移動させることとの類似性を表している。
【００７０】
図２１及び図２２は、実施形態２における長軸７３の集束点Ｆと光源中心Ｃの距離Ｄと、片側見込み角ωとの関係を説明するための図である。図２１に示すように、片側見込み角がωとなる中心線７５上の点Ｐを考え、この点Ｐから微小距離Δだけずれた点Ｑｍを考える。このとき点Ｑｍに入射する光の広がりは∠ＡＱｍＢとなるが、点ＱｍにあるＶ溝構造７１の長軸７３の方向が角度∠ＡＱｍＢの二等分線と一致するように定めたとすると、この長軸７３と中心線７５との交点Ｆｍと光源中心Ｃとの距離Ｄ（＝ＦｍＣ）は、微小距離Δがゼロに近づくにしたがって大きくなり、Δ→０の極限として距離Ｄの最大値Ｄmaxを決めることができる。この最大値Ｄmaxは片側見込み角ωの関数となるので、
最大距離係数α＝Ｄmax／（２Ｒ）
と定義すれば、最大距離係数αも片側見込み角ωの関数となる。
【００７１】
図２２は、横軸を片側見込み角ωとし、縦軸を最大距離係数αとして、片側見込み角ωと最大距離係数αとの関係を表した図である。図２２によれば、片側見込み角ωが大きくなるに従って最大距離係数αも単調に増大している。最大距離係数αは、片側見込み角ωが８０°を超えると急速に増大するが、この片側見込み角ω＞８０°もしくは最大距離係数α＞６の領域は特異的である。図１２によれば片側見込み角ωが９０°以下で最大漏れ光の比率は１５％となっていたが、このような特異性を考慮すれば、片側見込み角ωが８０°以下もしくは最大距離係数αが６倍以下で最大漏れ光の比率を最適かつ１５％以下にできることが分かっている。よって、最適なＶ溝構造７１の長軸７３は、光源中心Ｃから測って光出射窓６２ａの幅２Ｒの６倍以下の範囲内で中心線７５と交差することになる。なお、現状では１０ｍｍ以上の幅を持つＬＥＤは無いので、長軸７３と中心線７５との交点Ｆｍは光源中心Ｃから６０ｍｍ以内にあることになる。
【００７２】
例えば、片側見込み角ωが３０°である場合には、図２２より最大距離係数α＝０.２９となるので、光出射窓６２ａの幅２Ｒ＝２ｍｍとすれば、すべての交点もしくはほとんどの交点Ｆを光源中心Ｃからの距離が０.２９×２ｍｍ＝０.５８ｍｍ以下となるようにすればよい。
なお、図２２による説明は、第１の実施形態などにも当てはまるものである。
【００７３】
図２３は、集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄと光の漏れ量との関係を表した図である。図２３の横軸は集束点Ｆと光源中心Ｃとの距離Ｄを最大距離Ｄmax＝（２Ｒ×α）で割って正規化した値を示し、縦軸は光の漏れ量の比率を示す。図２３によれば、Ｄ／Ｄmax が０.２〜２.４の範囲では、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が光源中心Ｃに集まっている場合（すなわち、Ｄ／Ｄmax＝０の場合）の２／３以下に漏れ量が減少するので十分効果があると言える。例えば、片側見込み角ωが３０°である場合には、図２２より最大距離係数α＝０.２９となり、光出射窓６２ａの幅２Ｒ＝２ｍｍとすれば、長軸のすべての交点もしくはほとんどの交点Ｆを光源中心Ｃからの距離が少なくとも０.２９×２ｍｍ×０.２＝０.１１６ｍｍ以上となるようにすれば十分な効果を得られる。
なお、最大距離係数αは片側見込み角ωが８０°を超えると急速に増大するが、この片側見込み角ω＞８０°の領域は特異的であり、αが６以下の値で図２３のような傾向を示すことがわかっている。
【００７４】
（第２の実施形態の変形例）
図２４は実施形態２の第１の変形例を示す平面図である。実施形態２においては、各Ｖ溝構造７１の長軸７３が中心線７５と交差する交点Ｆ１、Ｆ２、…は次第に位置がずれていたが、実施形態２の第１の変形例においては、実施形態２の交点Ｆ１、Ｆ２、…のほぼ平均的な位置Ｆにおいて各Ｖ溝構造７１の長軸７３が一点で交差するようにしたものである。なお、交点Ｆは、光源中心Ｃからの距離がＤ＝１２Ｒの範囲内に位置している。
【００７５】
このような変形例でも、各Ｖ溝構造７１において、長軸７３の両側での入射角∠ＡＱｍＣと∠ＢＱｍＣとをほぼ等しくすることができ、光利用効率を向上させ、また光漏れを低減することができる。
【００７６】
また、図２５は実施形態２の第２の変形例を示す平面図である。第２の変形例においては、内接円７４の中心Ｏが光源中心Ｃよりも点光源６２の後方に位置するようにして指向性変換パターン６８が形成されている。また、各Ｖ溝構造７１は、長軸７３が内接円７４の中心Ｏに集束し、交点Ｆが中心Ｏと一致するように形成されている。すなわち、図２５の光導入部６５は、図９に示した比較例のような光導入部３５の全体を後方へ移動させた構造となっている。
【００７７】
なお、図１９〜図２５に示した実施形態２、その第１及び第２の変形例においても、光の到達しない直線ＡＡ´の外側の領域や直線ＢＢ´の外側の領域では、Ｖ溝構造７１は無くてもよく、また任意の形状に形成することもできる。また、これらも、光出射面６９に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで一方の側に位置するＶ溝構造７１の長軸７３を平均した直線と、光入射端面６６から光導入部６５内に入射した光が到達する領域内にあり、かつ点光源６２の中心線７５を挟んで他方の側に位置するＶ溝構造７１の長軸を平均した直線とが、中心線７５上の一点で交差している。
【００７８】
（第３の実施形態）
図２６は本発明の実施形態３による面光源装置の光導入部６５を表した斜視図である。この面光源装置は、複数個の点光源６２を並べて用いることができるようにしたものであって、各点光源６２の前方に略円弧状の指向性変換パターン６８を設けている。光導入部６５の光入射端面から入射した光は、円錐状の指向特性を有しているので、光出射面に垂直な方向から見たとき、光入射端面から入射した光の光導入部６５内における広がりは１８０°よりも小さくなっている（前記のように、導光板の屈折率が１.５９である場合には、光の広がりは７８°となる。）。よって、円弧状の指向性変換パターン６８を隣合わせて配列する場合にも、光の届かない指向性変換パターン６８どうしの間の領域Ｅのパターン形状やパターンの向きなどは自由に形成することができる。ただし、隣接する領域の指向性変換パターン６８の光が到達する領域どうしは、互いに重なり合わないようにしている。あるいは、光の届かない指向性変換パターン６８どうしの間の領域Ｅには、指向性変換パターン６８は無くてもよい。また、光の入射面が平坦面ではなく入射光の広がりを変化させるパターンが付加されている場合はその広がりも考慮するものとする。
【００７９】
図２７は実施形態３の変形例であって、隣接する指向性変換パターン６８どうしが滑らかに接続されるようにしたものである。
【００８０】
（第４の実施形態）
図２８は本発明の実施形態４による面光源装置７７を表した斜視図である。図２９は、一つの指向性変換パターン６８を拡大して示す斜視図である。この面光源装置７７は、複数個の点光源６２を並べて用いることができるようにしたものであって、各点光源６２の前方に光導入部６５を設けている。導光板６３の端部には、その端面と平行に幅の狭い平坦な上面７２を設けてあり、当該上面から導光板本体６４に向けて傾斜面６７を導光板６３の幅方向に沿って直線状に設けている。各点光源６２の前方においては、互いに重なり合わないようにして、傾斜面に沿って台形状の領域に指向性変換パターン６８が設けられている。指向性変換パターン６８の点光源６２の縁と、点光源６２から遠い側の縁はいずれも直線状となっており、片側見込み角が９０°となっている。指向性変換パターン６８は、放射状に配列された複数のＶ溝構造７１によって構成されており、各Ｖ溝構造７１の長軸は、点光源６２の光出射窓の中央よりも後方において集束または交差している。
【００８１】
このような実施態様によれば、単純な傾斜面６７に指向性変換パターン６８を形成することができるので、指向性変換パターン６８の作製を容易にすることができる。
【００８２】
図３０は実施形態４の変形例を示す斜視図、図３１はその一つの指向性変換パターン６８を拡大して示す斜視図である。この変形例では、傾斜面６７の端の平坦な上面７２を無くして指向性変換パターン６８（又はＶ溝構造７１）の端が導光板６３の端に達するようにしたものである。
【００８３】
（第５の実施形態）
ここまでに説明した実施形態では、Ｖ溝構造の単位パターンを用いて導光板からの光の漏れをなくす方法を考えてきたが、以下においてはより一般化した構造について説明する。すなわち、必ずしもこれまでに説明したようなＶ溝構造の単位パターンによらなくとも、前記点光源の光源中心よりも後方に位置する或る点の付近を中心として放射状方向に延びた単位パターン（凹又は凸の凹凸構造）からなる指向性変換パターンにより、指向性変換パターンで反射された光の指向性を光源方向（光反射点と点光源の光源中心とを結ぶ方向）に対してほぼ直交する方向に広げれば、光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させることができ、光導入部６５における光の漏れを小さくできる。
【００８４】
この理由については、特許文献４（特に、段落０１３８−０１４１、図５５−５７など）において詳細に説明しているので、ここでは特許文献４における説明を援用することとし、詳細は省略する。
【００８５】
このような実施形態としては、例えば図３２（ａ）、（ｂ）〜図３６に示すようなものがある。図３２（ａ）、（ｂ）は、シリンドリカルレンズ状ないし楕円溝状（楕円球面状）をした凹凸構造７８（単位パターン）を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３３（ａ）、（ｂ）は、Ｖ溝状をした凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３４（ａ）、（ｂ）は、Ｕ溝状をした凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３５（ａ）、（ｂ）は、回折格子状をした凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図３６は、光出射面に垂直な方向から見て蛇行するようにうねった凹凸構造７８を点光源６２の光源中心よりも後方に位置する或る点を中心として各凹凸構造７８の長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。
【００８６】
別な実施形態としては、例えば図３２（ａ）、（ｂ）〜図３６に示したような凹凸構造７８を用いて、図１９に示した第２の実施形態のように構成してもよい。すなわち、光出射面６９に垂直な方向から見て、光入射端面６６から導光板６３内に入射した光が到達する領域内にある指向性変換パターン６８が円弧状に形成されて、指向性変換パターン６８に内接する円の中心が、光源中心Ｃと一致している。そして、この指向性変換パターン６８内の凹凸構造７８の長軸７３が中心線７５と交差する点が、中心線７５から離れた凹凸構造７８ほど点光源６２の光源中心Ｃに近くなるようにしてもよい。
【００８７】
また、Ｖ溝構造や凹凸構造などの単位パターンは、図３２や図３６の実施形態に示されているように、その形状や大きさが不揃い、あるいはランダムであってもよく、あるいは、複数種類の単位パターンが混在していてもよい。
【００８８】
なお、図示しないが、特許文献４の図４４〜図５０に示すように、指向性変換パターンは、導光板の光出射面と反対側の面に形成していてもよい。また、傾斜面も、導光板の光出射面と反対側の面に形成していてもよい。また、特許文献４の図５３（ｄ）に示すように、傾斜面及び指向性変換パターンを導光板の光出射面と同じ側の面と反対側の面との両方に設けていてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
６１      面光源装置
６２      点光源
６２ａ      光出射窓
６２ｂ      ＬＥＤ
６３      導光板
６４      導光板本体
６５      光導入部
６６      光入射端面
６７      傾斜面
６８      指向性変換パターン
６９      光出射面
７０      光出射手段
７１      Ｖ溝構造
７３      長軸
７４      内接円
７５      中心線
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2010070823.tif 000043
【国際調査報告】
2010070823.tif 000044
2010070823.tif 000045