(57)【要約】  導光板３３は、くさび状をした光導入部３５と、光導入部３５の最大厚みよりも薄くて、光導入部３５と連続するように設けられた導光板本体３４とを備える。点光源３２は、光導入部３５の端面（光入射面３８）と対向する位置に配置される。導光板３３の光出射側面又はその反対面には、光導入部３５に入射した光の導光板厚み方向における指向性広がりを導光板３３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３６を有する。光入射面３８と平行に切った指向性変換パターン３６の断面のうち、点光源３２の前方に位置し、かつ、光源幅の領域内にある部分では、法線が光源中心と反対側を向いたパターン素子の斜面の横幅が、法線が光源中心側を向いたパターン素子の斜面の横幅よりも狭いか、一部分において同じになっている。
2013132661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の光を光入射面から導入して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、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より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有し、
前記導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、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有し、
前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って稜線と谷線を交互に繰り返すように構成されており、
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分は、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とが、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在していることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比は、光源中心からの距離が大きくなるに従って減少しているか又は同じであることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比をＡとし、
前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ａ＝−０．４５６×Ｂ＋α
と表したとき、
前記αの値が、
０.３≦α≦０.９
の範囲にあることを特徴とする、請求項２に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面は、光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度よりも小さいか又は同じであ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】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って小さくなっているか又は同じであ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９】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って大きくなっているか又は同じであ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１０】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面のうち光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度と光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度との和に対する、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度から光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となすの角度を引いた差の比をＣとし、
前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ｃ＝＋０．３９１×Ｂ＋β
と表したとき、前記βの値が、
−０.３３≦β≦０.１７
の範囲にあ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１１】
前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って複数のパターン素子を配列したものであり、
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域にそれぞれ、光を反射することにより、光源中心と反対側に向いた光が反射前よりも多くなるように反射した光の指向特性を変換する前記パターン素子を有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１２】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心の両側の領域においてそれぞれ、光源中心側へ傾いている前記法線の角度と光源中心と反対側へ傾いている前記法線の角度との和が、３５°以上１２３°以下であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記指向性変換パターンが、Ｖ溝状をした複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の面光源装置。
【請求項１４】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
前記Ｖ溝状をしたパターン素子間に形成される稜線部分の頂角が一定であることを特徴とする、請求項１３に記載の面光源装置。
【請求項１５】
前記光入射面に対向する位置に、間隔Ｐをあけて複数個の前記光源が配置され、
前記導光板の屈折率をｎとするとき、前記指向性変換パターンは、前記光源の光出射側端面から
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
の距離以下の領域内に存在していることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１６】
前記光入射面に対向する位置に、複数個の前記光源が配置され、
前記指向性変換パターンは、隣り合う光源と光源の間のほぼ中央を境界として周期的に構成されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１７】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記指向性変換パターンは、平行に並んだ複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１項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、具体的には、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられる面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、面光源装置を組み込むモバイル機器の薄型化に伴い、面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置を薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが必要になる。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くできたとしても、ＬＥＤからなる光源の高さを小さくすることには限界がある。そのため、平板状をした薄い導光板を用いた場合には、光源の高さが導光板の端面（光入射面）の厚みよりも大きくなり、導光板の光入射面に対向させて配置した光源が導光板の上面よりも上に飛び出ることになる。こうして光源が導光板よりも上に飛び出ていると、光源から出射した光がすべて導光板の光入射面に入らず、一部が外部へ漏れてしまって光利用効率が悪くなる。【０００３】
このような不具合を解決するため、平板状をした導光板本体の端に導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を設け、光導入部の最大厚みの箇所から導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を光導入部に設けた導光板を用いることが提案されている。このような導光板を用いた面光源装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものや、特許文献２に開示されたものがある。【０００４】
図１は、特許文献１に開示された面光源装置１１の斜視図である。図１の面光源装置１１では、導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を有する導光板を用いている。この面光源装置１１は、光源１２と導光板１３からなり、光源１２は導光板１３の光入射面１６に対向配置されている。光入射面１６の厚みは、光源１２の高さよりも大きくなっている。導光板１３は、ほぼ均一な厚みを有する導光板本体１４とくさび状をした光導入部１５を一体に形成したものである。導光板本体１４の裏面には偏向パターン又は拡散パターン（図示せず）が形成されている。光導入部１５は、光導入部１５の最大厚みの箇所から導光板本体１４の端に向けて傾斜した傾斜面１７を有している。また、光導入部１５の傾斜面１７には、複数本の平行なＶ溝からなる指向性変換パターン１８（光漏れ防止パターン）を設けられている。【０００５】
この面光源装置１１では、光源１２から出射した光は光入射面１６から光導入部１５内に入射する。光導入部１５の端面（光入射面１６）の厚みは、光源１２の高さよりも大きくなっているので、光源１２から出射した光は効率良く光導入部１５に取り込まれる。光導入部１５内に入った光は、光導入部１５の上面又は下面で反射して導光板本体１４へ導びかれ、偏向パターン又は拡散パターンで反射されて導光板本体１４の光出射面から外部へ出射される。このとき、光入射面１６から光導入部１５内に入った光の一部は、傾斜面１７で反射されないで、傾斜面１７を透過して外部へ漏れる恐れがある。そのため、傾斜面１７に指向性変換パターン１８を設けることにより、傾斜面１７からの光漏れを少なくしている。この結果、このような構造の面光源装置１１によれば、光利用効率の向上と面光源装置の薄型化とを両立させることができる。【０００６】
しかしながら、厚みの薄い導光板本体１４に連続させて厚みの大きな光導入部１５を設けた面光源装置１１において、複数本のＶ溝からなる指向性変換パターン１８を設けている場合でも、図２に示すように、光漏れが発生する（光導入部１５に入った光のうち、外部へ漏れた光を破線の矢印で示す。）。図２は面光源装置１１から光漏れが発生する様子を示す概略平面図である。図２において、光Ｌ１は、光源１２の発光中心から出射した光線を表し、光Ｌ２は、光源１２の端の方から出射した光線を表し、直線Ｃは光源中心を表している。発光中心１２ａから出射した光Ｌ１は、光源１２の端の方から出射した光Ｌ２に比べて、光強度が高い。図３は、発光中心１２ａから出射した光強度の高い光Ｌ１の挙動を表す模式図である。発光中心１２ａから出射した光のうち、発光中心１２ａから前方へ向けて出射された光Ｌ１は、光Ｌ１１のように指向性変換パターン１８で反射されるので、傾斜面１７からは漏れにくい。これに対し、従来の面光源装置１１では、図３に示すように、指向性変換パターン１８は、左右対称な断面形状を有する同じ形状のＶ溝を繰り返し配列されているので、発光中心１２ａから斜めに出射される光Ｌ１は、光Ｌ１２のように外部へ漏れやすい。すなわち、指向性変換パターン１８に入射する位置が光源中心Ｃから遠くなると、それにつれて光Ｌ１は指向性変換パターン１８の表面に対して次第に垂直に近い角度で入射するようになり、指向性変換パターン１８から漏れやすくなる。この結果、光源１２の幅Ｗ（光源１２のパッケージの幅ではなく、光出射窓の幅である。）と等しい領域、特にその側端部における指向性変換パターン１８からの光漏れが大きくなりやすく、光損失が大きくなる。【０００７】
なお、特許文献２に記載された面光源装置では、指向性変換パターンに相当するパターンを光導入部の幅いっぱいに形成しているが、光源の光はほぼランバート分布を示し、前方に対して大きな角度の方向では光強度が小さいため、導光板の側端部における光漏れはあまり問題とならない。よって、指向性変換パターンが導光板の側端から側端まで設けられている場合でも、光漏れが問題となるのは、光源の幅とほぼ等しい領域である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０７０８２１号
【特許文献２】特表２００８−１５３０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、導光板の光導入部に傾斜面を有する面光源装置において、指向性変換パターンから光が漏れにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る面光源装置は、光源と、前記光源の光を光入射面から導入して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、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より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有し、前記導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、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有し、前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って稜線と谷線を交互に繰り返すように構成されており、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分は、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とが、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在していることを特徴とする。ここで、光源中心とは、光源の発光中心を通過し、かつ、導光板の光入射面及び光出射面に垂直な平面をいう。また、指向性変換パターンの斜面とは、指向性変換パターンの稜線と谷線との間の傾斜した表面であって、平面の場合もあれば曲面の場合もある。【００１１】
本発明に係る面光源装置にあっては、指向性変換パターンの稜線とその両側に位置する谷線を結ぶ斜面どうしが非対称となっているので、指向性変換パターンを設計するときの制約が緩やかとなり、指向性変換パターンからの光の漏れを小さくして、光利用効率を向上させることができる。【００１２】
本発明に係る面光源装置の第１の実施態様は、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする。ここで、指向性変換パターンの斜面の横幅の総和とは、光源中心の左右両側のそれぞれにおける、指向性変換パターンの各斜面の横幅（すなわち、光入射面と平行な方向の幅）の合計をいう。光源から届いた光は、法線が光源中心側へ傾いた斜面（以下、内向き法線の斜面という。）よりも法線が光源中心と反対側へ傾いた斜面（以下、外向き法線の斜面という。）から漏れやすい。この実施態様の指向性変換パターンでは、内向き法線の斜面の横幅の総和よりも外向き法線の斜面の横幅の総和が小さくなっているので、光の漏れやすい外向き法線の斜面の面積が総体的に狭くなっており、指向性変換パターンからの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。【００１３】
上記第１の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることが望ましい。このような態様によれば、内向き法線の斜面の横幅よりも外向き法線の斜面の横幅が小さくなっているので、光の漏れやすい外向き法線の斜面の面積が狭くなり、指向性変換パターンを構成する各パターン素子からの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。【００１４】
また、上記第１の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比は、光源中心からの距離が大きくなるに従って減少しているか又は同じであることが望ましい。このような態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。【００１５】
また、上記第１の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比をＡとし、前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ａ＝−０．４５６×Ｂ＋α
と表したとき、前記αの値が、
０.３≦α≦０.９
の範囲にあることが望ましい。かかる態様によれば、隣接する斜面が対称な形状を有する指向性変換パターンを用いた場合よりも光利用効率を高くすることができる。【００１６】
本発明に係る面光源装置の第２の実施態様は、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも小さいことを特徴とする。この実施態様の指向性変換パターンでは、光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度（以下、内向き法線角度という。）の平均角度が、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度（以下、外向き法線角度という。）の平均角度よりも小さいので、外向き法線角度が大きくなって外向き法線の斜面の傾斜角が総体的に大きくなる。そのため、光源から届いた光が外向き法線の斜面に入射する際の入射角が大きくなり、外向き法線の斜面から光が漏れにくくなる。よって、かかる実施態様によれば、指向性変換パターンからの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。【００１７】
上記第２の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面は、光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度よりも小さいか又は同じであることが望ましい。このような態様によれば、指向性変換パターンを構成する２つの斜面（パターン素子）のうち外向き法線の斜面の傾斜角が大きくなるので、光源から届いた光が外向き法線の斜面に入射する際の入射角が大きくなり、外向き法線の斜面から光が漏れにくくなる。【００１８】
また、上記第２の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って小さくなっているか又は同じであることが望ましい。このような態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。【００１９】
また、上記第２の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って大きくなっているか又は同じであることが望ましい。このような態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。【００２０】
また、上記第２の実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面のうち光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度と光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度との和に対する、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度から光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となすの角度を引いた差の比をＣとし、前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ｃ＝＋０．３９１×Ｂ＋β
と表したとき、前記βの値が、
−０.３３≦β≦０.１７
の範囲にあることが望ましい。かかる態様によれば、隣接する斜面が対称な形状を有する指向性変換パターンを用いた場合よりも光利用効率を高くすることができる。【００２１】
本発明に係る面光源装置の第３の実施態様は、前記指向性変換パターンが、前記導光板の幅方向に沿って複数のパターン素子を配列したものであり、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域にそれぞれ、光を反射することにより、光源中心と反対側に向いた光が反射前よりも多くなるように反射した光の指向特性を変換する前記パターン素子を有することを特徴とする。かかる態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。【００２２】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、光源中心側へ傾いている前記法線の角度と光源中心と反対側へ傾いている前記法線の角度との和が、３５°以上１２３°以下であることを特徴とする。かかる条件を満たせば、隣接する斜面が対称な形状を有する指向性変換パターンを用いた場合よりも光の漏れを小さくし、光利用効率を高くすることができる。【００２３】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンが、Ｖ溝状をした複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板の製作が容易になる。【００２４】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、前記Ｖ溝状をしたパターン素子間に形成される稜線部分の頂角が一定であることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板を成形するための成形金型にＶ溝を加工する際には、Ｖ溝加工用の工具を傾けて角度を変えながら順次Ｖ見を加工すればよく、成形金型の製作を容易にできる。【００２５】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面に対向する位置に、間隔Ｐをあけて複数個の前記光源が配置され、前記導光板の屈折率をｎとするとき、前記指向性変換パターンは、前記光源の光出射側端面から
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
の距離以下の領域内に存在していることを特徴とする。指向性変換パターンの形成されている領域が、光源の光出射側端面からＰ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕よりも遠くまで延びると、ある光源から出た光が隣の光源の前方の領域に入って光の利用効率が却って悪くなるためである。【００２６】
本発明に係る面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面に対向する位置に、複数個の前記光源が配置され、前記指向性変換パターンは、隣り合う光源と光源の間のほぼ中央を境界として周期的に構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板の製作が容易になる。【００２７】
本発明に係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、前記指向性変換パターンが、平行に並んだ複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板の製作が容易になる。【００２８】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、特許文献１に記載された面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、特許文献１に記載された面光源装置から光が漏れる様子を説明する概略平面図である。
【図３】図３は、指向性変換パターンから光が漏れる様子を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る面光源装置を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示す面光源装置の平面図である。
【図６】図６は、図４に示す面光源装置の概略断面図である。
【図７】図７は、図５のＸ−Ｘ線断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。
【図８】図８は、図７に示す指向性変換パターンの作用説明図である。
【図９】図９Ａ−図９Ｄは、図７に示す指向性変換パターンの変形例を示す概略図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、図７に示す指向性変換パターンの変形例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、湾曲又は屈曲したパターン斜面の横幅と法線角度の求め方を説明する図である。
【図１２】図１２は、光源中心からの距離に応じてパターン素子の断面形状が変化する指向性変換パターンの断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。
【図１３】図１３は、パターン斜面に立てた法線の平均角度の求め方を説明する図である。
【図１４】図１４は、頂角を一定に保ちながら光源中心からの距離に応じてパターン素子の断面形状が変化する指向性変換パターンの断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。
【図１５】図１５は、頂角を一定に保ちながら光源中心からの距離に応じて断面形状が変化するパターン素子の、外向き法線角度と内向き法線角度の変化を示す図である。
【図１６】図１６Ａ−図１６Ｃは、光源中心からの距離に応じて断面形状が変化する種々の指向性変換パターンの概略断面図である。
【図１７】図１７は、数式１で定義される値αと、従来品の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、導光効率の高い領域を示す図である。
【図１９】図１９Ａは、数式７で定義される値βと、従来品の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、導光効率の高い領域を示す図である。
【図２１】図２１は、パターン素子の頂角と、従来品の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、パターン素子の幅と導光効率との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、２個の点光源を有する面光源装置の斜視図である。
【図２４】図２４は、図２３に示す面光源装置の平面図である。
【図２５】図２５は、複数の点光源を有する面光源装置の一例を示す平面図である。
【図２６】図２６は、複数の点光源を有する面光源装置の他例を示す平面図である。
【図２７】図２７は、複数の点光源を有する面光源装置のさらに他例を示す平面図である。
【図２８】図２８は、複数の点光源を有する面光源装置のさらに他例を示す平面図である。
【図２９】図２９Ａ−図２９Ｃは、種々の指向性変換パターンを示す概略平面図である。
【図３０】図３０Ａ−図３０Ｃは、種々の指向性変換パターンを示す概略平面図である。
【図３１】図３１Ａ−図３１Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３２】図３２Ａ−図３２Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３３】図３３Ａ−図３３Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３４】図３４Ａ−図３４Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００３０】
３１、５１      面光源装置
３２      点光源
３２ａ      発光中心
３３      導光板
３４      導光板本体
３５      光導入部
３６      指向性変換パターン
３７      傾斜面
３８      光入射面
４６ａ、４６ｂ      パターン斜面
Ｃ      光源中心
Ｄ１、Ｄ２      パターン斜面の横幅
θ１、θ２      法線角度
θｍ1、θｍ2      法線の平均角度
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３２】
（面光源装置の基本構造）
以下、図４−図６を参照して本発明に係る面光源装置３１の基本的な構造を説明する。図４は、本発明に係る面光源装置３１を示す斜視図である。図５は、面光源装置３１の平面図である。図６は、面光源装置３１の光入射面３８に垂直な方向における概略断面図である。
【００３３】
面光源装置３１は、点光源３２（光源）と導光板３３とからなる。点光源３２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵したものであって白色発光する。図６に示すように、ＬＥＤ４１は透明封止樹脂４２内に封止され、さらに透明封止樹脂４２は正面を除いて白色樹脂４３によって覆われており、白色樹脂４３から露出している透明封止樹脂４２の正面が光出射窓４４（発光面）となっている。この点光源３２は、導光板３３の幅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。
【００３４】
導光板３３は、薄板状をした導光板本体３４と連続させるようにして、導光板本体３４の端面に光導入部３５を設けたものである。導光板３３は、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一体成形される。
【００３５】
光導入部３５は、導光板３３のうちで厚みの厚い略くさび状の部分であって、その端面である光入射面３８の一部に対向させて点光源３２が配置される。光導入部３５の端面の厚みＴは光出射窓４４の高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており、そのため点光源３２から出射された光は効率よく光入射面３８から光導入部３５内に入射し、面光源装置３１の光利用効率が高くなる。
【００３６】
光導入部３５の上面（導光板本体３４の光出射面３９と同じ側の面）には、傾斜面３７が形成されている。傾斜面３７は、光入射面３８の近傍の最大厚みの部分から導光板本体３４の端へ向けて傾斜している。傾斜面３７は、導光板３３の一方側端から他方側端まで帯状に延びている。
【００３７】
図４及び図５に示すように、傾斜面３７には、指向性変換パターン３６が形成されている。指向性変換パターン３６は、山形又はＶ溝状をした複数のパターン素子を導光板３３の幅方向に沿って配列させたものである。すなわち、指向性変換パターン３６においては、稜線と谷線が交互に並んでいる。この指向性変換パターン３６を光出射面３９に垂直な方向から見たとき、パターン素子、あるいは稜線と谷線は、光入射面３８に垂直な方向と平行に配置されており、導光板３３の幅方向に沿って互いに平行に並んでいる。また、各パターン素子は、光入射面３８と平行な断面では、左右非対称な形状を有している。また、光源中心の両側の領域には、互いに異なる形状を有する非対称なパターン素子が少なくとも一組存在している。この指向性変換パターン３６は、光導入部３５に入射した光を反射させることにより、光導入部３５に入射した光の導光板厚み方向における指向性広がりを導光板３３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働きを有している。
【００３８】
導光板本体３４は、導光板３３の大部分の面積を占めており、図６に示すように、その厚みｔは光導入部３５の最大厚みＴよりも薄くなっており、それによって導光板３３の薄型化が図られる。導光板本体３４は表裏面が平行な平板状をしており、導光板本体３４の厚みはほぼ均一となっている。
【００３９】
導光板本体３４の光出射面３９と反対面（下面）には光出射手段４５を備えている。図６では光出射手段４５として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などでもよく、また、光出射手段４５を導光板本体３４の光出射面３９、あるいは光出射面３９とその反対面の双方に設けていても差し支えない。
【００４０】
しかして、この面光源装置３１にあっては、図６に矢印で示すように、点光源３２から出射した光は、光入射面３８から光導入部３５内に入射し、光導入部３５の上面又は下面で反射され、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へ導びかれる。導光板本体３４へ導入された光は、導光板本体３４の上面と下面で反射しながら導光板本体３４内を導光し、光出射手段４５によって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。
【００４１】
（実施形態１による指向性変換パターン）
図７は、図５のＸ−Ｘ線断面における実施形態１の指向性変換パターン３６を示す。すなわち、図７は、光入射面３８と平行に切った指向性変換パターン３８の断面のうち、点光源３２の前方に位置し、かつ、点光源３２と等しい幅（光源幅Ｗ）を持つ領域（つまり、光源中心Ｃから左右両側へＷ／２の領域）内にある部分を示す。ここで、光源中心Ｃとは、点光源３２の発光中心３２ａを通過し、かつ、導光板３３の光入射面３８及び光出射面３９に垂直な平面をいう。また、光源幅Ｗとは、点光源３２のパッケージの幅をいうものではなく、発光面（光出射窓４４）の幅をいう。図７では、指向性変換パターン３６は、光源中心Ｃに関して左右対称な形状を有しているが、かならずしも左右対称である必要はない。
【００４２】
本発明の実施形態１による面光源装置においては、指向性変換パターン３６は、光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、以下に述べるような構造又は特性を有している。光源幅Ｗの外側の領域においても、光源幅Ｗの領域と同様な構造又は特性を有していてもよいが、点光源３２から離れた領域では、供給される光量や光強度が小さいので、光源幅Ｗの外側では特に指向性変換パターン３６の構造は限定されない。
【００４３】
光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、指向性変換パターン３６を構成する大部分またはすべてのパターン素子は非対称な形状を有している。すなわち、ある稜線（断面の極大点）と当該稜線に隣接する一方の谷線（断面の極小点）とを結ぶパターン斜面４６ａと、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線（断面の極小点）とを結ぶパターン斜面４６ｂが、当該稜線を通り光出射面３９に垂直な直線に関して左右非対称となっている。ただし、一部のパターン素子（たとえば、光源中心Ｃの位置にあるパターン素子）は左右対称であってもよい。ここで、パターン斜面４６ａ、４６ｂとは、隣り合った稜線と谷線との間に位置する指向性変換パターン３６の表面である。図７に示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂは平面となっているが、後述のように曲面や屈曲面などであってもよい。
【００４４】
また、光源中心Ｃとそこから向かって左側へＷ／２の領域（以下、光源中心Ｃの左側領域という。）においては、導光板３３の内部から外部へ向けて各パターン斜面４６ａ、４６ｂに法線Ｎを立てたとき、法線Ｎが光源中心側へ傾いているパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の、幅Ｗ／２の左側領域における合計値）が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の、幅Ｗ／２の左側領域における合計値）よりも大きくなっている（条件１：ΣＤ１＜ΣＤ２）。
【００４５】
同様に、光源中心Ｃとそこから向かって右側へＷ／２の領域（以下、光源中心Ｃの右側領域という。）においては、導光板３３の内部から外部へ向けて各パターン斜面４６ａ、４６ｂに法線Ｎを立てたとき、法線Ｎが光源中心側に向いて傾いているパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の、幅Ｗ／２の右側領域における合計値）が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の、幅Ｗ／２の右側領域における合計値）よりも大きくなっている（条件１：ΣＤ１＜ΣＤ２）。
【００４６】
このような形態を実現するためには、隣接する２つのパターン斜面４６ａ、４６ｂ（パターン素子）において、法線Ｎが光源中心側へ傾いているパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１よりも大きいか、又は一部において同じであればよい（条件２：Ｄ１≦Ｄ２）。光源幅Ｗの領域にある少なくとも一部のパターン素子が、この条件２を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子が、この条件２を満たしていることが好ましいが、必ずしもすべてのパターン素子に要求されるものではない。
【００４７】
実施形態１の面光源装置３１においては、光源中心Ｃの左右の領域においてそれぞれ、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の総和が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている（条件１）。特に、多くのパターン素子において、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１よりも大きいか、又は一部のパターン素子で同じになっている（条件２）。この結果、図８に示すように、発光中心３２ａから斜め方向へ出射した光Ｌ１が垂直に近い角度で入射するパターン斜面４６ａの面積が、パターン素子が左右対称な指向性変換パターン（図３参照）である場合と比較して狭くなり、パターン斜面４６ａから光が漏れにくくなる。さらに、法線Ｎが光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの傾斜角が大きくなるので、指向性変換パターンのパターン素子が左右対称である場合と比較して、パターン斜面４６ａに入射する光Ｌ１の入射角が大きくなり、光Ｌ１がパターン斜面４６ａから漏れにくくなる。この結果、実施形態１の面光源装置３１によれば、指向性変換パターン３６からの光の漏れを抑制することができ、光の利用効率が向上する。
【００４８】
（湾曲又は屈曲したパターン斜面の場合）
指向性変換パターン３６のパターン斜面４６ａ、４６ｂは必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面であってもよい。図９Ａ−図９Ｄは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図９Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも、外向きに膨らむように湾曲している。図９Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも内側へ窪むように湾曲している。図９Ｃに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂのうち一方が外向きに膨らみ、他方が内側へ窪んでいる。また、図９Ｄに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として滑らかに湾曲している。
【００４９】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを屈曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図１０Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として多角形状に屈曲している。図１０Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂは、全体としては平面状であるが、微細に見ると鋸刃状に屈曲している。
【００５０】
このようにパターン斜面４６ａ、４６ｂが湾曲面又は屈曲面で構成されている場合にも、図１１に示すように、稜線と谷線との間の区間の水平距離をパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅Ｄ１、Ｄ２とすれば、上記条件１又は条件２を適用することができる。
【００５１】
（光源中心からの距離に応じてパターン素子が変化する場合）
図７に示した指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃの左側領域と右側領域においては、いずれも同じ断面形状のパターン素子を繰り返し配列させているが、各パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離に応じて変化させてもよい。図１２は、光源中心Ｃからの距離Ｇによってパターン素子の断面形状が変化している指向性変換パターン３６を表している。特に、図１２に示す指向性変換パターン３６では、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅の和（Ｄ１＋Ｄ２）に対する、法線Ｎが光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の比、すなわちＤ１／（Ｄ１＋Ｄ２）が、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従って減少しているか、又は一部のパターン素子において同じになっている。
【００５２】
このようにパターン素子の断面形状が次第に変化している場合にも、図１３に示すように、各パターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅を順にＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…とすれば、左側領域と右側領域においてそれぞれ、パターン斜面の横幅の総和に関する条件１、すなわち、
Ｄ１＋Ｄ３＋Ｄ５＋… ＜ Ｄ２＋Ｄ４＋Ｄ６＋…
を満たせばよい。そのためには、左側領域と右側領域のそれぞれにおいて、大部分のパターン素子が前記条件２、すなわち、
Ｄ１ ≦ Ｄ２、  Ｄ３ ≦ Ｄ４、  Ｄ５ ≦ Ｄ６、  …
を満たせばよい。
【００５３】
上記のようにパターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離Ｇに応じて変化させる場合には、図１４に示すように、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの間の頂角ωを一定に保ちながら、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従ってパターン斜面４６ａの比率Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）が減少するか、又は一部のパターン素子で同じになるように変化させることが望ましい。
【００５４】
本発明の発明者らは、同じ断面形状のパターン素子を繰り返し配列させた比較例の指向性変換パターンの場合と、頂角を一体に保ったままで断面形状を次第に変化させた実施形態１の指向性変換パターンの場合との、導光効率をシミュレーションにより評価した。用いた面光源装置のモデルでは、点光源の光源幅Ｗが２ｍｍ、導光板の幅が５.５ｍｍ、導光板本体３４の厚さｔが０.２３ｍｍ、光導入部３５の高さＴが０.４２ｍｍ、光導入部３５の長さが１.５ｍｍ、導光板の屈折率が１.５９とした。また、比較例の指向性変換パターンでは、頂角ωが１２０°の左右対称な断面形状のパターン素子が繰り返し配列されている。実施形態１の指向性変換パターンでは、光源中心Ｃの位置では頂角が１２０°の左右対称なパターン素子を有しているが、光源中心Ｃから離れるに従って頂角を１２０°に保ったままで図１５に示すようにパターン素子の形状を変化させている。図１５の横軸は光源中心Ｃから測ったパターン素子の距離Ｇである。図１５の縦軸は、距離Ｇに位置するパターン素子の、光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度（外向き法線角度）と、光源中心側へ傾いたパターン斜面４６ｂの法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度（内向き法線角度）を示す。図１５から分かるように、実施形態１の指向性変換パターンは、導光板の一方側端から他方側端まで頂角ωが一定角度（１２０°）に保たれており、光源幅Ｗよりも少し広い領域までパターン素子の断面形状が変化し、その外側では一定の断面形状となっている。
【００５５】
上記シミュレーションによれば、比較例では導光効率が９１％であるのに対し、実施形態１では導光効率が９６％であった。導光効率とは、光入射面から光導入部内に入った光量のうち、どれくらいの割合の光量の光が光導入部から導光板本体へ導入されたかを示すものである。よって、パターン素子の断面形状が一定の比較例では、光導入部で９％の光が漏れて損失となるのに対し、頂角を一定に保ってパターン素子の断面形状を変化させた実施形態１の場合には、光導入部における光の漏れが４％に小さくなることが分かる。
【００５６】
また、図１４の指向性変換パターン３６のように、パターン素子の頂角ωが一定であれば、成形金型の製作が容易になる。すなわち、導光板成形用の成形金型を作製する場合、山形のパターン素子は成形金型ではＶ溝状のパターンとなる。パターン素子の頂角ωが一定であれば、工具で切削することによって成形金型にＶ溝状のパターンを順次切削する場合、１つのＶ溝用工具の傾きを変化させながら順次Ｖ溝を切り込んでいくことができ、成形金型の製作が容易になる。
【００５７】
パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離Ｇに応じて変化させる態様には、いろいろなものがある。たとえば、図１６Ａに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に小さくなっている。図１６Ｂに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に大きくなっている。図１６Ｃは、湾曲面を持つパターン素子が配列した指向性変換パターン３６であって、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の湾曲具合が次第に変化している。
【００５８】
実施形態１における指向性変換パターン３６の形状としては、上記のように種々の形状が可能であるが、本発明の発明者らによる試験及び検討の結果、どのような形状の指向性変換パターン３６であれ、つぎの条件３を満たせば、従来品よりも高い導光効率を得られることがわかった。すなわち、
α＝Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）＋０．９１２×（Ｇ／Ｗ）      …（数式１）
という値を考えるとき、αの値が０.３以上０．９以下であれば、従来品より高い導光効率を得ることができる。ここで、Ｄ１及びＤ２は、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅である。Ｇは、当該パターン斜面４６ａ、４６ｂの光源中心Ｃからの距離である。Ｗは光源幅である。
【００５９】
図１７は、上記の値αと導光効率との関係を示す図である。図１７の縦軸は、導光板の導光効率を、従来品（左右対称な同一のパターン素子を配列したもの）を１００％として表したものである。図１７によれば、αが約０.５のときに最も導光効率が高く、αが０.３以上０.９以下であれば、従来品よりも導光効率が向上することがわかる。
【００６０】
よって、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅の和（Ｄ１＋Ｄ２）に対する法線が光源中心Ｃと反対側に向いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の比率をＡ＝Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）とし、前記光源の開口幅Ｗの１／２に対する当該２つの斜面の光源中心Ｃからの距離Ｇの比をＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）とすれば、上記数式１は、
Ａ＝−０．４５６×Ｂ＋α      …（数式２）
と表わすことができ、
０.３≦α≦０.９      …（条件３）
の範囲にあれば、従来品よりも導光効率が向上する。ただし、条件３はすべてのパターン素子について要求される条件ではないが、できるだけ多くのパターン素子が条件３を満たしていることが望ましい。
【００６１】
図１８は、横軸にＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）、縦軸にＡ＝Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）を定めて、αの値が０.２−１.０の直線を描いた図である。この図のハッチングを施した領域内にあれば、その面光源装置の導光効率は従来品よりも向上する。
【００６２】
（実施形態２による指向性変換パターン）
つぎに、実施形態２による面光源装置を説明する。実施形態２の面光源装置も、図４−図６のような基本構造を有しており、指向性変換パターンを除けば実施形態１の面光源装置３１と同じ構造を有しているので、実施形態２における面光源装置の基本構造の説明は省略する。また、指向性変換パターン３６についても、基本的な断面形状は実施形態１と重なり合っているので、図７−図１６を用いて実施形態２による指向性変換パターン３６の構造を説明する。
【００６３】
本発明の実施形態２による面光源装置においては、指向性変換パターン３６は、光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、以下に述べるような構造又は特性を有している。光源幅Ｗの外側の領域においても、光源幅Ｗの領域と同様な構造又は特性を有していてもよいが、点光源３２から離れた領域では、供給される光量や光強度が小さいので、光源幅Ｗの外側では特に指向性変換パターン３６の構造は限定されない。
【００６４】
光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、指向性変換パターン３６を構成する大部分またはすべてのパターン素子は非対称な断面形状を有している。また、実施形態２の指向性変換パターン３６は、パターン斜面４６ａ、４６ｂに立てた法線Ｎの角度又は平均角度によって特徴付けられる。すなわち、光入射面３８と平行な断面において光源中心Ｃとそこから向かって左側へＷ／２の領域（左側領域）では、光源中心側へ傾いている法線Ｎ（以下、内向き法線という。）が光出射面３９に垂直な方向となす角度（以下、内向き法線角度という。）θ２の平均角度θｍ2が、光源中心と反対側に向いて傾いている法線Ｎ（以下、外向き法線という。）が光出射面３９に垂直な方向となす角度（以下、外向き法線角度という。）θ１の平均角度θｍ1よりも小さくなっている（条件４：θｍ1＞θｍ2）。ここで、平均傾斜角とは、左側領域又は右側領域において、図１３に示すように、各パターン斜面４６ａの外向き法線角度をθ１、θ３、θ５、…とし、各パターン斜面４６ｂの内向き法線角度をθ２、θ４、θ６、…とし、法線角度がθ１、θ２、θ３、θ４、…の各パターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅をＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…としたとき、外向き法線の平均角度θｍ1と、内向き法線の平均角度θｍ2とは、次の数式３、４で表される。
【００６５】
【数１】
2013132661.tif 000003
【００６６】
同様に、光入射面３８と平行な断面において光源中心Ｃとそこから向かって右側へＷ／２の領域（右側領域）でも、内向き法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす内向き法線角度θ２の平均角度θｍ2が、外向き法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす外向き法線角度θ１の平均角度θｍ1よりも小さくなっている（条件４：θｍ1＞θｍ2）。
【００６７】
このような形態を実現するためには、隣接する２つのパターン斜面４６ａ、４６ｂ（パターン素子）において、パターン斜面４６ａの外向き法線角度θ１が、パターン斜面４６ｂの内向き角度θ２よりも大きいか、又は一部のパターン素子において同じであればよい（条件５：θ１≧θ２）。光源幅Ｗの領域にある少なくとも一部のパターン素子が、この条件５を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子が、この条件５を満たしていることが好ましいが、すべてのパターン素子に要求されるものではない。
【００６８】
図７は同じ形状のパターン素子を繰り返し配列させた指向性変換パターン３６を表している。この場合には、パターン斜面４６ａに立てた法線Ｎの外向き法線角度θ１は、いずれのパターン素子についても同一であり、さらにその平均角度θｍ1もθ１に等しい。同様に、パターン斜面４６ｂに立てた法線Ｎの内向き法線角度θ２は、いずれのパターン素子についても同一であり、さらにその平均角度θｍ2もθ２に等しい。
【００６９】
実施形態２の面光源装置においては、光源中心Ｃの左右領域においてそれぞれ、内向き法線Ｎの平均角度θｍ2が、外向き法線Ｎの平均角度θｍ1よりも小さくなっている。特に、多くのパターン素子において、パターン斜面４６ａの外向き法線角度θ１が、パターン斜面４６ｂの内向き法線角度θ２よりも大きいか、又は一部分のパターン素子で同じになっている。よって、図８に示すように、パターン素子が左右対称な指向性変換パターンと比較して、パターン斜面４６ａに入射する光Ｌ１の入射角が大きくなり、光Ｌ１がパターン斜面４６ａから漏れにくくなる。さらに、図８に示すように、外向き法線を有するパターン斜面４６ａの面積が、内向き法線を有するパターン斜面４６ｂの面積よりも小さいか同じになっているので、発光中心３２ａから斜め方向へ出射した光Ｌ１が垂直に近い角度で入射するパターン斜面４６ａの面積が、パターン素子が左右対称な指向性変換パターン（図３参照）と比較して狭くなり、パターン斜面４６ａから光が漏れにくくなる。この結果、実施形態２の面光源装置３１によれば、光の漏れを抑制することができ、光の利用効率が向上する。
【００７０】
（湾曲又は屈曲したパターン斜面の場合）
実施形態２においてもパターン斜面４６ａ、４６ｂは必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面であってもよい。図９Ａ−図９Ｄは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図９Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも、外向きに膨らむように湾曲している。図９Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも内側へ窪むように湾曲している。図９Ｃに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂのうち一方が外向きに膨らみ、他方場内側へ窪んでいる。また、図９Ｄに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として滑らかに湾曲している。
【００７１】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを屈曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図１０Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として多角形状に屈曲している。図１０Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂは、全体としては平面状であるが、微細に見ると鋸刃状に屈曲している。
【００７２】
このようにパターン斜面４６ａ、４６ｂが湾曲面又は屈曲面で構成されている場合には、そのままではパターン斜面４６ａ、４６ｂに立てた法線Ｎの角度θ１、θ２を決めることができない。したがって、この場合には、次のようにして各パターン斜面４６ａ、４６ｂに立てた法線Ｎの角度（法線角度）θ１、θ２を決める。図１１に示すように、パターン斜面４６ａを均等な横幅ΔでＭ１等分し、Ｍ１等分した個々の斜面にそれぞれ法線Ｎを立て、各法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度φ１１、φ１２、…を求める。角度φ１１、φ１２、…が求まれば、そのパターン斜面４６ａの法線角度θ１は、次の数式５により求められる。
【００７３】
同様に、パターン斜面４６ｂを均等な横幅ΔでＭ２等分し、Ｍ２等分した個々の斜面にそれぞれ法線Ｎを立て、各法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度φ２１、φ２２、…を求める。角度φ２１、φ２２、…が求まれば、そのパターン斜面４６ｂの法線角度θ２は、次の数式６により求められる。
【００７４】
【数２】
2013132661.tif 000004
【００７５】
（光源中心からの距離に応じてパターン素子が変化する場合）
また、実施形態２の指向性変換パターン３６でも、各パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離に応じて変化させてもよい。図１２は、光源中心Ｃからの距離Ｇによってパターン素子の断面形状が異なる指向性変換パターン３６を表している。特に、図１２に示す指向性変換パターン３６では、内向き法線角度が、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従って次第に小さくなっているか、又は一部分のパターン素子においては同じになっている。あるいは、外向き法線角度が、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従って大きくなっているか、又は一部分のパターン素子において同じになっている。
【００７６】
このようにパターン素子の断面形状が次第に変化している場合にも、光源中心Ｃの左右領域においてそれぞれ、内向き法線の平均角度θｍ2が、外向き法線いている法線Ｎの平均角度θｍ1よりも小さくなっていればよい。そのためには、大部分のパターン素子において、外向き法線角度θ1が、内向き法線角度θ２よりも大きいか、又は一部分のパターン素子において同じであればよい。
【００７７】
実施形態１においては、パターン素子の断面形状が全体にわたって同一である比較例と、頂角ωを一定に保って図１４、図１５のように内向き法線角度と外向き法線角度を変化させた場合の導光効率の違いを説明した。これは実施形態２としても解釈できるので、繰り返して説明する。
【００７８】
前記のとおり、比較例と実施形態２のシミュレーションに用いた面光源装置のモデルでは、点光源の光源幅Ｗが２ｍｍ、導光板の幅が５.５ｍｍ、導光板本体３４の厚さｔが０.２３ｍｍ、光導入部３５の高さＴが０.４２ｍｍ、光導入部３５の長さが１.５ｍｍ、導光板の屈折率が１.５９である。また、比較例の指向性変換パターンでは、頂角ωが１２０°の左右対称な断面形状のパターン素子が繰り返し配列されている。実施形態２の指向性変換パターンでは、光源中心Ｃの位置では頂角が１２０°の左右対称なパターン素子を有しているが、光源中心Ｃから離れるに従って頂角を１２０°に保ったままで図１５に示すように内向き法線角度と外向き法線角度を変化させている。図１５の横軸は光源中心Ｃから測ったパターン素子の距離Ｇである。図１５の縦軸は、距離Ｇに位置するパターン素子の外向き法線角度及び内向き法線角度を示す。図１５から分かるように、実施形態２の指向性変換パターンは、導光板の一方側端から他方側端まで頂角ωが一定角度（１２０°）に保たれており、光源幅Ｗよりも少し広い領域までパターン素子の断面形状が変化し、その外側では一定の断面形状となっている。
【００７９】
上記シミュレーションによれば、比較例では導光効率が９１％であるのに対し、実施形態１では導光効率が９６％であった。よって、パターン素子の断面形状が一定の比較例では、光導入部で９％の光が漏れて損失となるのに対し、頂角を一定に保ってパターン素子の外向き法線角度と内向き法線角度を変化させた実施形態１の場合には、光導入部における光の漏れが４％に小さくなることが分かる。
【００８０】
また、図１４の指向性変換パターン３６のように、パターン素子の頂角ωが一定であれば、成形金型の製作が容易になる。すなわち、導光板成形用の成形金型を作製する場合、山形のパターン素子は成形金型ではＶ溝状のパターンとなる。パターン素子の頂角ωが一定であれば、工具で切削することによって成形金型にＶ溝状のパターンを順次切削する場合、１つのＶ溝用工具の傾きを変化させながら順次Ｖ溝を切り込んでいくことができ、成形金型の製作が容易になる。
【００８１】
パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離Ｇに応じて変化させる態様には、いろいろなものがある。たとえば、図１６Ａに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に小さくなっている。図１６Ｂに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に大きくなっている。図１６Ｃは、湾曲面を持つパターン素子が配列した指向性変換パターン３６であって、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の湾曲具合が次第に変化している。
【００８２】
実施形態２における指向性変換パターン３６の形状としては、上記のように種々の形状が可能であるが、本発明の発明者らによる試験及び検討の結果、どのような形状の指向性変換パターン３６であれ、つぎの条件６を満たせば、従来品よりも高い導光効率を得られることがわかった。すなわち、
β＝−（θ１−θ２）／（θ１＋θ２）＋０.７８２×（Ｇ／Ｗ）    …（数式７）
という値を考えるとき、βの値が−０.３３以上０.１７以下であれば、従来品より高い導光効率を得ることができた。ここで、θ１及びθ２は、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの外向き法線角度と内向き法線角度である。Ｇは、当該パターン斜面４６ａ、４６ｂの光源中心Ｃからの距離である。Ｗは光源幅である。
【００８３】
図１９は、上記の値βと導光効率との関係を示す図である。図１９の縦軸は、導光板の導光効率を、従来品（左右対称な同一のパターン素子を配列したもの）を１００％として表したものである。図１９によれば、βが０付近で最も効率が高く、βが−０.３３以上０.１７以下であれば、従来品よりも効率が向上することがわかる。
【００８４】
よって、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの外向き法線角度と内向き法線角度の和（θ１＋θ２）に対する外向き法線角度から内向き法線角度を引いた差（θ１−θ２）の比をＣ＝（θ１−θ２）／（θ１＋θ２）とし、前記光源の開口幅Ｗの１／２に対する当該２つの斜面の光源中心Ｃからの距離Ｇの比をＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）とすれば、上記数式７は、
Ｃ＝＋０．３９１×Ｂ＋β      …（数式８）
と表わすことができ、
−０.３３≦β≦０.１７      …（条件６）
の範囲にあれば、従来品よりも導光効率が向上する。ただし、条件６はすべてのパターン素子について要求される条件ではないが、できるだけ多くのパターン素子が条件６を満たしていることが望ましい。
【００８５】
図２０は、横軸にＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）、縦軸にＣ＝（θ１−θ２）／（θ１＋θ２）を定めて、βの値が−０.４２〜０.２５の直線を描いた図である。この図のハッチングを施した領域内にあれば、その面光源装置の導光効率は従来品よりも向上する。
【００８６】
（頂角の範囲）
図２１は、山形又はＶ溝状をしたパターン素子からなる指向性変換パターン３６の頂角ωと導光効率との関係を示す図である。図２１の縦軸は、導光板の導光効率を、従来品（左右対称な同一のパターン素子を配列したもの）を１００％として表したものである。図２１によれば、頂角ωが約１２０°で最も効率が高く、頂角ωが
５７°≦ω≦１４５°      …（数式９）
であれば、従来品よりも効率が向上することがわかる。
【００８７】
ここで、パターン素子の頂角をω、外向き法線角度をθ１、内向き法線角度をθ２とすると、これらの間には、
ω＋θ１＋θ２＝１８０°
の関係がある。この関係を用いれば、数式９は、
５７°≦１８０°−（θ１＋θ２）≦１４５°
と表される。したがって、光入射面３８と平行に切った指向性変換パターン３６の断面のうち、点光源３２の前方に位置し、かつ、光源幅Ｗの領域内において、指向性変換パターン３６のパターン素子が、、
３５°≦（θ１＋θ２）≦１２３°
という条件を満たせば、指向性変換パターン３６における光の漏れを小さくして光利用効率を向上させることができる。
【００８８】
図２２は、パターン素子の幅（Ｄ１＋Ｄ２）と導光効率との関係をシミュレーションにより評価した結果を示す図である。このシミュレーションに用いたモデルは、光導入部３５の厚みＴと導光板本体３４の厚みｔとの差（Ｔ−ｔ）が０.１９ｍｍ、頂角ωが最適角の１２０°、指向性変換パターン３６の長さ（光入射面３８に垂直な方向における長さ）が１.５ｍｍの導光板である。図２２において、パターン素子の幅（Ｄ１＋Ｄ２）が大きくなると導光効率が低下しているのは、パターン素子の幅が大きくなると、指向性変換パターン３６の作製方法によっては光導入部３５にパターン素子の無い斜面が増加するためである。上記シミュレーションのパラメータは、パターン素子の幅の増加による効率低下が大きい場合の例である。図２２によれば、導光効率の低下を１０％未満に抑えるためには、パターン素子の幅（Ｄ１＋Ｄ２）は０.３３ｍｍ以下にすることが好ましい。特に、導光効率の低下は５％未満に抑えたいので、パターン素子の幅は０.２ｍｍ以下が望ましい。
【００８９】
（複数の点光源を備えた面光源装置）
つぎに、複数の点光源３２を備えた面光源装置５１を説明する。図２３は、導光板３３の光入射面３８に対向させて複数個の点光源３２を配置した面光源装置５１を示す斜視図である。また、図２４は、面光源装置５１の平面図である。この面光源装置５１においては、点光源３２と点光源３２の中間を境界として、点光源３２のピッチＰと同じ周期で、同じ指向性変換パターン３６が周期的に形成されている。たとえば、点光源３２のピッチＰが５.５ｍｍで、指向性変換パターン３６の周期Ｗも５.５ｍｍとなっている。
【００９０】
このように複数の点光源３２を並べた場合には、指向性変換パターン３６のうち隣合う点光源３２の中間部分では、両側の点光源３２からの光が届くことがある。指向性変換パターン３６のある箇所に両側の点光源３２からの光が同時に入射すると、両方の光に対して光漏れが生じにくいように最適設計することができなくなるので、面光源装置の光利用効率が悪くなる。
【００９１】
したがって、指向性変換パターン３６は、複数の点光源３２からの光が入射しないようにすることが好ましい。点光源３２から出射して光入射面３８から光導入部３５に入った光の入射角γは、フレネルの法則によって
γ ＝ arcsin（１／ｎ）      …（数式１０）
と表される。ただし、ｎは、導光板３３の屈折率である。よって、光導入部３５内における光の広がりは、図２４に示すように、光源中心Ｃを中心として左右にγの範囲となる。指向性変換パターン３６における光の横方向への広がりｇは、図２４と上記数式１０より、
ｇ＝Ｓtanγ≒Ｓ・γ＝Ｓ・arcsin（１／ｎ）      …（数式１１）
となる。光源中心Ｃからγの方向へ導光された光が隣の領域に入らないためには、この横方向広がりｇが点光源３２のピッチＰの１／２よりも小さければよいので、
ｇ ≦ Ｐ／２      （条件７）
となる。ただし、Ｓは、点光源３２の端面（発光面）から測った指向性変換パターン３６の端までの距離である。よって、指向性変換パターン３６に２方向から光が届かないようにするための条件は、上記数式１１と条件７から、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕      …（条件８）
となる。
【００９２】
したがって、複数の点光源３２を用いる場合には、点光源３２の端面から測った指向性変換パターン３６の端までの距離Ｓを、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
という条件を満たすように決めれば、指向性変換パターン３６を最適設計することが可能になり、光漏れを減らして光利用効率を高めることができる。たとえば、点光源３２のピッチをＰ＝５.５ｍｍ、導光板３３の屈折率をｎ＝１.５９（ポリカーボネイト樹脂）とすれば、
Ｊ≦約４ｍｍ
となり、指向性変換パターン３６を設ける領域の長さも約４ｍｍ以下であればよい。
【００９３】
導光板３３の光入射面３８に対向させて複数個の点光源３２を配置する形態としては、図２５に示すように、複数の点光源３２を等しいピッチで並べ、各点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗも等しくしたものが基本になる。しかし、図２６に示すように、両端の点光源３２は短いピッチで配置し、両端の点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗ１を他の部分の周期Ｗ２よりも短くしてもよい。反対に、図２７に示すように、両端の点光源３２は長いピッチで配置し、両端の点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗ２を他の部分の周期Ｗ１よりも長くしてもよい。また、図２８に示すように、点光源３２のピッチと、各点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４をランダムに決めてもよい。
【００９４】
（指向性変換パターンの種々の形態）
図２９Ａ−図２９Ｃ、図３０Ａ−図３０Ｃは、指向性変換パターン３６の種々の形態を示す概略平面図である。指向性変換パターン３６は、ここに示すように、種々の形状に形成することもできる。
【００９５】
図２９Ａに示す導光板３３では、傾斜面３７の途中から傾斜面３７の下端まで指向性変換パターン３６を設けてあり、傾斜面３７の上部は平坦面となっている。図２９Ｂに示す導光板３３では、光導入部３５の上面の全体に指向性変換パターン３６を設けている。図２９Ｃに示す導光板３３では、点光源３２の前方に位置する傾斜面３７の中央部にだけ指向性変換パターン３６を設けている。
【００９６】
図３０Ａに示す導光板３３では、指向性変換パターン３６を形成した領域の下側の縁が凸状に屈曲又は湾曲している。図３０Ｂに示す導光板３３では、指向性変換パターン３６のパターン素子が平行でなく、たとえば放射状に配列されている。図３０Ｃに示す指向性変換パターン３６は、ジグザクに屈曲したパターン素子によって構成されている。
【００９７】
（導光板の種々の形態）
図３１Ａ−図３１Ｃ、図３２Ａ−図３２Ｃ、図３３Ａ−図３３Ｃおよび図３４Ａ−図３４Ｃは、導光板３３の種々の形状を示す概略側面図である。これらの導光板を用いた場合にも、本願発明の効果を奏することが可能である。
【００９８】
図３１Ａに示すものは、光導入部３５の端の水平部分をなくし、傾斜面３７が光入射面３８から始まるようにしたものである。図３１Ｂに示すものは、光導入部３５の傾斜面３７を複数段に設けたものである。図３１Ｃに示すものは、光導入部３５の傾斜面３７を湾曲面にしたものである。
【００９９】
図３２Ａに示すものは、導光板本体３４の上面を傾斜させて導光板本体３４をテーパー状に形成したものである。図３２Ｂ、図３２Ｃに示すものは、光導入部３５の上面の光入射面３８側の端を傾斜面３７とは反対向きに傾斜させて逆傾斜部６１を設けたものである。特に、図３２Ｃでは、逆傾斜部６１を設けたことによって光導入部３５の端の高さＴ´が導光板本体３４の厚みｔよりも小さくなっている。
【０１００】
図３３Ａに示すものは、光導入部３５の上下両面に傾斜面３７を設け、そのうちの一方の傾斜面３７、あるいは両方の傾斜面３７に指向性変換パターン３６を設けたものである。図３３Ｂに示すように、導光板本体３４の一部に光導入部３５の厚みよりも大きな部分６２を設けてあっても差し支えない。
【０１０１】
また、図３３Ａ、図３３Ｂに示すように、光導入部３５の最上面を緩やかに傾斜させて緩傾斜面６３としても差し支えない。
【０１０２】
図３３Ｃは、光導入部３５の傾斜面３７と下面との双方に指向性変換パターン３６を設けたものである。また、図３４Ａは、光導入部３５の下面にのみ指向性変換パターン３６を設けたものである。図３３Ｃ及び図３４Ａに示すように、光導入部３５の下面に設けた指向性変換パターン３６は、導光板本体３４の下面へはみ出していてもよい。
【０１０３】
図３４Ｂ及び図３４Ｃの導光板３３では、傾斜面３７が途中から傾きを変化させていて２段階に形成されている。そして、図３４Ｂの導光板３３では、傾斜面３７の全体に指向性変換パターン３６を設けてあり、図３４Ｃの導光板３３では、傾斜面３７の下半分だけに指向性変換パターン３６を設けている。
【０１０４】
なお、上記実施形態及び変形例では、１個の光源を用いた場合を説明したが、導光板の光入射面に対向させて複数個の点光源を並べてもよい。この場合には、各点光源の位置に対応させて、点光源の配列ピッチと等しい間隔毎に上記のような構成の指向性変換パターンなどを繰り返し設ければよい。
【０１０５】
また、上記各実施形態及び変形例では、導光板の上面に指向性変換パターンを設けているが、導光板の下面、あるいは導光板の上面と下面の双方に指向性変換パターンを設けていてもよい。
【０１０６】
なお、傾斜面３７は光出射面３９と反対面（下面）に設けていてもよい。
【図１】
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【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】
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【図７】
2013132661.tif 000011
【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】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年3月12日(2013.3.12)
【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】
光源と、
前記光源の光を光入射面から導入して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、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より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有し、
前記導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、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有し、
前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って稜線と谷線を交互に繰り返すように構成されており、
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とは、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在し、
さらに、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じ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】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比は、光源中心からの距離が大きくなるに従って減少しているか又は同じ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４】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比をＡとし、
前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ａ＝−０．４５６×Ｂ＋α
と表したとき、
前記αの値が、
０.３≦α≦０.９
の範囲に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５】
光源と、
前記光源の光を光入射面から導入して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、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より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有し、
前記導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、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有し、
前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って稜線と谷線を交互に繰り返すように構成されており、
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とは、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在し、
さらに、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも小さいことを特徴とする面光源装置。
【請求項６】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面は、光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度よりも小さいか又は同じであることを特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って小さくなっているか又は同じであることを特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って大きくなっているか又は同じであることを特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
隣接する２つの前記斜面のうち光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度と光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度との和に対する、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度から光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となすの角度を引いた差の比をＣとし、
前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ｃ＝＋０．３９１×Ｂ＋β
と表したとき、前記βの値が、
−０.３３≦β≦０.１７
の範囲にあることを特徴とする、請求項５に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って複数のパターン素子を配列したものであり、
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域にそれぞれ、光を反射することにより、光源中心と反対側に向いた光が反射前よりも多くなるように反射した光の指向特性を変換する前記パターン素子を有することを特徴とする、請求項１又は５に記載の面光源装置。
【請求項１１】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
光源中心の両側の領域においてそれぞれ、光源中心側へ傾いている前記法線の角度と光源中心と反対側へ傾いている前記法線の角度との和が、３５°以上１２３°以下であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記指向性変換パターンが、Ｖ溝状をした複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、
前記Ｖ溝状をしたパターン素子間に形成される稜線部分の頂角が一定であることを特徴とする、請求項１２に記載の面光源装置。
【請求項１４】
前記光入射面に対向する位置に、間隔Ｐをあけて複数個の前記光源が配置され、
前記導光板の屈折率をｎとするとき、前記指向性変換パターンは、前記光源の光出射側端面から
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
の距離以下の領域内に存在していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１５】
前記光入射面に対向する位置に、複数個の前記光源が配置され、
前記指向性変換パターンは、隣り合う光源と光源の間のほぼ中央を境界として周期的に構成されていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１６】
前記光出射面に垂直な方向から見たとき、前記指向性変換パターンは、平行に並んだ複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項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、具体的には、液晶ディスプレイなどのバックライトとして用いられる面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、面光源装置を組み込むモバイル機器の薄型化に伴い、面光源装置もますます薄型化が要求されている。面光源装置を薄型化するためには、導光板の厚みを薄くすることが必要になる。しかし、平板状をした導光板の厚みを薄くできたとしても、ＬＥＤからなる光源の高さを小さくすることには限界がある。そのため、平板状をした薄い導光板を用いた場合には、光源の高さが導光板の端面（光入射面）の厚みよりも大きくなり、導光板の光入射面に対向させて配置した光源が導光板の上面よりも上に飛び出ることになる。こうして光源が導光板よりも上に飛び出ていると、光源から出射した光がすべて導光板の光入射面に入らず、一部が外部へ漏れてしまって光利用効率が悪くなる。
【０００３】
このような不具合を解決するため、平板状をした導光板本体の端に導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を設け、光導入部の最大厚みの箇所から導光板本体の端に向けて傾斜した傾斜面を光導入部に設けた導光板を用いることが提案されている。このような導光板を用いた面光源装置としては、たとえば特許文献１に開示されたものや、特許文献２に開示されたものがある。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示された面光源装置１１の斜視図である。図１の面光源装置１１では、導光板本体よりも厚みの大きな光導入部を有する導光板を用いている。この面光源装置１１は、光源１２と導光板１３からなり、光源１２は導光板１３の光入射面１６に対向配置されている。光入射面１６の厚みは、光源１２の高さよりも大きくなっている。導光板１３は、ほぼ均一な厚みを有する導光板本体１４とくさび状をした光導入部１５を一体に形成したものである。導光板本体１４の裏面には偏向パターン又は拡散パターン（図示せず）が形成されている。光導入部１５は、光導入部１５の最大厚みの箇所から導光板本体１４の端に向けて傾斜した傾斜面１７を有している。また、光導入部１５の傾斜面１７には、複数本の平行なＶ溝からなる指向性変換パターン１８（光漏れ防止パターン）を設けられている。
【０００５】
この面光源装置１１では、光源１２から出射した光は光入射面１６から光導入部１５内に入射する。光導入部１５の端面（光入射面１６）の厚みは、光源１２の高さよりも大きくなっているので、光源１２から出射した光は効率良く光導入部１５に取り込まれる。光導入部１５内に入った光は、光導入部１５の上面又は下面で反射して導光板本体１４へ導びかれ、偏向パターン又は拡散パターンで反射されて導光板本体１４の光出射面から外部へ出射される。このとき、光入射面１６から光導入部１５内に入った光の一部は、傾斜面１７で反射されないで、傾斜面１７を透過して外部へ漏れる恐れがある。そのため、傾斜面１７に指向性変換パターン１８を設けることにより、傾斜面１７からの光漏れを少なくしている。この結果、このような構造の面光源装置１１によれば、光利用効率の向上と面光源装置の薄型化とを両立させることができる。
【０００６】
しかしながら、厚みの薄い導光板本体１４に連続させて厚みの大きな光導入部１５を設けた面光源装置１１において、複数本のＶ溝からなる指向性変換パターン１８を設けている場合でも、図２に示すように、光漏れが発生する（光導入部１５に入った光のうち、外部へ漏れた光を破線の矢印で示す。）。図２は面光源装置１１から光漏れが発生する様子を示す概略平面図である。図２において、光Ｌ１は、光源１２の発光中心から出射した光線を表し、光Ｌ２は、光源１２の端の方から出射した光線を表し、直線Ｃは光源中心を表している。発光中心１２ａから出射した光Ｌ１は、光源１２の端の方から出射した光Ｌ２に比べて、光強度が高い。図３は、発光中心１２ａから出射した光強度の高い光Ｌ１の挙動を表す模式図である。発光中心１２ａから出射した光のうち、発光中心１２ａから前方へ向けて出射された光Ｌ１は、光Ｌ１１のように指向性変換パターン１８で反射されるので、傾斜面１７からは漏れにくい。これに対し、従来の面光源装置１１では、図３に示すように、指向性変換パターン１８は、左右対称な断面形状を有する同じ形状のＶ溝を繰り返し配列されているので、発光中心１２ａから斜めに出射される光Ｌ１は、光Ｌ１２のように外部へ漏れやすい。すなわち、指向性変換パターン１８に入射する位置が光源中心Ｃから遠くなると、それにつれて光Ｌ１は指向性変換パターン１８の表面に対して次第に垂直に近い角度で入射するようになり、指向性変換パターン１８から漏れやすくなる。この結果、光源１２の幅Ｗ（光源１２のパッケージの幅ではなく、光出射窓の幅である。）と等しい領域、特にその側端部における指向性変換パターン１８からの光漏れが大きくなりやすく、光損失が大きくなる。
【０００７】
なお、特許文献２に記載された面光源装置では、指向性変換パターンに相当するパターンを光導入部の幅いっぱいに形成しているが、光源の光はほぼランバート分布を示し、前方に対して大きな角度の方向では光強度が小さいため、導光板の側端部における光漏れはあまり問題とならない。よって、指向性変換パターンが導光板の側端から側端まで設けられている場合でも、光漏れが問題となるのは、光源の幅とほぼ等しい領域である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０７０８２１号
【特許文献２】国際公開第２００８／１５３０２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、導光板の光導入部に傾斜面を有する面光源装置において、指向性変換パターンから光が漏れにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る第１の面光源装置は、光源と、前記光源の光を光入射面から導入して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、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より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有し、前記導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、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有し、前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って稜線と谷線を交互に繰り返すように構成されており、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とは、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在し、さらに、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいことを特徴とする。ここで、光源中心とは、光源の発光中心を通過し、かつ、導光板の光入射面及び光出射面に垂直な平面をいう。また、指向性変換パターンの斜面とは、指向性変換パターンの稜線と谷線との間の傾斜した表面であって、平面の場合もあれば曲面の場合もある。また、指向性変換パターンの斜面の横幅の総和とは、光源中心の左右両側のそれぞれにおける、指向性変換パターンの各斜面の横幅（すなわち、光入射面と平行な方向の幅）の合計をいう。
【００１１】
本発明に係る第１の面光源装置にあっては、指向性変換パターンの稜線とその両側に位置する谷線を結ぶ斜面どうしが非対称となっているので、指向性変換パターンを設計するときの制約が緩やかとなり、指向性変換パターンからの光の漏れを小さくして、光利用効率を向上させることができる。
【００１２】
光源から届いた光は、法線が光源中心側へ傾いた斜面（以下、内向き法線の斜面という。）よりも法線が光源中心と反対側へ傾いた斜面（以下、外向き法線の斜面という。）から漏れやすい。しかし、本発明に係る第１の面光源装置にあっては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅の総和が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の総和よりも大きいので、光の漏れやすい外向き法線の斜面の面積が総体的に狭くなっており、指向性変換パターンからの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明に係る第１の面光源装置のある実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面は、前記法線が光源中心側へ傾いている斜面の横幅が、前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅よりも大きいか又は同じであることが望ましい。このような実施態様によれば、内向き法線の斜面の横幅よりも外向き法線の斜面の横幅が小さくなっているので、光の漏れやすい外向き法線の斜面の面積が狭くなり、指向性変換パターンを構成する各パターン素子からの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る第１の面光源装置の別な実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比は、光源中心からの距離が大きくなるに従って減少しているか又は同じであることが望ましい。このような実施態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る第１の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面の横幅の和に対するそのうちの前記法線が光源中心と反対側へ傾いている斜面の横幅の比をＡとし、前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ａ＝−０．４５６×Ｂ＋α
と表したとき、前記αの値が、
０.３≦α≦０.９
の範囲にあることが望ましい。かかる実施態様によれば、隣接する斜面が対称な形状を有する指向性変換パターンを用いた場合よりも光利用効率を高くすることができる。
【００１６】
本発明に係る第２の面光源装置は、光源と、前記光源の光を光入射面から導入して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、前記導光板の光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、前記導光板本体より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有し、前記導光板は、光出射側の面とその反対面のうち少なくとも一方の面に、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有し、前記指向性変換パターンは、前記導光板の幅方向に沿って稜線と谷線を交互に繰り返すように構成されており、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、前記指向性変換パターンの稜線のうちいずれかの稜線と当該稜線に隣接する一方の谷線とを結ぶ斜面と、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線とを結ぶ斜面とは、当該稜線を通り前記光出射面に垂直な直線に関して非対称となっており、光源中心の両側に異なる形状の前記非対称形状部分が少なくとも一組存在し、さらに、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、前記導光板の内部から外部へ向けて前記指向性変換パターンの隣接する稜線と谷線を結ぶ斜面に法線を立てたとき、光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度が、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度の平均角度よりも小さいことを特徴とする。ここで、光源中心とは、光源の発光中心を通過し、かつ、導光板の光入射面及び光出射面に垂直な平面をいう。また、指向性変換パターンの斜面とは、指向性変換パターンの稜線と谷線との間の傾斜した表面であって、平面の場合もあれば曲面の場合もある。
【００１７】
本発明に係る第２の面光源装置にあっては、指向性変換パターンの稜線とその両側に位置する谷線を結ぶ斜面どうしが非対称となっているので、指向性変換パターンを設計するときの制約が緩やかとなり、指向性変換パターンからの光の漏れを小さくして、光利用効率を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る第２の面光源装置にあっては、光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度（以下、内向き法線角度という。）の平均角度が、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度（以下、外向き法線角度という。）の平均角度よりも小さいので、外向き法線角度が大きくなって外向き法線の斜面の傾斜角が総体的に大きくなる。そのため、光源から届いた光が外向き法線の斜面に入射する際の入射角が大きくなり、外向き法線の斜面から光が漏れにくくなる。よって、かかる実施態様によれば、指向性変換パターンからの光の漏れを抑制し、光の利用効率を向上させることができる。
【００１９】
本発明に係る第２の面光源装置のある実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面は、光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度よりも小さいか又は同じであることが望ましい。このような実施態様によれば、指向性変換パターンを構成する２つの斜面（パターン素子）のうち外向き法線の斜面の傾斜角が大きくなるので、光源から届いた光が外向き法線の斜面に入射する際の入射角が大きくなり、外向き法線の斜面から光が漏れにくくなる。
【００２０】
また、本発明に係る第２の面光源装置の別な実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って小さくなっているか又は同じであることが望ましい。このような態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００２１】
また、本発明に係る第２の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心と反対側へ傾いている前記法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度が、光源中心からの距離が大きくなるに従って大きくなっているか又は同じであることが望ましい。このような実施態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る第２の面光源装置のさらに別な実施態様においては、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、隣接する２つの前記斜面のうち光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度と光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度との和に対する、光源中心と反対側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となす角度から光源中心側へ傾いている法線が前記光出射面に垂直な方向となすの角度を引いた差の比をＣとし、前記光源の開口幅の１／２に対する当該２つの斜面の光源中心からの距離の比をＢとして、
Ｃ＝＋０．３９１×Ｂ＋β
と表したとき、前記βの値が、
−０.３３≦β≦０.１７
の範囲にあることが望ましい。かかる実施態様によれば、隣接する斜面が対称な形状を有する指向性変換パターンを用いた場合よりも光利用効率を高くすることができる。
【００２３】
本発明に係る第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンが、前記導光板の幅方向に沿って複数のパターン素子を配列したものであり、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域にそれぞれ、光を反射することにより、光源中心と反対側に向いた光が反射前よりも多くなるように反射した光の指向特性を変換する前記パターン素子を有することを特徴とする。かかる実施態様によれば、光の漏れをより少なくでき、光の利用効率をさらに向上させることができる。
【００２４】
本発明に係る第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、光源中心の両側の領域においてそれぞれ、光源中心側へ傾いている前記法線の角度と光源中心と反対側へ傾いている前記法線の角度との和が、３５°以上１２３°以下であることを特徴とする。かかる条件を満たせば、隣接する斜面が対称な形状を有する指向性変換パターンを用いた場合よりも光の漏れを小さくし、光利用効率を高くすることができる。
【００２５】
本発明に係る第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンが、Ｖ溝状をした複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板の製作が容易になる。
【００２６】
本発明に係る第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面と平行に切った前記指向性変換パターンの断面のうち、前記光源の前方に位置し、かつ、前記光源と等しい幅を持つ領域内にある部分において、前記Ｖ溝状をしたパターン素子間に形成される稜線部分の頂角が一定であることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板を成形するための成形金型にＶ溝を加工する際には、Ｖ溝加工用の工具を傾けて角度を変えながら順次Ｖ溝を加工すればよく、成形金型の製作を容易にできる。
【００２７】
本発明に係る第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面に対向する位置に、間隔Ｐをあけて複数個の前記光源が配置され、前記導光板の屈折率をｎとするとき、前記指向性変換パターンは、前記光源の光出射側端面から
Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
の距離以下の領域内に存在していることを特徴とする。指向性変換パターンの形成されている領域が、光源の光出射側端面からＰ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕よりも遠くまで延びると、ある光源から出た光が隣の光源の前方の領域に入って光の利用効率が却って悪くなるためである。
【００２８】
本発明に係る第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様は、前記光入射面に対向する位置に、複数個の前記光源が配置され、前記指向性変換パターンは、隣り合う光源と光源の間のほぼ中央を境界として周期的に構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板の製作が容易になる。
【００２９】
本発明に係る第１又は第２の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、前記指向性変換パターンが、平行に並んだ複数のパターン素子によって構成されていることを特徴とする。かかる実施態様によれば、導光板の製作が容易になる。
【００３０】
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】
【００３１】
【図１】図１は、特許文献１に記載された面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、特許文献１に記載された面光源装置から光が漏れる様子を説明する概略平面図である。
【図３】図３は、指向性変換パターンから光が漏れる様子を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明に係る面光源装置を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示す面光源装置の平面図である。
【図６】図６は、図４に示す面光源装置の概略断面図である。
【図７】図７は、図５のＸ−Ｘ線断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。
【図８】図８は、図７に示す指向性変換パターンの作用説明図である。
【図９】図９Ａ−図９Ｄは、図７に示す指向性変換パターンの変形例を示す概略図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、図７に示す指向性変換パターンの変形例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、湾曲又は屈曲したパターン斜面の横幅と法線角度の求め方を説明する図である。
【図１２】図１２は、光源中心からの距離に応じてパターン素子の断面形状が変化する指向性変換パターンの断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。
【図１３】図１３は、パターン斜面に立てた法線の平均角度の求め方を説明する図である。
【図１４】図１４は、頂角を一定に保ちながら光源中心からの距離に応じてパターン素子の断面形状が変化する指向性変換パターンの断面図であり、併せてその一部を拡大して示す。
【図１５】図１５は、頂角を一定に保ちながら光源中心からの距離に応じて断面形状が変化するパターン素子の、外向き法線角度と内向き法線角度の変化を示す図である。
【図１６】図１６Ａ−図１６Ｃは、光源中心からの距離に応じて断面形状が変化する種々の指向性変換パターンの概略断面図である。
【図１７】図１７は、数式１で定義される値αと、従来品の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、導光効率の高い領域を示す図である。
【図１９】図１９は、数式７で定義される値βと、従来品の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、導光効率の高い領域を示す図である。
【図２１】図２１は、パターン素子の頂角と、従来品の導光効率を１００％としたときの導光効率との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、パターン素子の幅と導光効率との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、２個の点光源を有する面光源装置の斜視図である。
【図２４】図２４は、図２３に示す面光源装置の平面図である。
【図２５】図２５は、複数の点光源を有する面光源装置の一例を示す平面図である。
【図２６】図２６は、複数の点光源を有する面光源装置の他例を示す平面図である。
【図２７】図２７は、複数の点光源を有する面光源装置のさらに他例を示す平面図である。
【図２８】図２８は、複数の点光源を有する面光源装置のさらに他例を示す平面図である。
【図２９】図２９Ａ−図２９Ｃは、種々の指向性変換パターンを示す概略平面図である。
【図３０】図３０Ａ−図３０Ｃは、種々の指向性変換パターンを示す概略平面図である。
【図３１】図３１Ａ−図３１Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３２】図３２Ａ−図３２Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３３】図３３Ａ−図３３Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【図３４】図３４Ａ−図３４Ｃは、それぞれ導光板の種々の形態を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００３３】
（面光源装置の基本構造）
以下、図４−図６を参照して本発明に係る面光源装置３１の基本的な構造を説明する。図４は、本発明に係る面光源装置３１を示す斜視図である。図５は、面光源装置３１の平面図である。図６は、面光源装置３１の光入射面３８に垂直な方向における概略断面図である。
【００３４】
面光源装置３１は、点光源３２（光源）と導光板３３とからなる。点光源３２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵したものであって白色発光する。図６に示すように、ＬＥＤ４１は透明封止樹脂４２内に封止され、さらに透明封止樹脂４２は正面を除いて白色樹脂４３によって覆われており、白色樹脂４３から露出している透明封止樹脂４２の正面が光出射窓４４（発光面）となっている。この点光源３２は、導光板３３の幅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。
【００３５】
導光板３３は、薄板状をした導光板本体３４と連続させるようにして、導光板本体３４の端面に光導入部３５を設けたものである。導光板３３は、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一体成形される。
【００３６】
光導入部３５は、導光板３３のうちで厚みの厚い略くさび状の部分であって、その端面である光入射面３８の一部に対向させて点光源３２が配置される。光導入部３５の端面の厚みＴは光出射窓４４の高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており、そのため点光源３２から出射された光は効率よく光入射面３８から光導入部３５内に入射し、面光源装置３１の光利用効率が高くなる。
【００３７】
光導入部３５の上面（導光板本体３４の光出射面３９と同じ側の面）には、傾斜面３７が形成されている。傾斜面３７は、光入射面３８の近傍の最大厚みの部分から導光板本体３４の端へ向けて傾斜している。傾斜面３７は、導光板３３の一方側端から他方側端まで帯状に延びている。
【００３８】
図４及び図５に示すように、傾斜面３７には、指向性変換パターン３６が形成されている。指向性変換パターン３６は、山形又はＶ溝状をした複数のパターン素子を導光板３３の幅方向に沿って配列させたものである。すなわち、指向性変換パターン３６においては、稜線と谷線が交互に並んでいる。この指向性変換パターン３６を光出射面３９に垂直な方向から見たとき、パターン素子、あるいは稜線と谷線は、光入射面３８に垂直な方向と平行に配置されており、導光板３３の幅方向に沿って互いに平行に並んでいる。また、各パターン素子は、光入射面３８と平行な断面では、左右非対称な形状を有している。また、光源中心の両側の領域には、互いに異なる形状を有する非対称なパターン素子が少なくとも一組存在している。この指向性変換パターン３６は、光導入部３５に入射した光を反射させることにより、光導入部３５に入射した光の導光板厚み方向における指向性広がりを導光板３３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働きを有している。
【００３９】
導光板本体３４は、導光板３３の大部分の面積を占めており、図６に示すように、その厚みｔは光導入部３５の最大厚みＴよりも薄くなっており、それによって導光板３３の薄型化が図られる。導光板本体３４は表裏面が平行な平板状をしており、導光板本体３４の厚みはほぼ均一となっている。
【００４０】
導光板本体３４の光出射面３９と反対面（下面）には光出射手段４５を備えている。図６では光出射手段４５として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などでもよく、また、光出射手段４５を導光板本体３４の光出射面３９、あるいは光出射面３９とその反対面の双方に設けていても差し支えない。
【００４１】
しかして、この面光源装置３１にあっては、図６に矢印で示すように、点光源３２から出射した光は、光入射面３８から光導入部３５内に入射し、光導入部３５の上面又は下面で反射され、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へ導びかれる。導光板本体３４へ導入された光は、導光板本体３４の上面と下面で反射しながら導光板本体３４内を導光し、光出射手段４５によって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。
【００４２】
（実施形態１による指向性変換パターン）
図７は、図５のＸ−Ｘ線断面における実施形態１の指向性変換パターン３６を示す。すなわち、図７は、光入射面３８と平行に切った指向性変換パターン３６の断面のうち、点光源３２の前方に位置し、かつ、点光源３２と等しい幅（光源幅Ｗ）を持つ領域（つまり、光源中心Ｃから左右両側へＷ／２の領域）内にある部分を示す。ここで、光源中心Ｃとは、点光源３２の発光中心３２ａを通過し、かつ、導光板３３の光入射面３８及び光出射面３９に垂直な平面をいう。また、光源幅Ｗとは、点光源３２のパッケージの幅をいうものではなく、発光面（光出射窓４４）の幅をいう。図７では、指向性変換パターン３６は、光源中心Ｃに関して左右対称な形状を有しているが、かならずしも左右対称である必要はない。
【００４３】
本発明の実施形態１による面光源装置においては、指向性変換パターン３６は、光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、以下に述べるような構造又は特性を有している。光源幅Ｗの外側の領域においても、光源幅Ｗの領域と同様な構造又は特性を有していてもよいが、点光源３２から離れた領域では、供給される光量や光強度が小さいので、光源幅Ｗの外側では特に指向性変換パターン３６の構造は限定されない。
【００４４】
光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、指向性変換パターン３６を構成する大部分またはすべてのパターン素子は非対称な形状を有している。すなわち、ある稜線（断面の極大点）と当該稜線に隣接する一方の谷線（断面の極小点）とを結ぶパターン斜面４６ａと、当該稜線と当該稜線に隣接する他方の谷線（断面の極小点）とを結ぶパターン斜面４６ｂが、当該稜線を通り光出射面３９に垂直な直線に関して左右非対称となっている。ただし、一部のパターン素子（たとえば、光源中心Ｃの位置にあるパターン素子）は左右対称であってもよい。ここで、パターン斜面４６ａ、４６ｂとは、隣り合った稜線と谷線との間に位置する指向性変換パターン３６の表面である。図７に示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂは平面となっているが、後述のように曲面や屈曲面などであってもよい。
【００４５】
また、光源中心Ｃとそこから向かって左側へＷ／２の領域（以下、光源中心Ｃの左側領域という。）においては、導光板３３の内部から外部へ向けて各パターン斜面４６ａ、４６ｂに法線Ｎを立てたとき、法線Ｎが光源中心側へ傾いているパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の、幅Ｗ／２の左側領域における合計値）が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の、幅Ｗ／２の左側領域における合計値）よりも大きくなっている（条件１：ΣＤ１＜ΣＤ２）。
【００４６】
同様に、光源中心Ｃとそこから向かって右側へＷ／２の領域（以下、光源中心Ｃの右側領域という。）においては、導光板３３の内部から外部へ向けて各パターン斜面４６ａ、４６ｂに法線Ｎを立てたとき、法線Ｎが光源中心側に向いて傾いているパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の総和（各パターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の、幅Ｗ／２の右側領域における合計値）が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の総和（各パターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の、幅Ｗ／２の右側領域における合計値）よりも大きくなっている（条件１：ΣＤ１＜ΣＤ２）。
【００４７】
このような形態を実現するためには、隣接する２つのパターン斜面４６ａ、４６ｂ（パターン素子）において、法線Ｎが光源中心側へ傾いているパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いているパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１よりも大きいか、又は一部において同じであればよい（条件２：Ｄ１≦Ｄ２）。光源幅Ｗの領域にある少なくとも一部のパターン素子が、この条件２を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子が、この条件２を満たしていることが好ましいが、必ずしもすべてのパターン素子に要求されるものではない。
【００４８】
実施形態１の面光源装置３１においては、光源中心Ｃの左右の領域においてそれぞれ、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２の総和が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の総和よりも大きくなっている（条件１）。特に、多くのパターン素子において、法線Ｎが光源中心側へ傾いたパターン斜面４６ｂの横幅Ｄ２が、法線Ｎが光源中心と反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１よりも大きいか、又は一部のパターン素子で同じになっている（条件２）。この結果、図８に示すように、発光中心３２ａから斜め方向へ出射した光Ｌ１が垂直に近い角度で入射するパターン斜面４６ａの面積が、パターン素子が左右対称な指向性変換パターン（図３参照）である場合と比較して狭くなり、パターン斜面４６ａから光が漏れにくくなる。さらに、法線Ｎが光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの傾斜角が大きくなるので、指向性変換パターンのパターン素子が左右対称である場合と比較して、パターン斜面４６ａに入射する光Ｌ１の入射角が大きくなり、光Ｌ１がパターン斜面４６ａから漏れにくくなる。この結果、実施形態１の面光源装置３１によれば、指向性変換パターン３６からの光の漏れを抑制することができ、光の利用効率が向上する。
【００４９】
（湾曲又は屈曲したパターン斜面の場合）
指向性変換パターン３６のパターン斜面４６ａ、４６ｂは必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面であってもよい。図９Ａ−図９Ｄは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図９Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも、外向きに膨らむように湾曲している。図９Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも内側へ窪むように湾曲している。図９Ｃに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂのうち一方が外向きに膨らみ、他方が内側へ窪んでいる。また、図９Ｄに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として滑らかに湾曲している。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを屈曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図１０Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として多角形状に屈曲している。図１０Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂは、全体としては平面状であるが、微細に見ると鋸刃状に屈曲している。
【００５１】
このようにパターン斜面４６ａ、４６ｂが湾曲面又は屈曲面で構成されている場合にも、図１１に示すように、稜線と谷線との間の区間の水平距離をパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅Ｄ１、Ｄ２とすれば、上記条件１又は条件２を適用することができる。
【００５２】
（光源中心からの距離に応じてパターン素子が変化する場合）
図７に示した指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃの左側領域と右側領域においては、いずれも同じ断面形状のパターン素子を繰り返し配列させているが、各パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離に応じて変化させてもよい。図１２は、光源中心Ｃからの距離Ｇによってパターン素子の断面形状が変化している指向性変換パターン３６を表している。特に、図１２に示す指向性変換パターン３６では、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅の和（Ｄ１＋Ｄ２）に対する、法線Ｎが光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の比、すなわちＤ１／（Ｄ１＋Ｄ２）が、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従って減少しているか、又は一部のパターン素子において同じになっている。
【００５３】
このようにパターン素子の断面形状が次第に変化している場合にも、図１３に示すように、各パターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅を順にＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…とすれば、左側領域と右側領域においてそれぞれ、パターン斜面の横幅の総和に関する条件１、すなわち、
Ｄ１＋Ｄ３＋Ｄ５＋… ＜ Ｄ２＋Ｄ４＋Ｄ６＋…
を満たせばよい。そのためには、左側領域と右側領域のそれぞれにおいて、大部分のパターン素子が前記条件２、すなわち、
Ｄ１ ≦ Ｄ２、  Ｄ３ ≦ Ｄ４、  Ｄ５ ≦ Ｄ６、  …
を満たせばよい。
【００５４】
上記のようにパターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離Ｇに応じて変化させる場合には、図１４に示すように、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの間の頂角ωを一定に保ちながら、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従ってパターン斜面４６ａの比率Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）が減少するか、又は一部のパターン素子で同じになるように変化させることが望ましい。
【００５５】
本発明の発明者らは、同じ断面形状のパターン素子を繰り返し配列させた比較例の指向性変換パターンの場合と、頂角を一体に保ったままで断面形状を次第に変化させた実施形態１の指向性変換パターンの場合との、導光効率をシミュレーションにより評価した。用いた面光源装置のモデルでは、点光源の光源幅Ｗが２ｍｍ、導光板の幅が５.５ｍｍ、導光板本体３４の厚さｔが０.２３ｍｍ、光導入部３５の高さＴが０.４２ｍｍ、光導入部３５の長さが１.５ｍｍ、導光板の屈折率が１.５９とした。また、比較例の指向性変換パターンでは、頂角ωが１２０°の左右対称な断面形状のパターン素子が繰り返し配列されている。実施形態１の指向性変換パターンでは、光源中心Ｃの位置では頂角が１２０°の左右対称なパターン素子を有しているが、光源中心Ｃから離れるに従って頂角を１２０°に保ったままで図１５に示すようにパターン素子の形状を変化させている。図１５の横軸は光源中心Ｃから測ったパターン素子の距離Ｇである。図１５の縦軸は、距離Ｇに位置するパターン素子の、光源中心Ｃと反対側へ傾いたパターン斜面４６ａの法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度（外向き法線角度）と、光源中心側へ傾いたパターン斜面４６ｂの法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度（内向き法線角度）を示す。図１５から分かるように、実施形態１の指向性変換パターンは、導光板の一方側端から他方側端まで頂角ωが一定角度（１２０°）に保たれており、光源幅Ｗよりも少し広い領域までパターン素子の断面形状が変化し、その外側では一定の断面形状となっている。
【００５６】
上記シミュレーションによれば、比較例では導光効率が９１％であるのに対し、実施形態１では導光効率が９６％であった。導光効率とは、光入射面から光導入部内に入った光量のうち、どれくらいの割合の光量の光が光導入部から導光板本体へ導入されたかを示すものである。よって、パターン素子の断面形状が一定の比較例では、光導入部で９％の光が漏れて損失となるのに対し、頂角を一定に保ってパターン素子の断面形状を変化させた実施形態１の場合には、光導入部における光の漏れが４％に小さくなることが分かる。
【００５７】
また、図１４の指向性変換パターン３６のように、パターン素子の頂角ωが一定であれば、成形金型の製作が容易になる。すなわち、導光板成形用の成形金型を作製する場合、山形のパターン素子は成形金型ではＶ溝状のパターンとなる。パターン素子の頂角ωが一定であれば、工具で切削することによって成形金型にＶ溝状のパターンを順次切削する場合、１つのＶ溝用工具の傾きを変化させながら順次Ｖ溝を切り込んでいくことができ、成形金型の製作が容易になる。
【００５８】
パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離Ｇに応じて変化させる態様には、いろいろなものがある。たとえば、図１６Ａに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に小さくなっている。図１６Ｂに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に大きくなっている。図１６Ｃは、湾曲面を持つパターン素子が配列した指向性変換パターン３６であって、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の湾曲具合が次第に変化している。
【００５９】
実施形態１における指向性変換パターン３６の形状としては、上記のように種々の形状が可能であるが、本発明の発明者らによる試験及び検討の結果、どのような形状の指向性変換パターン３６であれ、つぎの条件３を満たせば、従来品よりも高い導光効率を得られることがわかった。すなわち、
α＝Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）＋０．９１２×（Ｇ／Ｗ）      …（数式１）
という値を考えるとき、αの値が０.３以上０．９以下であれば、従来品より高い導光効率を得ることができる。ここで、Ｄ１及びＤ２は、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅である。Ｇは、当該パターン斜面４６ａ、４６ｂの光源中心Ｃからの距離である。Ｗは光源幅である。
【００６０】
図１７は、上記の値αと導光効率との関係を示す図である。図１７の縦軸は、導光板の導光効率を、従来品（左右対称な同一のパターン素子を配列したもの）を１００％として表したものである。図１７によれば、αが約０.５のときに最も導光効率が高く、αが０.３以上０.９以下であれば、従来品よりも導光効率が向上することがわかる。
【００６１】
よって、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅の和（Ｄ１＋Ｄ２）に対する法線が光源中心Ｃと反対側に向いたパターン斜面４６ａの横幅Ｄ１の比率をＡ＝Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）とし、前記光源の開口幅Ｗの１／２に対する当該２つの斜面の光源中心Ｃからの距離Ｇの比をＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）とすれば、上記数式１は、
Ａ＝−０．４５６×Ｂ＋α      …（数式２）
と表わすことができ、
０.３≦α≦０.９      …（条件３）
の範囲にあれば、従来品よりも導光効率が向上する。ただし、条件３はすべてのパターン素子について要求される条件ではないが、できるだけ多くのパターン素子が条件３を満たしていることが望ましい。
【００６２】
図１８は、横軸にＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）、縦軸にＡ＝Ｄ１／（Ｄ１＋Ｄ２）を定めて、αの値が０.２−１.０の直線を描いた図である。この図のハッチングを施した領域内にあれば、その面光源装置の導光効率は従来品よりも向上する。
【００６３】
（実施形態２による指向性変換パターン）
つぎに、実施形態２による面光源装置を説明する。実施形態２の面光源装置も、図４−図６のような基本構造を有しており、指向性変換パターンを除けば実施形態１の面光源装置３１と同じ構造を有しているので、実施形態２における面光源装置の基本構造の説明は省略する。また、指向性変換パターン３６についても、基本的な断面形状は実施形態１と重なり合っているので、図７−図１６を用いて実施形態２による指向性変換パターン３６の構造を説明する。
【００６４】
本発明の実施形態２による面光源装置においては、指向性変換パターン３６は、光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、以下に述べるような構造又は特性を有している。光源幅Ｗの外側の領域においても、光源幅Ｗの領域と同様な構造又は特性を有していてもよいが、点光源３２から離れた領域では、供給される光量や光強度が小さいので、光源幅Ｗの外側では特に指向性変換パターン３６の構造は限定されない。
【００６５】
光入射面３８と平行な断面における光源幅Ｗの領域では、指向性変換パターン３６を構成する大部分またはすべてのパターン素子は非対称な断面形状を有している。また、実施形態２の指向性変換パターン３６は、パターン斜面４６ａ、４６ｂに立てた法線Ｎの角度又は平均角度によって特徴付けられる。すなわち、光入射面３８と平行な断面において光源中心Ｃとそこから向かって左側へＷ／２の領域（左側領域）では、光源中心側へ傾いている法線Ｎ（以下、内向き法線という。）が光出射面３９に垂直な方向となす角度（以下、内向き法線角度という。）θ２の平均角度θｍ2が、光源中心と反対側に向いて傾いている法線Ｎ（以下、外向き法線という。）が光出射面３９に垂直な方向となす角度（以下、外向き法線角度という。）θ１の平均角度θｍ1よりも小さくなっている（条件４：θｍ1＞θｍ2）。ここで、平均傾斜角とは、左側領域又は右側領域において、図１３に示すように、各パターン斜面４６ａの外向き法線角度をθ１、θ３、θ５、…とし、各パターン斜面４６ｂの内向き法線角度をθ２、θ４、θ６、…とし、法線角度がθ１、θ２、θ３、θ４、…の各パターン斜面４６ａ、４６ｂの横幅をＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、…としたとき、外向き法線の平均角度θｍ1と、内向き法線の平均角度θｍ2とは、次の数式３、４で表される。
【００６６】
【数１】
2013132661.tif 000039
【００６７】
同様に、光入射面３８と平行な断面において光源中心Ｃとそこから向かって右側へＷ／２の領域（右側領域）でも、内向き法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす内向き法線角度θ２の平均角度θｍ2が、外向き法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす外向き法線角度θ１の平均角度θｍ1よりも小さくなっている（条件４：θｍ1＞θｍ2）。
【００６８】
このような形態を実現するためには、隣接する２つのパターン斜面４６ａ、４６ｂ（パターン素子）において、パターン斜面４６ａの外向き法線角度θ１が、パターン斜面４６ｂの内向き法線角度θ２よりも大きいか、又は一部のパターン素子において同じであればよい（条件５：θ１≧θ２）。光源幅Ｗの領域にある少なくとも一部のパターン素子が、この条件５を満たしていればよい。できるだけ多くのパターン素子が、この条件５を満たしていることが好ましいが、すべてのパターン素子に要求されるものではない。
【００６９】
図７は同じ形状のパターン素子を繰り返し配列させた指向性変換パターン３６を表している。この場合には、パターン斜面４６ａに立てた法線Ｎの外向き法線角度θ１は、いずれのパターン素子についても同一であり、さらにその平均角度θｍ1もθ１に等しい。同様に、パターン斜面４６ｂに立てた法線Ｎの内向き法線角度θ２は、いずれのパターン素子についても同一であり、さらにその平均角度θｍ2もθ２に等しい。
【００７０】
実施形態２の面光源装置においては、光源中心Ｃの左右領域においてそれぞれ、内向き法線Ｎの平均角度θｍ2が、外向き法線Ｎの平均角度θｍ1よりも小さくなっている。特に、多くのパターン素子において、パターン斜面４６ａの外向き法線角度θ１が、パターン斜面４６ｂの内向き法線角度θ２よりも大きいか、又は一部分のパターン素子で同じになっている。よって、図８に示すように、パターン素子が左右対称な指向性変換パターンと比較して、パターン斜面４６ａに入射する光Ｌ１の入射角が大きくなり、光Ｌ１がパターン斜面４６ａから漏れにくくなる。さらに、図８に示すように、外向き法線を有するパターン斜面４６ａの面積が、内向き法線を有するパターン斜面４６ｂの面積よりも小さいか同じになっているので、発光中心３２ａから斜め方向へ出射した光Ｌ１が垂直に近い角度で入射するパターン斜面４６ａの面積が、パターン素子が左右対称な指向性変換パターン（図３参照）と比較して狭くなり、パターン斜面４６ａから光が漏れにくくなる。この結果、実施形態２の面光源装置３１によれば、光の漏れを抑制することができ、光の利用効率が向上する。
【００７１】
（湾曲又は屈曲したパターン斜面の場合）
実施形態２においてもパターン斜面４６ａ、４６ｂは必ずしも平面である必要はなく、湾曲面や屈曲面であってもよい。図９Ａ−図９Ｄは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図９Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも、外向きに膨らむように湾曲している。図９Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂがいずれも内側へ窪むように湾曲している。図９Ｃに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂのうち一方が外向きに膨らみ、他方場内側へ窪んでいる。また、図９Ｄに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として滑らかに湾曲している。
【００７２】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、パターン斜面４６ａ、４６ｂを屈曲面で構成した指向性変換パターン３６の断面を示す。図１０Ａに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂが全体として多角形状に屈曲している。図１０Ｂに示す指向性変換パターン３６では、パターン斜面４６ａ、４６ｂは、全体としては平面状であるが、微細に見ると鋸刃状に屈曲している。
【００７３】
このようにパターン斜面４６ａ、４６ｂが湾曲面又は屈曲面で構成されている場合には、そのままではパターン斜面４６ａ、４６ｂに立てた法線Ｎの角度θ１、θ２を決めることができない。したがって、この場合には、次のようにして各パターン斜面４６ａ、４６ｂに立てた法線Ｎの角度（法線角度）θ１、θ２を決める。図１１に示すように、パターン斜面４６ａを均等な横幅ΔでＭ１等分し、Ｍ１等分した個々の斜面にそれぞれ法線Ｎを立て、各法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度φ１１、φ１２、…を求める。角度φ１１、φ１２、…が求まれば、そのパターン斜面４６ａの法線角度θ１は、次の数式５により求められる。
【００７４】
同様に、パターン斜面４６ｂを均等な横幅ΔでＭ２等分し、Ｍ２等分した個々の斜面にそれぞれ法線Ｎを立て、各法線Ｎが光出射面３９に垂直な方向となす角度φ２１、φ２２、…を求める。角度φ２１、φ２２、…が求まれば、そのパターン斜面４６ｂの法線角度θ２は、次の数式６により求められる。
【００７５】
【数２】
2013132661.tif 000040
【００７６】
（光源中心からの距離に応じてパターン素子が変化する場合）
また、実施形態２の指向性変換パターン３６でも、各パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離に応じて変化させてもよい。図１２は、光源中心Ｃからの距離Ｇによってパターン素子の断面形状が異なる指向性変換パターン３６を表している。特に、図１２に示す指向性変換パターン３６では、内向き法線角度が、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従って次第に小さくなっているか、又は一部分のパターン素子においては同じになっている。あるいは、外向き法線角度が、光源中心Ｃからの距離Ｇが大きくなるに従って大きくなっているか、又は一部分のパターン素子において同じになっている。
【００７７】
このようにパターン素子の断面形状が次第に変化している場合にも、光源中心Ｃの左右領域においてそれぞれ、内向き法線の平均角度θｍ2が、外向き法線の平均角度θｍ1よりも小さくなっていればよい。そのためには、大部分のパターン素子において、外向き法線角度θ1が、内向き法線角度θ２よりも大きいか、又は一部分のパターン素子において同じであればよい。
【００７８】
実施形態１においては、パターン素子の断面形状が全体にわたって同一である比較例と、頂角ωを一定に保って図１４、図１５のように内向き法線角度と外向き法線角度を変化させた場合の導光効率の違いを説明した。これは実施形態２としても解釈できるので、繰り返して説明する。
【００７９】
前記のとおり、比較例と実施形態２のシミュレーションに用いた面光源装置のモデルでは、点光源の光源幅Ｗが２ｍｍ、導光板の幅が５.５ｍｍ、導光板本体３４の厚さｔが０.２３ｍｍ、光導入部３５の高さＴが０.４２ｍｍ、光導入部３５の長さが１.５ｍｍ、導光板の屈折率が１.５９である。また、比較例の指向性変換パターンでは、頂角ωが１２０°の左右対称な断面形状のパターン素子が繰り返し配列されている。実施形態２の指向性変換パターンでは、光源中心Ｃの位置では頂角が１２０°の左右対称なパターン素子を有しているが、光源中心Ｃから離れるに従って頂角を１２０°に保ったままで図１５に示すように内向き法線角度と外向き法線角度を変化させている。図１５の横軸は光源中心Ｃから測ったパターン素子の距離Ｇである。図１５の縦軸は、距離Ｇに位置するパターン素子の外向き法線角度及び内向き法線角度を示す。図１５から分かるように、実施形態２の指向性変換パターンは、導光板の一方側端から他方側端まで頂角ωが一定角度（１２０°）に保たれており、光源幅Ｗよりも少し広い領域までパターン素子の断面形状が変化し、その外側では一定の断面形状となっている。
【００８０】
上記シミュレーションによれば、比較例では導光効率が９１％であるのに対し、実施形態１では導光効率が９６％であった。よって、パターン素子の断面形状が一定の比較例では、光導入部で９％の光が漏れて損失となるのに対し、頂角を一定に保ってパターン素子の外向き法線角度と内向き法線角度を変化させた実施形態１の場合には、光導入部における光の漏れが４％に小さくなることが分かる。
【００８１】
また、図１４の指向性変換パターン３６のように、パターン素子の頂角ωが一定であれば、成形金型の製作が容易になる。すなわち、導光板成形用の成形金型を作製する場合、山形のパターン素子は成形金型ではＶ溝状のパターンとなる。パターン素子の頂角ωが一定であれば、工具で切削することによって成形金型にＶ溝状のパターンを順次切削する場合、１つのＶ溝用工具の傾きを変化させながら順次Ｖ溝を切り込んでいくことができ、成形金型の製作が容易になる。
【００８２】
パターン素子の断面形状を光源中心Ｃからの距離Ｇに応じて変化させる態様には、いろいろなものがある。たとえば、図１６Ａに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に小さくなっている。図１６Ｂに示す指向性変換パターン３６では、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の頂角ωが次第に大きくなっている。図１６Ｃは、湾曲面を持つパターン素子が配列した指向性変換パターン３６であって、光源中心Ｃから離れるに従ってパターン素子の湾曲具合が次第に変化している。
【００８３】
実施形態２における指向性変換パターン３６の形状としては、上記のように種々の形状が可能であるが、本発明の発明者らによる試験及び検討の結果、どのような形状の指向性変換パターン３６であれ、つぎの条件６を満たせば、従来品よりも高い導光効率を得られることがわかった。すなわち、
β＝−（θ１−θ２）／（θ１＋θ２）＋０.７８２×（Ｇ／Ｗ）    …（数式７）
という値を考えるとき、βの値が−０.３３以上０.１７以下であれば、従来品より高い導光効率を得ることができた。ここで、θ１及びθ２は、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの外向き法線角度と内向き法線角度である。Ｇは、当該パターン斜面４６ａ、４６ｂの光源中心Ｃからの距離である。Ｗは光源幅である。
【００８４】
図１９は、上記の値βと導光効率との関係を示す図である。図１９の縦軸は、導光板の導光効率を、従来品（左右対称な同一のパターン素子を配列したもの）を１００％として表したものである。図１９によれば、βが０付近で最も効率が高く、βが−０.３３以上０.１７以下であれば、従来品よりも効率が向上することがわかる。
【００８５】
よって、隣接するパターン斜面４６ａ、４６ｂの外向き法線角度と内向き法線角度の和（θ１＋θ２）に対する外向き法線角度から内向き法線角度を引いた差（θ１−θ２）の比をＣ＝（θ１−θ２）／（θ１＋θ２）とし、前記光源の開口幅Ｗの１／２に対する当該２つの斜面の光源中心Ｃからの距離Ｇの比をＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）とすれば、上記数式７は、
Ｃ＝＋０．３９１×Ｂ＋β      …（数式８）
と表わすことができ、
−０.３３≦β≦０.１７      …（条件６）
の範囲にあれば、従来品よりも導光効率が向上する。ただし、条件６はすべてのパターン素子について要求される条件ではないが、できるだけ多くのパターン素子が条件６を満たしていることが望ましい。
【００８６】
図２０は、横軸にＢ＝Ｇ／（Ｗ／２）、縦軸にＣ＝（θ１−θ２）／（θ１＋θ２）を定めて、βの値が−０.４２〜０.２５の直線を描いた図である。この図のハッチングを施した領域内にあれば、その面光源装置の導光効率は従来品よりも向上する。
【００８７】
（頂角の範囲）
図２１は、山形又はＶ溝状をしたパターン素子からなる指向性変換パターン３６の頂角ωと導光効率との関係を示す図である。図２１の縦軸は、導光板の導光効率を、従来品（左右対称な同一のパターン素子を配列したもの）を１００％として表したものである。図２１によれば、頂角ωが約１２０°で最も効率が高く、頂角ωが
５７°≦ω≦１４５°      …（数式９）
であれば、従来品よりも効率が向上することがわかる。
【００８８】
ここで、パターン素子の頂角をω、外向き法線角度をθ１、内向き法線角度をθ２とすると、これらの間には、
ω＋θ１＋θ２＝１８０°
の関係がある。この関係を用いれば、数式９は、
５７°≦１８０°−（θ１＋θ２）≦１４５°
と表される。したがって、光入射面３８と平行に切った指向性変換パターン３６の断面のうち、点光源３２の前方に位置し、かつ、光源幅Ｗの領域内において、指向性変換パターン３６のパターン素子が、、
３５°≦（θ１＋θ２）≦１２３°
という条件を満たせば、指向性変換パターン３６における光の漏れを小さくして光利用効率を向上させることができる。
【００８９】
図２２は、パターン素子の幅（Ｄ１＋Ｄ２）と導光効率との関係をシミュレーションにより評価した結果を示す図である。このシミュレーションに用いたモデルは、光導入部３５の厚みＴと導光板本体３４の厚みｔとの差（Ｔ−ｔ）が０.１９ｍｍ、頂角ωが最適角の１２０°、指向性変換パターン３６の長さ（光入射面３８に垂直な方向における長さ）が１.５ｍｍの導光板である。図２２において、パターン素子の幅（Ｄ１＋Ｄ２）が大きくなると導光効率が低下しているのは、パターン素子の幅が大きくなると、指向性変換パターン３６の作製方法によっては光導入部３５にパターン素子の無い斜面が増加するためである。上記シミュレーションのパラメータは、パターン素子の幅の増加による効率低下が大きい場合の例である。図２２によれば、導光効率の低下を１０％未満に抑えるためには、パターン素子の幅（Ｄ１＋Ｄ２）は０.３３ｍｍ以下にすることが好ましい。特に、導光効率の低下は５％未満に抑えたいので、パターン素子の幅は０.２ｍｍ以下が望ましい。
【００９０】
（複数の点光源を備えた面光源装置）
つぎに、複数の点光源３２を備えた面光源装置５１を説明する。図２３は、導光板３３の光入射面３８に対向させて複数個の点光源３２を配置した面光源装置５１を示す斜視図である。また、図２４は、面光源装置５１の平面図である。この面光源装置５１においては、点光源３２と点光源３２の中間を境界として、点光源３２のピッチＰと同じ周期で、同じ指向性変換パターン３６が周期的に形成されている。たとえば、点光源３２のピッチＰが５.５ｍｍで、指向性変換パターン３６の周期Ｗも５.５ｍｍとなっている。
【００９１】
このように複数の点光源３２を並べた場合には、指向性変換パターン３６のうち隣合う点光源３２の中間部分では、両側の点光源３２からの光が届くことがある。指向性変換パターン３６のある箇所に両側の点光源３２からの光が同時に入射すると、両方の光に対して光漏れが生じにくいように最適設計することができなくなるので、面光源装置の光利用効率が悪くなる。
【００９２】
したがって、指向性変換パターン３６は、複数の点光源３２からの光が入射しないようにすることが好ましい。点光源３２から出射して光入射面３８から光導入部３５に入った光の入射角γは、フレネルの法則によって
γ ＝ arcsin（１／ｎ）      …（数式１０）
と表される。ただし、ｎは、導光板３３の屈折率である。よって、光導入部３５内における光の広がりは、図２４に示すように、光源中心Ｃを中心として左右にγの範囲となる。指向性変換パターン３６における光の横方向への広がりｇは、図２４と上記数式１０より、
ｇ＝Ｓtanγ≒Ｓ・γ＝Ｓ・arcsin（１／ｎ）      …（数式１１）
となる。光源中心Ｃからγの方向へ導光された光が隣の領域に入らないためには、この横方向広がりｇが点光源３２のピッチＰの１／２よりも小さければよいので、
ｇ ≦ Ｐ／２      （条件７）
となる。ただし、Ｓは、点光源３２の端面（発光面）から測った指向性変換パターン３６の端までの距離である。よって、指向性変換パターン３６に２方向から光が届かないようにするための条件は、上記数式１１と条件７から、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕      …（条件８）
となる。
【００９３】
したがって、複数の点光源３２を用いる場合には、点光源３２の端面から測った指向性変換パターン３６の端までの距離Ｓを、
Ｓ ≦ Ｐ／〔２・arcsin（１／ｎ）〕
という条件を満たすように決めれば、指向性変換パターン３６を最適設計することが可能になり、光漏れを減らして光利用効率を高めることができる。たとえば、点光源３２のピッチをＰ＝５.５ｍｍ、導光板３３の屈折率をｎ＝１.５９（ポリカーボネイト樹脂）とすれば、
Ｊ≦約４ｍｍ
となり、指向性変換パターン３６を設ける領域の長さも約４ｍｍ以下であればよい。
【００９４】
導光板３３の光入射面３８に対向させて複数個の点光源３２を配置する形態としては、図２５に示すように、複数の点光源３２を等しいピッチで並べ、各点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗも等しくしたものが基本になる。しかし、図２６に示すように、両端の点光源３２は短いピッチで配置し、両端の点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗ１を他の部分の周期Ｗ２よりも短くしてもよい。反対に、図２７に示すように、両端の点光源３２は長いピッチで配置し、両端の点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗ２を他の部分の周期Ｗ１よりも長くしてもよい。また、図２８に示すように、点光源３２のピッチと、各点光源３２のための指向性変換パターン３６の周期Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４をランダムに決めてもよい。
【００９５】
（指向性変換パターンの種々の形態）
図２９Ａ−図２９Ｃ、図３０Ａ−図３０Ｃは、指向性変換パターン３６の種々の形態を示す概略平面図である。指向性変換パターン３６は、ここに示すように、種々の形状に形成することもできる。
【００９６】
図２９Ａに示す導光板３３では、傾斜面３７の途中から傾斜面３７の下端まで指向性変換パターン３６を設けてあり、傾斜面３７の上部は平坦面となっている。図２９Ｂに示す導光板３３では、光導入部３５の上面の全体に指向性変換パターン３６を設けている。図２９Ｃに示す導光板３３では、点光源３２の前方に位置する傾斜面３７の中央部にだけ指向性変換パターン３６を設けている。
【００９７】
図３０Ａに示す導光板３３では、指向性変換パターン３６を形成した領域の下側の縁が凸状に屈曲又は湾曲している。図３０Ｂに示す導光板３３では、指向性変換パターン３６のパターン素子が平行でなく、たとえば放射状に配列されている。図３０Ｃに示す指向性変換パターン３６は、ジグザクに屈曲したパターン素子によって構成されている。
【００９８】
（導光板の種々の形態）
図３１Ａ−図３１Ｃ、図３２Ａ−図３２Ｃ、図３３Ａ−図３３Ｃおよび図３４Ａ−図３４Ｃは、導光板３３の種々の形状を示す概略側面図である。これらの導光板を用いた場合にも、本願発明の効果を奏することが可能である。
【００９９】
図３１Ａに示すものは、光導入部３５の端の水平部分をなくし、傾斜面３７が光入射面３８から始まるようにしたものである。図３１Ｂに示すものは、光導入部３５の傾斜面３７を複数段に設けたものである。図３１Ｃに示すものは、光導入部３５の傾斜面３７を湾曲面にしたものである。
【０１００】
図３２Ａに示すものは、導光板本体３４の上面を傾斜させて導光板本体３４をテーパー状に形成したものである。図３２Ｂ、図３２Ｃに示すものは、光導入部３５の上面の光入射面３８側の端を傾斜面３７とは反対向きに傾斜させて逆傾斜部６１を設けたものである。特に、図３２Ｃでは、逆傾斜部６１を設けたことによって光導入部３５の端の高さＴ´が導光板本体３４の厚みｔよりも小さくなっている。
【０１０１】
図３３Ａに示すものは、光導入部３５の上下両面に傾斜面３７を設け、そのうちの一方の傾斜面３７、あるいは両方の傾斜面３７に指向性変換パターン３６を設けたものである。図３３Ｂに示すように、導光板本体３４の一部に光導入部３５の厚みよりも大きな部分６２を設けてあっても差し支えない。
【０１０２】
また、図３３Ａ、図３３Ｂに示すように、光導入部３５の最上面を緩やかに傾斜させて緩傾斜面６３としても差し支えない。
【０１０３】
図３３Ｃは、光導入部３５の傾斜面３７と下面との双方に指向性変換パターン３６を設けたものである。また、図３４Ａは、光導入部３５の下面にのみ指向性変換パターン３６を設けたものである。図３３Ｃ及び図３４Ａに示すように、光導入部３５の下面に設けた指向性変換パターン３６は、導光板本体３４の下面へはみ出していてもよい。
【０１０４】
図３４Ｂ及び図３４Ｃの導光板３３では、傾斜面３７が途中から傾きを変化させていて２段階に形成されている。そして、図３４Ｂの導光板３３では、傾斜面３７の全体に指向性変換パターン３６を設けてあり、図３４Ｃの導光板３３では、傾斜面３７の下半分だけに指向性変換パターン３６を設けている。
【０１０５】
なお、上記実施形態及び変形例では、１個の光源を用いた場合を説明したが、導光板の光入射面に対向させて複数個の点光源を並べてもよい。この場合には、各点光源の位置に対応させて、点光源の配列ピッチと等しい間隔毎に上記のような構成の指向性変換パターンなどを繰り返し設ければよい。
【０１０６】
また、上記各実施形態及び変形例では、導光板の上面に指向性変換パターンを設けているが、導光板の下面、あるいは導光板の上面と下面の双方に指向性変換パターンを設けていてもよい。
【０１０７】
なお、傾斜面３７は光出射面３９と反対面（下面）に設けていてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
３１、５１      面光源装置
３２      点光源
３２ａ      発光中心
３３      導光板
３４      導光板本体
３５      光導入部
３６      指向性変換パターン
３７      傾斜面
３８      光入射面
４６ａ、４６ｂ      パターン斜面
Ｃ      光源中心
Ｄ１、Ｄ２      パターン斜面の横幅
θ１、θ２      法線角度
θｍ1、θｍ2      法線の平均角度
【国際調査報告】
2013132661.tif 000041
2013132661.tif 000042