(57)【要約】【課題】光源の近傍における光の漏れを低減してより均一に発光させることができ、さらに狭い指向特性の光を出射させることで発光輝度を向上させることのできる面光源装置を提供する。【解決手段】導光基板３８は、点光源３２の光を導入する光導入部４２と、光出射面４４から外部へ光を出射させる導光板本体４１とからなる。導光板本体４１の光出射面４４には多数の拡散パターン４６が設けられている。導光板本体４１の下面には、導光基板３８よりも低屈折率の低屈折率層３９が形成され、低屈折率層３９の下面には反射層４０が形成されている。また、光導入部４２の端面に対向する位置には点光源３２が位置する。光導入部４２の上面には、指向性変換部４５を設けている。指向性変換部４５はＶ溝状をした指向性変換パターン４８を放射状に配列することによって構成されている。【選択図】図８
2011146176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、
前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した反射層とを備え、
前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、
前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光導入部に入射した光の前記導光基板の厚み方向における指向性広がりを狭めることによって、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、
前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、
前記低屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記低屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、
前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した、前記低屈折率層よりも高屈折率の高屈折率層と、前記高屈折率層の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した反射層とを備え、
前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、
前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光導入部に入射した光の前記導光基板の厚み方向における指向性広がりを狭めることによって、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、
前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層側へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、
前記高屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記高屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項３】
前記導光基板よりも低屈折率の第２の低屈折率層が、前記導光基板の前記光出射面側の面に空気層を介さず密着していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記光源が点光源であって、
前記光導入部は、前記点光源に近い側から前記点光源より遠ざかる方向へ向けて延びた複数のパターンによって構成された指向性変換部を、前記導光基板の光出射面側の面またはその反対面における前記光出射面と平行な領域に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記指向性変換部は、Ｖ溝状をした複数の指向性変換パターンによって構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項６】
隣接する前記指向性変換パターンによって形成される山部の稜線に垂直な断面における当該山部の頂角が、１０７°以上１５４°以下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】
前記指向性変換部は、前記点光源もしくは点光源近傍のある位置を中心として放射状に配列された複数の指向性変換パターンによって構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、
前記指向性変換部の前記点光源に近い側の縁の任意の点から前記点光源の光出射窓の一方の端に延ばした方向と、当該任意の点から当該光出射窓の中央に延ばした方向とのなす角度が３２°以下であり、かつ、
前記指向性変換部の前記点光源に近い側の縁の任意の点から前記点光源の光出射窓の他方の端に延ばした方向と、当該任意の点から当該光出射窓の中央に延ばした方向とのなす角度が３２°以下であることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記点光源が前記導光板の端縁に沿って複数個配置された面光源装置において、
前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、いずれか任意の点光源の中心を通り前記導光板の端縁に垂直な方向にＸ軸を定め、前記導光板の端縁に沿ってＹ軸を定めたとき、当該点光源に対応する指向性変換部は、
Ｘ＞０
Ｘ≦｛−２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）
Ｘ≦｛２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）
（ただし、Ｐ：前記点光源間の距離
Ｗ：前記点光源の光出射窓の幅
α：導光板の屈折率をｎgとするとき、α＝arcsin（１／ｎg）で表される角度）
の３式を同時に満たす領域の内部に位置していることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記反射層の前記光出射面側の面は前記光出射手段となる複数の傾斜面を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項１１】
隣接する前記傾斜面どうしのなす角度が１０７°以上１３６°以下であることを特徴とする、請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記光制御パターンは、前記光出射面に形成された凸状パターン又は凹状パターンによって構成され、前記凸状パターン又は前記凹状パターンにおける光を反射させるための面が前記光出射面となす角度が２０°以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項１３】
請求項１または２に記載した面光源装置と、液晶パネルと、少なくとも前記面光源装置の前記導光板本体と前記液晶パネルとの間に介在して前記導光板本体を前記液晶パネルに密着させる少なくとも１層の接続層とからなる液晶表示装置において、
前記各接続層のいずれかの屈折率が、前記導光板本体の屈折率よりも低いことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置及び液晶表示装置に関し、具体的には、発光面における輝度ムラを解消するとともに出射光の狭指向性を達成し、発光面の均一化と高輝度化を図ることのできる面光源装置と、当該面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（特許文献１について）
液晶表示装置などに用いられているバックライトを薄型化するためには、光拡散シートなどの付加的なシートを省略するとともに、導光板自体の厚みを薄くすることが必要である。
【０００３】
しかし、導光板の厚みを薄くすると、導光板がシートのように薄くなるので、導光板が反り易くなる。そして、導光板が反り易くなると、バックライトの組立が困難になるとともに、導光板の反った箇所から光が漏れる恐れがある。そのため、薄くなった導光板の反りを防ぐ方法としては、導光板と液晶表示パネルとの間に空気層を挟み込むことなく、導光板を接着剤等によって液晶表示パネルの裏面に貼り付ける方法がある。
【０００４】
液晶表示パネルの裏面に導光板を接着した液晶表示装置としては、例えば特許文献１の比較例１（特許文献１の図３を参照）に記載されたものがある。この液晶表示装置１１では、図１に示すように、導光板１２として、両面が平滑なアクリル板（屈折率１.４９）を用い、導光板１２よりも屈折率の高い接続層１３（屈折率１.５１の２液硬化型シリコーン）を用いて導光板１２を散乱型の液晶表示パネル１４の裏面に空気層を挟みこまないように貼り合わせている。また、導光板１２の両端面に対向する位置には、それぞれ冷陰極管からなる光源１５を設置している。
【０００５】
この液晶表示装置１１では、図２（ａ）に示すように、光源１５から出射して導光板１２内に入った光Ｌは、導光板１２から接続層１３へ透過し、さらに液晶表示パネル１４へ入射して散乱状態（白濁状態）にある画素で散乱することによって前方へ出射され、当該画素を発光させる。
【０００６】
しかしながら、このような液晶表示装置では、接続層１３の屈折率が導光板１２の屈折率よりも高いので、図２（ａ）において破線で示す光Ｌのように接続層１３と導光板１２の界面で光が全反射しない。そのため、導光板１２に入射した光Ｌは導光板１２内を導光することができず、光源１５の近傍で液晶表示パネル１４から出射されてしまう。この結果、図２（ｂ）に輝度分布を示すように、光源１５に近いところでは発光輝度が高くて明るいが、光源１５から遠いところ（すなわち、光源１５どうしの中央部分）では発光輝度が低くて暗くなる。
【０００７】
上記のような発光輝度の不均一を解消するため、特許文献１に記載された第一実施例（特許文献１の図１を参照）では、図３に示すように、導光板１２の表面に導光板１２よりも屈折率の低い薄膜１６を部分的に形成すると共に、光源１５に近いところでは薄膜１６の面積率を大きく、光源１５から遠いところでは薄膜１６の面積率を小さくしている。また、薄膜１６を形成された導光板１２は、導光板１２よりも高屈折率の接続層１３を介して液晶表示パネル１４の裏面に貼り付けられている。ここで、導光板１２は屈折率が１.４９のアクリル板によって形成され、薄膜１６としては屈折率が１.４１の２液硬化型シリコーンを用い、接続層１３としては屈折率が１.５１の２液硬化型シリコーンを用いている。
【０００８】
特許文献１の第一実施例では、導光板１２の表面に薄膜１６を形成しているので、導光板１２内の光は導光板１２と薄膜１６との界面で全反射することによって導光板１２内を導光する。しかも、光源１５に近いところでは薄膜１６の面積率が大きいために、薄膜１６間を通過して液晶表示パネル１４から出射される光の比率が小さく、到達する光量の少ない光源１５から遠いところでは薄膜１６の面積率が小さいために薄膜１６間を通過して液晶表示パネル１４から出射される光の比率が大きくなり、その結果液晶表示装置の表示面全体で発光輝度の均一化が図れる。
【０００９】
また、特許文献１に記載された第二実施例（特許文献１の図２を参照）では、図４に示すように、導光板１２の表面にプリズム状をした凹凸１７を部分的に形成すると共に、光源１５に近いところでは凹凸１７の粗面化の度合いを低くし、光源１５から遠いところでは凹凸１７の粗面化の度合いを高くしている。また、凹凸１７を形成された導光板１２は、導光板１２よりも低屈折率の接続層１３を介して液晶表示パネル１４の裏面に貼り付けられている。ここで、導光板１２は屈折率が１.４９のアクリル板によって形成され、接続層１３としては屈折率が１.４１の２液硬化型シリコーンを用いている。
【００１０】
特許文献１の第二実施例では、接続層１３の屈折率が導光板１２の屈折率よりも低いので、導光板１２内の光は、導光板１２表面の平滑な領域で全反射することによって導光板１２内に閉じ込められ、導光板１２内を導光する。一方、凹凸１７に入射した光は凹凸１７で散乱されることによって接続層１３内へ透過し、さらに液晶表示パネル１４の散乱状態にある画素で散乱されて発光する。しかも、光源１５に近いところでは凹凸１７の粗面化の度合いが低いために、凹凸１７で散乱されて液晶表示パネル１４から出射される光の比率が小さく、到達する光量の少ない光源１５から遠いところでは凹凸１７の粗面化の度合いが高いために凹凸１７で散乱されて液晶表示パネル１４から出射される光の比率が大きくなり、その結果液晶表示装置の表示面全体で発光輝度の均一化が図られる。
【００１１】
特許文献１の第一実施例において、導光板１２に垂直な平面内での光の指向特性を図５（ａ）に示す。導光板１２に入射する直前の光の広がり（指向特性）は、±９０°であるが、導光板１２の屈折率がｎg＝１.４９であるので、導光板１２に入射した直後の光の広がりは、
±arcsin（１／１.４９）＝±４２.２°
となる。一方、導光板１２と薄膜１６の界面における全反射の臨界角は、
arcsin（１.４１／１.４９）＝７１.１°
となる。この臨界角７１.１°は水平方向から測ると１８.９°となる。
【００１２】
よって、導光板１２内に入った±４２.２°の広がりの光のうち水平方向から測って１８.９°〜４２.２°の範囲の光と−１８.９°〜−４２.２°の範囲の光（図５（ｂ）において斜線を施した範囲の光）は薄膜１６との界面に入射したとき、薄膜１６との界面で反射されることなく薄膜１６を透過する。こうして図５（ｂ）において斜線を施した範囲の光は、光源１５の近傍で薄膜１６を透過してしまって導光板１２内を導光されないので、光源１５から遠くまで十分な光量を導光することができず、発光輝度を十分に均一化させることができなかった。
【００１３】
特許文献１の第二実施例でも、接続層１３の屈折率が第一実施例の薄膜１６と同じく１.４１であるので、導光板１２内に入った±４２.２°の広がりの光のうち水平方向から測って１８.９°〜４２.２°の範囲の光と−１８.９°〜−４２.２°の範囲の光は導光板１２の平滑な領域で反射されることなく接続層１３を透過する。こうして第二実施例の場合でも図５（ｂ）において斜線を施した範囲の光は、光源１５の近傍で接続層１３を透過してしまって導光板１２内を導光されないので、光源１５から遠くまで十分な光量を導光することができず、発光輝度を十分に均一化させることができなかった。
【００１４】
上記のように、特許文献１に開示された液晶表示装置では、光源の近傍で光が漏れやすいため、光源の近傍が明るく光って表示面に輝度ムラが生じ、また光の利用効率が低下するために表示面が暗くなる問題があった。
【００１５】
なお、本明細書においては、光の指向特性や指向性広がりを表す場合には、慣用的に用いられている記法を用いることがある。たとえば、上記のように光の広がりを−４２.２°〜＋４２.２°（つまり、光の広がりをχとするとき、−４２.２≦χ≦＋４２.２）と記載する代わりに、簡略に±４２.２°と記載することがある。
【００１６】
（特許文献２について）
また、プリズムシートなどの付加的なシートを省略することによって導光板の厚みを薄くするとともに付加的なシートによる光の減衰をなくし、また出射光の指向特性を狭くすることによって表示面の輝度向上を図った液晶表示装置として、特許文献２に開示されたものがある。
【００１７】
図６は、特許文献２に開示された液晶表示装置の構造を示す概略図である。この液晶表示装置２１は、面光源装置２２の全面に液晶表示パネル２３を重ねたものである。面光源装置２２は楔形をした導光板２４を備え、導光板２４の下面に導光板２４よりも低屈折率の第１光透過層２５を重ね、第１光透過層２５の下面に導光板２４とほぼ同じ屈折率の光偏向層２６を重ねている。光偏向層２６は、導光板２４とほぼ同じ屈折率を有する第２光透過層２７の裏面に金属材料からなるマイクロミラー２８を一体に形成したものである。また、導光板２４の厚みの大きな側の端面に対向させて冷陰極型蛍光灯のような光源２９を配置している。
【００１８】
図６において光路を矢印で示すように、この面光源装置２２においては、光源２９から放射された光は、導光板２４の側面を通過して導光板２４内に入る。導光板２４内に入った光は、導光板２４の上面と下面との間で全反射を繰り返しながら導光板２４内を導光する。導光板２４内の光は、楔形をした導光板２４の上面と下面とで全反射する都度、導光板２４の下面に入射する際の入射角（光線が導光板２４の下面に立てた法線となす角度）が小さくなる。そして、導光板２４の下面に入射する光の入射角が第１光透過層２５と導光板２４の界面における全反射の臨界角よりも小さくなると、その光は導光板２４の下面を透過して第１光透過層２５に入射し、さらに第２光透過層２７内に入射してマイクロミラー２８で反射され、マイクロミラー２８で反射された光は第２光透過層２７、第１光透過層２５及び導光板２４を透過して導光板２４の上面（光出射面）から出射される。
【００１９】
このような構造の面光源装置２２では、導光板２４内を導光する光のうち、導光板２４の下面に入射する際の入射角が全反射の臨界角よりも小さくなった狭い範囲の光だけが第１及び第２光透過層２５、２７を透過してマイクロミラー２８で反射されるため、面光源装置２２から狭い指向特性の光を出射させることができる。
【００２０】
しかし、この面光源装置２２でも、導光板２４の下面には導光板２４よりも低屈折率の第１光透過層２５が空気層を介することなく密着しているので、図５（ｂ）で斜線を施した範囲に相当する光は、図７に示すように最初に導光板２４の下面に入射したときに第１及び第２光透過層２５、２７を透過してマイクロミラー２８で反射され、一度に面光源装置２２の正面から出射されてしまう。そのため、この面光源装置２２を用いた場合でも、光源２９の近傍が明るく光って輝度ムラが生じ、表示面全体を均一に発光させることができなかった。また、光源２９の近傍で光が漏れて光の利用効率が低下するため、表示面が暗くなる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平５−８８１７４号公報
【特許文献２】特開２００１−１１０２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、こ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、光源の近傍における光の漏れを低減してより均一に発光させることができ、さらに狭い指向特性の光を出射させることで発光輝度を向上させることのできる面光源装置を提供するにある。また、本発明の別な目的は、当該面光源装置を用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１の面光源装置は、光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した反射層とを備え、前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光導入部に入射した光の前記導光基板の厚み方向における指向性広がりを狭めることによって、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、前記低屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記低屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴としている。
【００２４】
本発明の第１の面光源装置においては、指向性変換部によって導光板本体内を導光する光の指向特性を狭くすることができ、光源の近傍における光の漏れを防ぐことができる。その結果、発光面における輝度分布の均一性を向上させることができ、また光の利用効率が向上することで発光面の輝度が向上する。また、指向性変換部で指向特性を狭くした光の一部を低屈折率層へ透過させることで光出射面から出射される光の指向特性をより狭くすることができ、面光源装置の正面輝度を向上させることができる。また、指向性変換部によって導光板本体内の光の指向性を狭くすることにより、光制御パターンや光出射手段による光の制御性も高くなる。よって、この面光源装置によれば、狭指向性で、輝度が高く、均一発光が可能なバックライトを実現することができる。
【００２５】
本発明の第２の面光源装置は、光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した、前記低屈折率層よりも高屈折率の高屈折率層と、前記高屈折率層の前記光出射面と反対側の面に空気層を介さず密着した反射層とを備え、前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光導入部に入射した光の前記導光基板の厚み方向における指向性広がりを狭めることによって、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層側へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、前記高屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記高屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴としている。
【００２６】
本発明の第２の面光源装置にあっても、第１の面光源装置と同様な作用効果を奏する。さらに、第２の面光源装置では、低屈折率層の光が高屈折率層へ入ることによってさらに狭指向性の光となる。そして、高屈折率層で指向特性が狭くなった光が光出射手段で反射されて光出射面から出射される。この結果、第２の面光源装置によれば、さらに出射光を狭指向性にすることができ、正面輝度を向上させることができる。
【００２７】
本発明の第１又は第２の面光源装置のある実施態様は、前記導光基板よりも低屈折率の第２の低屈折率層が、前記導光基板の前記光出射面側の面に空気層を介さず密着していることを特徴としている。かかる実施態様では、光出射面に第２の低屈折率層を設けているので、光出射手段で反射された光を外部へ出射させやすくなる。一方、光出射面に第２の低屈折率層を設けていても指向性変換部の働きによって導光板本体内の光が直接第２の低屈折率層側へ漏れることが防止される。
【００２８】
本発明の第１又は第２の面光源装置の別な実施態様は、前記光源が点光源であって、前記光導入部は、前記点光源に近い側から前記点光源より遠ざかる方向へ向けて延びた複数のパターンによって構成された指向性変換部を、前記導光基板の光出射面側の面またはその反対面における前記光出射面と平行な領域に形成されている。より具体的には、前記指向性変換部は、Ｖ溝状をした複数の指向性変換パターンによって構成されている。Ｖ溝状の指向性変換パターンによって構成された指向性変換部では、隣接する前記指向性変換パターンによって形成される山部の稜線に垂直な断面における当該山部の頂角が、１０７°以上１５４°以下であることが望ましい。前記山部の頂角を１０７°以上１５４°以下とすることにより、導光板の指向性変換効率と導光効率を良好にすることができるからである。なお、指向性変換パターンの山部とは、導光基板から突出した部分を指し、山部の頂角とは稜線を挟む面どうしの狭角である。したがって、指向性変換部が光導入部の光出射面側に設けられている場合には、指向性変換パターンの山部の谷線が稜線よりも光出射面と反対面に近い側に位置し、逆に指向性変換部が光導入部の光出射面と反対面に設けられている場合には、指向性変換パターンの山部の谷線が稜線よりも光出射面に近い側に位置することになる。
【００２９】
また、より具体的には、前記指向性変換部は、前記点光源もしくは点光源近傍のある位置を中心として放射状に配列された複数の指向性変換パターンによって構成されている。
【００３０】
また、この実施態様では、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、前記指向性変換部の前記点光源に近い側の縁の任意の点から前記点光源の光出射窓の一方の端に延ばした方向と、当該任意の点から当該光出射窓の中央に延ばした方向とのなす角度が３２°以下であり、かつ、前記指向性変換部の前記点光源に近い側の縁の任意の点から前記点光源の光出射窓の他方の端に延ばした方向と、当該任意の点から当該光出射窓の中央に延ばした方向とのなす角度が３２°以下であることが好ましい。かかる実施態様によれば、導光板の指向性変換効率と導光効率を良好にすることができる。
【００３１】
また、この実施態様においては、前記点光源が前記導光板の端縁に沿って複数個配置されたものであって、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、いずれか任意の点光源の中心を通り前記導光板の端縁に垂直な方向にＸ軸を定め、前記導光板の端縁に沿ってＹ軸を定めたとき、当該点光源に対応する指向性変換部が、
Ｘ＞０
Ｘ≦｛−２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）
Ｘ≦｛２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）
（ただし、Ｐ：前記点光源間の距離、Ｗ：前記点光源の光出射窓の幅、α：導光板の屈折率をｎgとするとき、α＝arcsin（１／ｎg）で表される角度）の３式を同時に満たす領域の内部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、複数の点光源が導光板の端縁に沿って配置され、各点光源の前方にそれぞれの指向性変換部が設けられた面光源装置において、それぞれの指向性変換部に、対応しない他の点光源からの光が入射して反射又は透過するのを避けることができ、指向性変換部や光導入部からの光の漏れを低減することができる。
【００３２】
本発明の第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様では、前記反射層の前記光出射面側の面は前記光出射手段となる複数の傾斜面を有している。この実施態様では、隣接する前記傾斜面どうしのなす角度が１０７°以上１３６°以下であることが望ましい。隣接する傾斜面どうしのなす角度がこの範囲内にあれば、光出射面４４の法線に対して±９０°以内の方向へ出射する光の全光量に対する±２０°以内の方向へ出射する光の全光量の比率を６０％以上にすることができるからである。
【００３３】
また、本発明の第１又は第２の面光源装置のさらに別な実施態様では、前記光制御パターンは、前記光出射面に形成された凸状パターン又は凹状パターンによって構成され、前記凸状パターン又は前記凹状パターンにおける光を反射させるための面が前記光出射面となす角度が２０°以下であることが好ましい。
【００３４】
本発明に係る液晶表示装置は、本発明の面光源装置と、液晶パネルと、少なくとも前記面光源装置の前記導光板本体と前記液晶パネルとの間に介在して前記導光板本体を前記液晶パネルに密着させる少なくとも１層の接続層とからなる液晶表示装置において、前記各接続層のいずれかの屈折率が、前記導光板本体の屈折率よりも低いことを特徴としている。かかる液晶表示装置においては、面光源装置を低屈折率の接続層によって液晶パネルに取り付けているので、薄い面光源装置の場合でも、面光源装置の反りなどを防ぐことができる。しかも、面光源装置として本発明の面光源装置を用いることにより、直接接続層へ光が漏れるのを防止することができ、液晶表示装置の表示面を高輝度化し、輝度分布を均一化できる。
【００３５】
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】
【００３６】
【図１】図１は、特許文献１に開示されている比較例１の液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の液晶表示装置の導光板内に入射した光の挙動を示す図、図２（ｂ）は光源からの距離によって液晶表示装置の輝度が変化する様子を説明する図である。
【図３】図３は、特許文献１に記載された第一実施例の液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図４】図４は、特許文献１に記載された第二実施例の液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図５】図５（ａ）は、図３に示した液晶表示装置における導光板内の光の指向性を示す図であり、図５（ｂ）は、導光板内に入射した光のうち薄膜との界面を透過する光の領域を示す図である。
【図６】図６は、特許文献２に開示されている液晶表示装置の概略断面図である。
【図７】図７は、特許文献２の液晶表示装置に用いられている面光源装置における光の挙動を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施形態１による面光源装置を光出射面側から見た斜視図である。図８（ｂ）は、当該面光源装置を光出射面と反対側から見た斜視図である。
【図９】図９（ａ）は、実施形態１による面光源装置の平面図である。図９（ｂ）は、面光源装置の中心を通る断面を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、拡散パターンの斜視図、平面図、正面図及び側面図である。
【図１１】図１１は、実施形態１の導光板内における光の挙動を説明する図である。
【図１２】図１２は、導光板内における光の指向特性の変化を示す図である。
【図１３】図１３は、面光源装置の中心線Ａ−Ａに沿った光出射面の輝度分布を示す図である。
【図１４】図１４は、光出射面から出射する光の、光出射面に垂直な方向から見た指向特性（輝度分布）を示す図である。
【図１５】図１５は、図１４の指向特性をＺＸ面内の各出射方向における光強度の分布として表した図である。
【図１６】図１６（ａ）は、谷線に沿った指向性変換パターンの断面形状を示す図である。図１６（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面の一部を示す拡大図である。
【図１７】図１７（ａ）及び（ｂ）は指向性変換部に入射する前の光の指向特性を示す図、図１７（ｃ）及び（ｄ）は指向性変換部を通過した後の光の指向性を示す図である。
【図１８】図１８（ａ）は光導入部に入射直後の光の指向特性を示す概略図であり、図１８（ｂ）は指向性変換部により変換された指向特性を示す概略図である。
【図１９】図１９は、異なる形状の指向性変換パターンを示す断面図である。
【図２０】図２０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、いずれも異なる形状の拡散パターンを示す断面図である。
【図２１】図２１は、偏向パターンにおける光の挙動を表した図である。
【図２２】図２２は、偏向パターンの頂角κの値にする、指向特性で±２０°の範囲内に含まれる光量の比率を表した図である。
【図２３】図２３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施形態１の変形例を示す概略図である。
【図２４】図２４（ａ）は本発明の実施形態２による面光源装置を示す概略断面図である。図２４（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ実施形態２の変形例を示す概略図である。
【図２５】図２５は、図２４（ｂ）の面光源装置において、光出射面から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示す図である。
【図２６】図２６は、図２５のＸ方向における指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として表し、また、図２５のＹ方向における指向特性をＺＹ面内の各出射方向における輝度分布として表した図である。
【図２７】図２７は、偏向パターンの頂角κ＝１２０°の図２４（ｃ）の面光源装置において、光出射面から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示す図である。
【図２８】図２８は、図２７のＸ方向における指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として表し、また、図２７のＹ方向における指向特性をＺＹ面内の各出射方向における輝度分布として表した図である。
【図２９】図２９は、偏向パターンの頂角κ＝１１２°の図２４（ｃ）の面光源装置において、光出射面から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示す図である。
【図３０】図３０は、図２９のＸ方向における指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として表し、また、図２９のＹ方向における指向特性をＺＹ面内の各出射方向における輝度分布として表した図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施形態３による面光源装置を示す斜視図である。
【図３２】図３２は、指向性変換パターンで形成される山部の頂角φと指向性変換効率、導光効率、変換効率×導光効率との関係を表した図である。
【図３３】図３３は、見込み角θ１と指向性変換効率、導光効率、変換効率×導光効率との関係を表した図である。
【図３４】図３４は、見込み角θ１、θ２を説明するための図である。
【図３５】図３５は、実施形態３の変形例による面光源装置を示す斜視図である。
【図３６】図３６は、複数の点光源を並べて構成されている場合において、導光板内で各点光源から出射した光が届く範囲を示す概略図である。
【図３７】図３７（ａ）は、指向性変換部の試行錯誤的な配置を示す図、図３７（ｂ）は、指向性変換部の好ましい配置を示す図である。
【図３８】図３８（ａ）は、指向性変換部の試行錯誤的な配置を示す図、図３８（ｂ）は、指向性変換部の好ましい配置を示す図である。
【図３９】図３９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４０】図４０（ａ）は、本発明の実施形態５による面光源装置を示す概略図である。図４０（ｂ）は実施形態５の変形例を示す概略図である。
【図４１】図４１（ａ）は、実施形態５の別な変形例を示す概略図である。図４１（ｂ）は実施形態５のさらに別な変形例を示す概略図である。
【図４２】図４２は、本発明の実施形態６による液晶表示装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
（第１の実施形態）
以下、図８〜図１０を参照して本発明の実施形態１による面光源装置３１の構造を説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ面光源装置３１の表面側と裏面側の構造を示す斜視図である。図９（ａ）は、面光源装置３１の一部破断した平面図である。図９（ｂ）は、面光源装置３１の中心を通る断面を示す図である。
【００３９】
面光源装置３１は、点光源３２と導光板３３とからなる。点光源３２は、１個又は近接した複数個のＬＥＤを内蔵したものであって、白色発光するものである。点光源３２は、例えば図９（ｂ）に示すように、１個又は複数個のＬＥＤ３４を透明封止樹脂３５内に封止し、さらに当該透明封止樹脂３５の正面を除く各面を白色樹脂３６で覆ったものである。透明封止樹脂３５の正面が、白色樹脂３６から露出していて光出射窓３７となっている。そして、ＬＥＤ３４から出射した光は、直接に光出射窓３７から出射され、あるいは透明封止樹脂３５と白色樹脂３６との界面で反射された後に光出射窓３７から出射される。
【００４０】
点光源３２は図９（ｂ）に示したようなものに限らない。ここでいう点光源３２は、厳密な意味での点光源ではなく、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。すなわち、点光源とは、導光板３３の幅に比べて小さな光源ということであり、点光源３２も有限の幅を持つが、冷陰極管のように１０ｍｍ以上の長さもしくは幅を持つようなものではない。
【００４１】
例えば、別な点光源３２としては、サイドビュー型のＬＥＤなどがある。サイドビュー型のＬＥＤでは、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ＬＥＤチップが同時に封止されたものでは、出射窓の幅が５ｍｍ程度になるものがあるが、導光板の発光領域の幅が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、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。
【００４２】
導光板３３は、透光性材料からなる導光基板３８の下面に、導光基板３８よりも屈折率の小さな透光性材料からなる低屈折率層３９を設け、低屈折率層３９の下面に金属薄膜等によって反射層４０を形成したものである。導光基板３８は、表面と裏面が平行なプレート状に成形されており、概念上は導光板本体４１と光導入部４２に分けることができる。光導入部４２は、導光板本体４１の光源側端部に設けられており、光導入部４２と導光板本体４１は一体に、かつ、連続的に成形されている。導光基板３８は、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、アクリル樹脂、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や高屈折率のガラスによって成形されており、その屈折率は１.５〜１.６であることが好ましい。また、導光基板３８の厚みは、０.３ｍｍ〜０.５ｍｍ程度であることが望ましい。光導入部４２の端面（光入射端面４３）の厚みは、点光源３２の光出射窓３７の高さよりも厚くしておけば、点光源３２から出射された光を光入射端面４３から光導入部４２内に効率よく入射させることができ、面光源装置３１の光利用効率が高くなる。しかし、導光基板３８はできるだけ薄くすることが望まれるので、光導入部４２の端面の厚みは、点光源３２の光出射窓３７の高さと等しいことが好ましい。
【００４３】
光導入部４２においては、導光板本体４１の光出射面４４と同じ側の面（表面）に指向性変換部４５が形成されている。指向性変換部４５は、光導入部４２内において、導光板本体４１と隣接する領域に形成されている。言い換えると、導光板３３の光出射面４４に垂直な方向から見て、指向性変換部４５の点光源３２から遠い側に位置する縁から光入射端面４３までの領域を光導入部４２と呼び、それ以外の領域（指向性変換部４５の点光源３２から遠い側に位置する縁から導光板３３の光入射端面４３と反対側の端面までの領域）を導光板本体４１と呼ぶ。光導入部４２の裏面は平滑に形成されている。指向性変換部４５は、光入射端面４３から入射した光の指向特性を変化させて導光基板３８内に閉じ込める働きをするものであるが、その詳細については後述する。
【００４４】
導光板本体４１の光出射面４４には、光源側から導光してくる光を全反射させて光の導光方向を変化させるための微細な拡散パターン４６（光制御パターン）が多数凹設されている。拡散パターン４６は、図８（ａ）では規則的に配置しているが、ランダムに配置されていてもよい。あるいは、光出射面４４の面内で輝度の均一性が得られるように拡散パターン４６を千鳥配置したり、拡散パターン４６を放射状に（同心円状に）配列したりするなど、一般的な配置方法を用いてもよい。また、点光源３２から遠くなるに従って到達する光量が少なくなるので、面光源装置３１の発光輝度を均一化するためには、点光源３２から遠くなるに従って拡散パターン４６の分布密度又は数密度が大きくなるようにすることが望ましい。図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、拡散パターン４６の形状を示す斜視図、平面図、（光源側から見た）正面図及び側面図である。この拡散パターン４６は、４面の傾斜面からなるダイア形状の凹部となっている。
【００４５】
導光板本体４１の裏面は、平滑となっていて光出射面４４と平行に形成されている。導光板本体４１の裏面には、空気層を挟むことなく導光板本体４１の裏面に密着させるようにして、導光板本体４１よりも低屈折率の透明樹脂等からなる低屈折率層３９が形成されている。低屈折率層３９は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、アクリル樹脂、シクロオレフィン系材料などの透明樹脂やガラスによって成形されている。また、低屈折率層３９は導光板本体４１よりも低屈折率で、かつ、比較的高屈折率であることが望ましいので、屈折率が１.４以上１.５未満の材料が好ましい。具体例としては、ポリカーボネイト樹脂からなる導光基板３８の下面にポリメチルメタクリレートからなる低屈折率層３９を形成したものがある。低屈折率層３９の厚みは、５μｍ程度である。低屈折率層３９の下面には、斜め方向から低屈折率層３９の下面に入射した光を反射させて光出射面４４にほぼ垂直な方向へ出射させるための微細な偏向パターン４７（光出射手段）が形成されている。偏向パターン４７は、断面三角形状（プリズム状）の凸部となっていて導光基板３８の幅方向に長く伸びており、光入射端面４３に垂直な方向に配列されている。図８や図９では偏向パターン４７を隙間無く配列しているが、間隔をあけて離散的に配置してもよい。その場合、偏向パターン４７は凹状となっていてもよく、凸状となっていてもよく、凹状と凸状の組合せであってもよい。また、偏向パターン４７は、平面で構成されていても、曲面で構成されていてもよい。
【００４６】
さらに、この偏向パターン４７を覆うようにして、低屈折率層３９の下面全面にはＡｇやＡｌ等の金属蒸着膜や白色樹脂被膜からなる反射層４０が形成され、低屈折率層３９と反射層４０によって裏面鏡が構成されている。
【００４７】
（作用効果）
まず、図１１、図１２を参照しながら、上記のような構造を有する面光源装置３１における光の挙動とその作用効果を説明する。これらの光の挙動を実現し、その作用効果を奏するための具体的な構成や条件などについては、その後に詳述する。なお、以下においては、導光基板３８の光入射端面４３に垂直な方向をＸ方向とし、光出射面４４に垂直な方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。
【００４８】
図１１は、面光源装置３１における光の挙動を示す図である。また、図１２は、導光板３３内における光の指向特性の変化を説明する図である。図１２に示す指向特性Ｐ１は、点光源３２の光が光導入部４２に入射した直後の指向特性を表している。導光基板３８の屈折率をｎgとすれば、光導入部４２に入射した直後の光の指向性広がりは、
±α＝±arcsin（１／ｎg）      …（数式１）
で表されるから、ｎg＝１.５９とすると、指向特性Ｐ１の指向性広がりは±α＝±３９.０°となる。
【００４９】
導光基板３８の屈折率ｎgを１.５９とすると、平坦面４９又はその裏面と空気層との界面における全反射の臨界角は、同じく３９.０°であるから、これを水平方向（Ｘ軸方向）から測った角度に換算すると、５１.０°となる。すなわち、水平方向から測って５１.０°以上の角度の光と、−５１.０°以下の角度の光は光導入部４２と空気層の界面から漏れる。しかし、光導入部４２に入射した光の指向性広がりは、±３９.０°であるから、光導入部４２に入射した光は空気との界面では漏れることが無く、全反射しながら導光板３３内を導光される。
【００５０】
指向特性Ｐ１のうち斜線を施した領域の光は、指向性変換部４５がない場合には、図１１に破線矢印で示した光Ｌ３のように導光板本体４１と低屈折率層３９の界面に達したときに直ちに低屈折率層３９側へ漏れ、反射層４０で反射され光出射面４４から出射される。一方、指向特性Ｐ１のうち斜線領域外の光は、低屈折率層３９との界面で全反射される光である。すなわち、指向特性Ｐ１の斜線領域の光は、図５（ｂ）の斜線領域内の光に相当する。図１１に示す光線Ｌ１、Ｌ２はいずれも、図１２の指向特性Ｐ１において斜線を施した領域内の光を表しており、指向性変換部４５がなければ破線矢印の光Ｌ３のように光出射面４４の点光源近傍を光らせて輝度ムラを発生させる原因となる。
【００５１】
導光基板３８の屈折率をｎg、低屈折率層３９の屈折率をｎ1とすれば、導光板本体４１と低屈折率層３９との界面における全反射の臨界角γは、
γ＝arcsin（ｎ1／ｎg）      …（数式２）
であり、これは水平方向から測った角度βに換算すれば、
β＝９０°−γ＝９０°−arcsin（ｎ1／ｎg）      …（数式３）
となる。いま、ｎg＝１.５９、ｎ1＝１.４とすれば、β＝２８.３°となる。
【００５２】
従って、光導入部４２に入射した指向性広がり±α（＝±３９.０°）の光のうち、−β〜＋βの範囲の光（斜線領域外の光）は、光導入部４２と空気との界面でも導光板本体４１と低屈折率層３９との界面でも全反射し、導光基板３８から漏れることなく導光される。これに対し、−α〜−βの範囲の光Ｌ２と＋β〜＋αの範囲の光Ｌ１（斜線領域の光）は、指向性変換部４５がない場合には、空気との界面では全反射されるが、低屈折率層３９との界面を透過して光出射面４４から漏れる。
【００５３】
面光源装置３１では、これらの光Ｌ１、Ｌ２を指向性変換部４５で反射させることによって指向特性を変換し、導光板本体４１内に閉じ込める働きをする。指向特性で説明すると、光導入部４２内に入った直後の指向特性Ｐ１は、光が指向性変換部４５で反射されることによって光出射面４４に垂直な断面内における広がりが狭められる。すなわち、指向性変換部４５で狭められた指向特性Ｐ２を持つ光の指向性広がりγは、指向特性Ｐ１における斜線領域外の光の指向性広がりβ程度に小さくなっている（好ましくは、γ≦βである。）。指向特性Ｐ２が指向特性Ｐ１の斜線領域外の狭い指向特性となった場合には、指向性変換部４５で反射された後の光（指向特性Ｐ２）は、導光板本体４１と低屈折率層３９との界面で全反射され、図１１に示した光Ｌ１のように、拡散パターン４６で反射されない限り、導光板本体４１の表面（光出射面４４）と裏面（低屈折率層３９との界面）で全反射を繰り返しながら導光板本体４１内を導光する。
【００５４】
こうして導光板本体４１内に閉じ込められた光が拡散パターン４６で全反射されると、その光は下方へ向いて進むので、指向特性Ｐ２の向きが変化して指向特性Ｐ３となる。指向特性Ｐ３における斜線領域外の光は、低屈折率層３９との界面における全反射の臨界角よりも入射角が大きな光を表している。指向特性Ｐ３の光のうち斜線領域外の光は低屈折率層３９との界面で全反射するが、斜線領域内の光は図１１の光Ｌ２のように低屈折率層３９に入射する。よって、低屈折率層３９に入射した光の指向特性はＰ４のように狭くなる。この指向特性の狭い光は、図１１の光Ｌ２のように、反射層４０で反射されて光出射面４４へ向かい（指向特性Ｐ５）、さらに光出射面４４から外部へ出射される（指向特性Ｐ６）。
【００５５】
この結果、この面光源装置３１によれば、指向性変換部４５を設けることによって導光板本体４１内を導光する光を精度よく制御することが可能になり、点光源３２の近傍において指向特性Ｐ１の斜線領域内の光が光出射面４４から漏れて輝度ムラを発生させるのを防止することができる。例えば、導光基板３８の屈折率を１.５９とし、低屈折率層３９の屈折率を１.４とした場合、導光板３３に指向性変換部４５が設けられていなければ、面光源装置の中心線Ａ−Ａ（図９参照）に沿った光出射面４４の輝度分布は図１３に細実線で示すようになり、点光源３２の近傍が明るく光って面光源装置３１に顕著な輝度ムラを生じる。これに対し、指向性変換部４５で反射後の指向特性（Ｐ２）では指向性広がりγが２８°程度まで狭められたとすると、面光源装置の中心線Ａ−Ａに沿った光出射面の輝度分布は図１３に太実線で示すようになり、光出射面４４の輝度が均一化される。さらに、図１３に示されているように、点光源３２の近傍からの光の漏れを抑制することにより、光出射面４４全体で輝度が向上する。
【００５６】
また、導光板本体４１の下面に低屈折率層３９と反射層４０を設けているので、指向性変換部４５で反射されることによって指向特性が狭くなった光の一部が導光板本体４１と低屈折率層３９の界面を通過することによりさらに指向特性が狭くなる。その結果、光出射面４４から出射される光の指向特性が狭くなり、面光源装置３１の正面輝度が向上する。図１４は光出射面４４から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示すが、Ｘ方向において非常に狭い指向特性を実現できることが分かる。また、図１５は、この指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として示した図である。図１５によれば、±２０°以内に全出射光の９０％以上の光量が集まっていることが分かる。なお、図１４及び図１５は、拡散パターン４６の傾斜角εを９.３°とし、偏向パターン４７の頂角κを１２０°とした場合の特性である。
【００５７】
したがって、この面光源装置３１によれば、指向性変換部４５によって導光板本体４１内を導光する光の指向特性を狭くすることができ、点光源の近傍における光の漏れを防ぐことができる。その結果、発光面における輝度分布の均一性を向上させることができ、また光の利用効率が向上することで発光面の輝度が向上する。また、指向性変換部４５で指向特性を狭くした光の一部を低屈折率層３９へ透過させることで光出射面４４から出射される光の指向特性をより狭くすることができ、面光源装置３１の正面輝度を向上させることができる。また、指向性変換部４５によって導光板本体４１内の光の指向性を狭くすることにより、拡散パターン４６や偏向パターン４７による光の制御性も高くなる。よって、この面光源装置３１によれば、狭指向性で、輝度が高く、均一発光が可能なバックライトを実現することができる。さらに、プリズムシートなどの付加的なシートが必要ないので、面光源装置３１もしくは液晶表示装置を薄型化できる。
【００５８】
（指向性変換部について）
つぎに、上記のような光の挙動と作用効果を実現するための詳細を説明する。まず、指向性変換部４５の構造を説明する。
【００５９】
図８に示すように、指向性変換部４５は、矩形領域又は帯状領域に設けられており、Ｖ溝状をした同一形状の指向性変換パターン４８を放射状に並べて構成されている。図１６（ａ）は、ある指向性変換パターン４８の谷線に沿って断面した導光板３３の一部を示す断面図である。図１６（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った、各指向性変換パターン４８の稜線４８ａに垂直な断面の一部を示す拡大図である。光導入部４２のうち指向性変換部４５よりも点光源３２に近い領域は光出射面４４と面一の平坦面となっており（この平坦な領域を光導入部４２の平坦面４９と呼ぶ。）、指向性変換部４５は光出射面４４及び平坦面４９から引っ込むように形成されている。
【００６０】
Ｖ溝状をした指向性変換パターン４８の稜線４８ａは、光出射面４４及び平坦面４９を含む平面内にあって水平方向に延びている。また、指向性変換パターン４８の谷線４８ｂは、点光源３２から遠い側で最も深く、点光源３２に近い側で最も浅くなるように直線的に傾斜している。隣接する指向性変換パターン４８間に形成されるＶ溝部の両端面はいずれも光出射面４４及び平坦面４９に垂直な面となっている。また、各指向性変換パターン４８は同じ形状を有しており、点Ｓから等しい距離にある断面（稜線に垂直な断面）は互いに等しい断面形状となる。
【００６１】
各指向性変換パターン４８の谷線４８ｂを点光源３２側へ向けて三次元的に延長した先は、ある１点もしくはある１点の近傍領域に集まっている。この実施形態の場合では、各指向性変換パターン４８の谷線４８ｂを延長した先は、平坦面４９上において光導入部４２の端面（光入射端面４３）の中央部に位置する１点もしくはその近傍の１点もしくはそれらの１点の近傍領域に集まっている。この実施形態では、光導入部４２の端面の中央部に位置する１点Ｓに集まっているものとする。同様に、各指向性変換パターン４８の稜線４８ａを三次元的に延長した先も、ある１点もしくはある１点の近傍領域に集まっている。
【００６２】
なお、指向性変換パターン４８の谷線４８ｂの傾斜角度（勾配）θは約１°であるが、この傾斜角度θの値は指向性変換パターン４８の広がり（点Ｓを中心とするＸＹ面内での広がり角）によって変化する。また、稜線４８ａに垂直な断面において稜線４８ａを挟む傾斜角のなす角度（山部の頂角）φは、１０７°＜φ＜１５４°とするのが好ましく、特に１２０°程度が好ましい。
【００６３】
指向性変換部４５は、概略的にいえば、光を反射する前後で光の指向特性をＸ軸の回りに回転させ、あるいは傾ける働きをする。光導入部４２に入射した光は、全体としては図１８（ａ）に示すような円錐状の指向特性Ｐ１を有しているが、これをＸ軸方向のある点から見ると、図１７（ａ）、（ｂ）に示すようにＹ方向で狭い指向特性の光となる。この光が指向性変換部４５で反射されると、その指向特性は図１７（ｃ）、（ｄ）のように回転する。その結果、ＺＸ面内ので指向性広がりはγに小さくなる。全体としては、図１８（ａ）のような円錐状の指向特性Ｐ１は、図１８（ｂ）のようにＺ方向で縮んだ扁平な指向特性Ｐ２に変換される。よって、γ≦βとなるように指向性変換部４５の形状及び寸法が定められていれば、指向性変換部４５で反射した光は、低屈折率層３９との界面でも漏れなくなり、遠くまで光を運ぶことが可能になる。なお、指向性変換部４５の詳細については、特願２００８−１８０１４７又はＰＣＴ／ＪＰ２００９／００３１８４（参照文献１）や特願２００７−１５５７９７又はＰＣＴ／ＪＰ２００８／６１６１０（参照文献２）を参照することができる。
【００６４】
なお、図１７（ｂ）、（ｄ）はＺＸ面内から見た光の指向特性であって、このような指向特性はＸＹ面内において斜め方向から点光源３２を見た場合には、見る方向によって上下方向の指向性広がりは異なる。よって、指向性変換部４５も正面方向と斜め方向とでパターンの形状を変化させることができるが、パターン製造の容易さから各方向の指向性変換パターン４８を同じ形状のものとしている。
【００６５】
また、光の漏れを完全に無くそうとすれば、指向性変換部４５は、理論的には、−α〜−βの範囲の光と＋β〜＋αの範囲の光を全て指向性変換部４５で受けることができるだけの長さ又は面積を有する必要があるが、その他の条件も考慮して、必ずしもこれらの範囲の光をすべて指向性変換部４５で受ける必要はない。
【００６６】
図８、図９等に示した指向性変換部４５は平坦面４９や光出射面４４から引っ込んでいたが、指向性変換部４５は平坦面４９や光出射面４４から突出するように設けてもよい。図１９は指向性変換部４５を突出させた例を示す断面図である。この指向性変換部４５は光導入部４２の表面の一部を突出させるようにして形成されており、配列したＶ溝状の指向性変換パターン４８の谷線４８ｂは水平となっていて、光出射面４４と同じ平面内にある。稜線４８ａの点光源３２に近い側の端は高さが低く、稜線４８ａの点光源３２から遠い側の端は高さが高くなっている。したがって、指向性変換部４５のＶ溝は点光源３２から離れるに従って直線的に深くなっており、稜線４８ａも直線状に傾斜している。また、指向性変換部４５の両端面は、平坦面４９及び光出射面４４に対して垂直面となっている。それぞれの稜線４８ａを点光源３２側へ延長した先は、１点Ｓに集まっている。
【００６７】
なお、指向性変換部４５は、光出射面４４よりも上に飛び出ている場合でも、光出射面４４から下に引っ込んでいる場合でも、指向性変換部４５と光出射面４４との段差は小さいことが望ましい。
【００６８】
また、指向性変換部４５又は指向性変換パターン４８は、ここに示した以外の形状を有するものであってもよい。例えば、参照文献１に開示したような種々の形状のものでもよい。また、それらの最適な設計例も参照文献１に記載したものを参照することができる。
【００６９】
（拡散パターンについて）
つぎに、光出射面４４に形成された拡散パターン４６について説明する。拡散パターン４６は、導光板本体４１内に導光された光を全反射させることにより、導光板本体４１の下面に対する入射角が小さくなるように光路を曲げる働きをする。図１０に示した拡散パターン４６はダイヤ形状に窪んでいたが、拡散パターン４６が凹状である場合には点光源３２に近い前半部で光を反射するので、点光源３２から遠い側に位置する後半部の形状はどのようなものであっても特に問題はない。一方、拡散パターン４６の前半部は、光を反射させて導光板本体４１から低屈折率層３９へ光を透過させる必要と、導光板本体４１から低屈折率層３９へ透過する光の指向性広がりができるだけ狭くなるようにする必要がある。そのためには、拡散パターン４６のうち点光源３２に近い側に位置する前半部の傾斜角εは、０°＜ε≦２０°とすることが好ましい。望ましくは、この傾斜角は０°＜ε≦１０°であり、さらに好ましくは０°＜ε≦５°である。ただし、低屈折率層３９に向かって抜ける光のピーク方向は、拡散パターン４６の傾斜角εと、導光基板３８の屈折率と低屈折率層３９の屈折率の屈折率比との組合せによって制御することができるので、最適な傾斜角εの値は導光基板３８と低屈折率層３９の屈折率比を考慮して決めなければならない。
【００７０】
拡散パターン４６は、前半部の傾斜角εが上記範囲にあればよいので、図１０のように前半部と後半部とで対称である必要はなく、図２０（ａ）に示す拡散パターン４６のように前半部と後半部とで非対称となっていてもよい。特に、図２０（ａ）のように断面が不等辺三角形状であってもよい。また、拡散パターン４６は、図２０（ｂ）に示すように、光出射面４４から突出していてもよい。凸状の拡散パターン４６の場合には、導光板本体４１へ導光してきた光は、拡散パターン４６の後半部で全反射されるので、この場合には、後半部の傾斜角εが上記範囲にあればよい。さらに、拡散パターン４６は、図２０（ｃ）に示すように、曲面で構成されていてもよい。図２０（ｃ）では、ドーム状をした拡散パターン４６を光出射面４４の表面に突出させている。
【００７１】
（偏向パターンについて）
図２１は偏向パターン４７における光の挙動を表した図である。偏向パターン４７及び反射層４０は、図２１に光路を矢印で示すように、低屈折率層３９へ入射した光を光出射面４４に垂直な方向へ向けて反射させる働きをする。偏向パターン４７は、断面三角形状をした棒状のパターンであって、低屈折率層３９の下面に突出している。偏向パターン４７は、その元になる金型を作り易いという理由から断面形状が二等辺三角形となっている。また、偏向パターン４７の断面が二等辺三角形となっている場合には、点光源３２と反対側にある斜面は、光源方向からの光（図２１で実線矢印で示す光）を反射させて光出射面４４から出射させる働きをする。図２１の破線矢印は、導光基板３８又は低屈折率層３９の端面まで達し、その端面で反射されて戻ってきた光を表しており、光源側にある斜面は、この戻り光を反射させて光出射面４４から出射させる働きをする。
【００７２】
この偏向パターン４７の頂角κは、１０７°以上１３６°以下であることが望ましい。この理由を図２２に示す。図２２は、偏向パターン４７の頂角κの値に対する、指向特性で±２０°の範囲内に含まれる光量の比率を表している。図２２の横軸は、偏向パターン４７の頂角κを表してる。また、図２２の縦軸は、光出射面４４から出射される光の指向特性において、光出射面４４の法線に対して±９０°以内の方向へ出射する光の全光量に対する±２０°以内の方向へ出射する光の全光量の比率を百分率で表している。この光量の比率は６０％以上であればよく、そのときの頂角κの値は、図２２から１０７°以上１３６°以下であることが分かる。よって、偏向パターン４７の頂角κは１０７°以上１３６°以下であることが望ましい。また、光出射面４４から出射する光の指向特性におけるピーク方向は、偏向パターン４７の傾斜面の傾斜角νによって制御することができる。
【００７３】
（第１の実施形態の変形例）
図２３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１の変形例を示す。図２３（ａ）に示す変形例では、指向性変換部４５を光導入部４２の下面に形成している。この場合には、光が光導入部４２の下面で反射する際に指向性変換部４５で指向特性が変換される。なお、指向性変換部４５が光導入部４２の下面に設けられている場合には、指向性変換パターン４８の谷線４８ｂが稜線４８ａよりも光出射面４４に近い側に位置する。
【００７４】
図２３（ｂ）に示す変形例では、指向性変換部４５を光導入部４２の下面に形成するとともに、低屈折率層３９及び反射層４０を光導入部４２の端面まで延ばしている。低屈折率層３９が光導入部４２の端まで延びているため、指向性変換部４５から低屈折率層３９へ光は一部漏れるが、特許文献２のように指向性変換部４５がない場合に比べれば効率は良くなり、さらに低屈折率層３９が光導入部４２の端面まで延びていることで作製がしやすくなる。従って、低屈折率層３９及び反射層４０を光導入部４２の端まで延ばしていても差し支えない。ただし、点光源３２の光が低屈折率層３９の端面から低屈折率層３９へ直接入射しないよう、点光源３２の光出射窓３７の下端は低屈折率層３９の上面よりも上に位置させている。
【００７５】
図２３（ｃ）に示す変形例では、指向性変換部４５を光導入部４２の上面に形成するとともに、低屈折率層３９及び反射層４０を光導入部４２の端面まで延ばしている。このような形態では、光導入部４２に入射した光の一部は指向性変換部４５で変換されないで直接低屈折率層３９に入射するが、低屈折率層３９に入射した光は下方へ漏れることなく反射層４０によって上方へ反射され、その後指向性変換部４５へ入射する。
【００７６】
図２３（ｂ）のような形態では、指向性変換部４５が光導入部４２と低屈折率層３９の間に設けられていて光が漏れやすくなり、設計も困難になるので、低屈折率層３９と反射層４０を光導入部４２の端まで延ばす場合には、図２３（ｃ）のように指向性変換部４５が光導入部４２と空気との界面に位置させることが望ましい。
【００７７】
（第２の実施形態）
図２４（ａ）は本発明の実施形態２による面光源装置５１を示す概略断面図である。この面光源装置５１では、実施形態１の面光源装置３１において、低屈折率層３９の下面と反射層４０との間に、導光基板３８の屈折率と同程度の屈折率を有する高屈折率層５２を設けている。低屈折率層３９は屈折率が１.４以上１.５未満の透明材料（例えば、ポリメチルメタクリレートなど）によって形成されており、均一な厚みを有していて５μｍ程度の厚みとなっている。高屈折率層５２は、屈折率が１.５〜１.６程度の透明材料（例えば、屈折率が１.５９のポリカーボネイト樹脂など）によって形成されており、１０μｍ〜５０μｍ程度の厚みを有している。偏向パターン４７は高屈折率層５２の下面に形成されており、高屈折率層５２の表面に反射層４０が設けられている。
【００７８】
このような面光源装置５１でも、実施形態１と同様な作用効果を奏することができる。また、実施形態２の面光源装置５１では、低屈折率層３９内に漏れた光を高屈折率層５２内に入射させることで、低屈折率層３９内の指向特性よりもさらに指向特性を狭くしたうえで反射層４０により反射させることができる。その結果、高屈折率層５２がない場合に比べて光出射面４４から出射される光の指向特性を半値全幅で約１０°狭くすることができる。さらに、下面に偏向パターン４７と反射層４０を形成された成形品の高屈折率層５２を、導光基板３８よりも低屈折率の透明樹脂接着剤を用いて導光基板３８の下面に接着し、硬化した低屈折率透明接着剤によって低屈折率層３９を形成することができるので、面光源装置５１の製造が容易になる。
【００７９】
実施形態２においても、拡散パターン４６は、図２４（ａ）のようにダイヤ形状や三角形状のもの（コメットパターン）を光出射面４４に凹設してもよく、図２４（ｂ）のようにダイヤ形状や三角形状のもの（コメットパターン）を光出射面４４に突設してもよく、図２４（ｃ）のようにドーム状のもの（ブラストパターン）を光出射面４４の上面に突設してもよい。また、低屈折率層３９や高屈折率層５２、反射層４０を光導入部４２の端面まで延ばしても差し支えない。
【００８０】
図２５は、図２４（ｂ）のように傾斜角ε＝４°〜１０°のコメットパターン状の拡散パターン４６を突設し、偏向パターン４７の頂角κ＝１２０°とした面光源装置において、光出射面４４から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示す図である。図２５からは非常に狭い指向特性の得られることが分かる。また、図２６は、図２５のＸ方向における指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として表し、図２５のＹ方向における指向特性をＺＹ面内の各出射方向における輝度分布として表した図である。図２６によれば、ＺＸ面内の指向特性では、光出射面４４の法線方向から±２０°以内に全出射光の９８％の光量が集まっている。
【００８１】
図２７は、図２４（ｃ）のようにブラストパターン状の拡散パターン４６を突設し、偏向パターン４７の頂角κ＝１２０°とした面光源装置において、光出射面４４から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示す図である。図２７からも非常に狭い指向特性の得られることが分かる。また、図２８は、図２７のＸ方向における指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として表し、図２７のＹ方向における指向特性をＺＹ面内の各出射方向における輝度分布として表した図である。図２８によれば、ＺＸ面内の指向特性では、光出射面４４の法線方向から±２０°以内に全出射光の９６％の光量が集まっている。
【００８２】
よって、狭指向性のためには、ダイヤ形状などのコメットパターン状をした拡散パターン４６の方が、ブラストパターン状の拡散パターン４６よりも若干性能がよいことが分かる。
【００８３】
また、図２９は、図２４（ｃ）のようにブラストパターン状の拡散パターン４６を突設し、偏向パターン４７の頂角κ＝１１２°とした面光源装置において、光出射面４４から出射された光の指向特性（Ｚ方向から見た指向特性）を示す図である。また、図３０は、図２９のＸ方向における指向特性をＺＸ面内の各出射方向における輝度分布として表し、図２９のＹ方向における指向特性をＺＹ面内の各出射方向における輝度分布として表した図である。
【００８４】
頂角κ＝１２０°の場合の指向特性を示す図２８では、ＺＸ面内の指向特性のピーク方向がほぼ０°となっている。同様に、頂角κ＝１１２°の場合の指向特性を示す図３０でも、ＺＸ面内の指向特性のピーク方向がほぼ０°となっている。ここに示していないシミュレーション結果も合わせて考えると、偏向パターン４７の頂角κが１１０°以上１２０°以下の範囲にあれば、ＺＸ面内の指向特性（Ｘ方向における指向特性）がほぼ０°の方向にピークを持つことが分かった。よって、偏向パターン４７の頂角κを１１０°以上１２０°以下とすれば、面光源装置の正面輝度を向上させるのに効果がある。
【００８５】
（第３の実施形態）
図３１は本発明の実施形態３による面光源装置６１の斜視図である。面光源装置６１は、点光源３２の配置されている位置のあたりを中心とする円弧状の領域に指向性変換部４５を設けた点を特徴としている。また、指向性変換パターン４８はＶ溝状となっており、指向性変換部４５の円弧状領域の中心を同じく中心として放射状に配列されている。したがって、この実施形態によれば、各指向性変換パターン４８が同一形状となり、指向性変換パターン４８又は指向性変換部４５の設計が容易になる。なお、図３１では、指向性変換部４５は光出射面４４よりも上に突出しているが、光出射面４４よりも下に窪むように設けてもよい（図示せず）。
【００８６】
また、この実施形態でも、指向性変換パターン４８の稜線４８ａに垂直な断面において稜線４８ａを挟む傾斜面のなす角度（山部の頂角）φは、１０７°＜φ＜１５４°とするのが好ましく、特に１２０°程度が好ましい。この理由は、つぎの通りである。
【００８７】
図３２は、指向性変換パターン４８で形成される山部の頂角φと指向性変換効率、導光効率、変換効率×導光効率の関係を表す。この関係は、指向性変換部４５の内周縁の半径ｒ１＝２.５ｍｍ、指向性変換部４５の外周縁の半径ｒ２＝３.８ｍｍとした場合のものであるが、これ以外の場合でも同様な傾向を示す。山部の頂角φとは、隣接する指向性変換パターン３７間に形成される山部の、稜線３８ａに垂直な断面における頂角（山部の両側斜面のなす最大挟角）である。また、指向性変換効率とは、導光板本体４１へ伝わった光の指向性のうち、目標となる指向性の範囲にどれだけの光量が入っているか、ということを表す（参照文献１を参照）。すなわち、
指向性変換効率＝（目標とする指向性の範囲内の光量）÷（全体の光量）
＝（全体の光量−範囲外の光量）÷（全体の光量）
である。導光効率とは、光導入部４２に入射した直後の光の光量に対する導光板本体４１へ伝わった光量の割合を表す。すなわち、
導光効率＝（導光板本体へ伝わった光量）÷（入射した直後の光量）
である。
【００８８】
図３２によれば、頂角φ＝１２０°のときに、指向性変換部４５による指向性の変換効率が最も高くなる。頂角φが１２０°よりも小さくなると、指向性変換効率が低下すると同時に、指向性変換部４５において光漏れが発生し、導光板本体２９へ伝わる光の光量が減少するために導光効率も低下する。頂角φが１２０°よりも大きくなると、指向性変換効率は低下するが、光漏れが減少するために導光効率は向上する。
【００８９】
以上のことから、最適な頂角φは、指向性変換効率と導光効率の両方を考慮して決定する必要があり、そのため指向性変換効率×導光効率によって評価することが望ましい。この指向性変換効率×導光効率の値は、
指向性変換効率×導光効率＞０.８５
であることが望ましく、そのためには、図３２によれば、頂角φ＞９２°であればよい。また、さらに望ましくは、
指向性変換効率×導光効率＞０.９
であり、そのためには、１０７°＜φ＜１５４°であればよい。また、指向性変換効率×導光効率の値は、頂角φ＝１２０°のときに最大値となる。
【００９０】
図３３は、見込み角θ１と指向性変換効率、導光効率、指向性変換効率×導光効率の関係を表す。図３３は、頂角φ＝１２０°として計算により求めたものである。ここで見込み角θ１とは、図３４に示すように、指向性変換部４５の内周縁の中央から点光源３２の光出射窓３７の一方の端へ延ばした線分と、指向性変換部４５の内周縁の中央から光出射窓３７の中央へ延ばした線分とのなす角度である。図３３の関係は、指向性変換部４５の内周縁の中央から点光源３２の光出射窓３７の他方の端へ延ばした線分と、指向性変換部４５の内周縁の中央から光出射窓３７の中央へ延ばした線分とのなす角度θ２についても当てはまるものである。
【００９１】
図３３によれば、指向性変換効率×導光効率＞０.８５とするためには、θ１＜４３°とすればよい。また、指向性変換効率×導光効率＞０.９にするためには、θ１≦３２°とすればよい。また、θ１＝２２°のときには、指向性変換効率×導光効率の値は最大値となる。よって、見込み角θ１、θ２は、θ１≦３２°、θ２≦３２°となるようにすることが望ましく、特にθ１＝θ２＝２２°とすれば、指向性変換効率と導光効率を良好にするのに特に望ましい。
【００９２】
図３１では、拡散パターン４６は互いに平行に配置しているが、指向性変換部４５に合わせて拡散パターン４６も放射状に配置してもよい。また、下面の偏向パターン４７も直線状に延びたものに限らず、ほぼ点光源３２の位置を中心として円弧状に延びたものであってもよい。
【００９３】
（第３の実施形態の変形例）
図３５は実施形態３の変形例による面光源装置６６を示す斜視図である。この面光源装置６６では、円弧状をした指向性変換部４５を持つ光導入部４２を、導光板３３の端縁に沿って複数並べている。各光導入部４２の光入射端面に対向する位置には、それぞれ点光源３２を配置している。この面光源装置６６では、複数の点光源３２を用いることができるので、面光源装置６６の発光輝度を高くすることができる。なお、隣接する指向性変換部４５どうしが重なり合う配置となる場合には、各指向性変換部４５の重なり合う部分を削除し、指向性変換部４５どうしが重なり合わないようにすることが望ましい。
【００９４】
また、このように複数の点光源３２が用いられていて、導光板３３の端縁に沿って複数の指向性変換部４５が並んでいる場合には、光入射端面から指向性変換部４５の外周縁までの距離（半径）ｒ２には、
ｒ２≦Ｔ／（２tanθ）
（Ｔは光導入部４２の厚み、θは指向性変換パターンの稜線４８ａの傾き。）
という条件に加えてさらに制限が生じる。以下、この点について説明する。
【００９５】
図３６は、端面に沿って複数の点光源３２が並んだ光導入部４２を垂直な方向から見た概略図である。図３６においては、導光板３３に垂直な方向から見て、ある点光源３２の中心を通過し、導光板３３の端面に垂直な方向にＸ軸を定め、導光板３３の光入射端面４３に沿ってＹ軸を定めている。導光基板３８の屈折率をｎgとすれば、点光源３２の光出射窓２８から出射し光入射端面４３から光導入部４２に入射した光の広がりは±α＝±arcsin（１／ｎg）である。図３６においては、各点光源３２から出射した光の光導入部４２内における指向性広がりの端を通る光線をそれぞれＬｇで表している。ある点光源３２（以下、真ん中の点光源３２という。）を挟む２つの点光源３２の間の領域（図３７の線分Ｅ１とＥ２の間の領域）に着目するとき、図３６に示す領域Ｃはいずれの点光源３２からの光も届かない領域、領域Ｄは真ん中の点光源３２からの光だけが届く領域であり、領域Ｃ及びＤ以外の領域は真ん中の点光源３２の両側に位置するいずれかの点光源３２の光が届く領域である。
【００９６】
真ん中の点光源３２の前方に配置される指向性変換部４５が真ん中の点光源３２の光だけを反射し、その両側の点光源３２の光を反射しないようにするためには、その指向性変換部４５は領域Ｃと領域Ｄを併合した領域内に納まる必要がある。したがって、真ん中の点光源３２の前方では、指向性変換部４５は、
Ｘ＞０                                        …（数式４）
Ｘ≦｛−２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）      …（数式５）
Ｘ≦｛２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）      …（数式６）
の３式を同時に満たす領域内に納まっている必要がある。ここで、Ｐは複数の点光源３２の配列ピッチ、Ｗは点光源３２の光出射窓２８の幅、α＝arcsin（１／ｎg）であって、ｎgは導光基板３８の屈折率である。
【００９７】
なお、領域Ｄの前端Ｊ１及び領域Ｃの前端Ｊ２、Ｊ３のＸ座標、Ｙ座標は、それぞれ
Ｊ１（（２Ｐ−Ｗ）／（２tanα）、０）
Ｊ２（（Ｐ−Ｗ）／（２tanα）、−Ｐ／２）
Ｊ３（（Ｐ−Ｗ）／（２tanα）、Ｐ／２）
である。たとえば、Ｐ＝６.５ｍｍ、ｎg＝１.５９、Ｗ＝２ｍｍのときには、これらの座標は、Ｊ１（６.８、０）、Ｊ２（２.７８、−３.２５）、Ｊ３（２.７８、３.２５）となる。
【００９８】
しかし、領域Ｃ及びＤ内であっても、図３７（ａ）において破線で示す指向性変換部４５のように領域Ｄの前端Ｊ１の近くに指向性変換部４５を設けると、真ん中の点光源３２から出た光の一部は指向性変換部４５を通ることなく導光板本体４１に達することになる。また、指向性変換部４５の外周縁の高さが高くなり過ぎたり、深くなり過ぎたりする恐れがある。よって、最も大きな指向性変換部４５は、図３７（ａ）において実線で示すように、その外周縁が領域Ｃの前端Ｊ２、Ｊ３を通るように定めるのが望ましい。さらに、指向性変換部４５の外周縁がＪ２、Ｊ３を通る場合でも、sin２α≦（Ｐ−Ｗ）／（２Ｐ−Ｗ）［あるいは、ｎg２≧（２Ｐ−Ｗ）／（Ｐ−Ｗ）］の場合には、指向性変換部４５の円弧方向の長さが長くなると、図３７（ａ）において実線で示す指向性変換部４５のように指向性変換部４５の両端部が領域Ｃ及びＤの外にはみ出る。
【００９９】
よって、sin２α≦（Ｐ−Ｗ）／（２Ｐ−Ｗ）の場合には、指向性変換部４５は、外周縁が領域Ｃの前端Ｊ２、Ｊ３を通過し、かつ、指向性変換部４５が領域Ｃ及びＤからはみ出ないようにして、図３７（ｂ）のように各点光源３２の前方にそれぞれ設けるのが望ましい。このとき、光出射窓２８の中央から指向性変換部４５の外周縁までの半径ｒ２は、つぎの数式７で表すことができる。
2011146176.tif 000003
指向性変換部４５の外周縁の半径ｒ２は、ｒ２＞ｒ１などの他の条件を満たす限り、上記数式７の値よりも小さくすることは可能であるので、sin２α≦（Ｐ−Ｗ）／（２Ｐ−Ｗ）の場合には、指向性変換部４５の外周縁の半径ｒ２は、上記数式７で示した値を上限値とする。よって、半径ｒ２は、つぎの数式８を満たしていればよい。
2011146176.tif 000004
【０１００】
一方、sin２α≧（Ｐ−Ｗ）／（２Ｐ−Ｗ）［あるいは、ｎg２≦（２Ｐ−Ｗ）／（Ｐ−Ｗ）］の場合には、外周縁が領域Ｃの前端Ｊ２、Ｊ３を通過するように指向性変換部４５を設けると、図３８（ａ）に示すように、指向性変換部４５が領域Ｃ及びＤの外にはみ出る。よって、この場合には、図３８（ｂ）に示すように、指向性変換部４５の外周縁を指向性広がりの縁Ｌgに接するまで小さくする必要がある。このときの外周縁の半径ｒ２は、
ｒ２＝｛Ｐ−（Ｗ／２）｝cosα      …（数式９）
となる。よって、sin２α≧（Ｐ−Ｗ）／（２Ｐ−Ｗ）の場合には、指向性変換部４５の外周縁の半径ｒ２は、つぎの数式１０で示す条件を満たしていればよい。
ｒ２≦｛Ｐ−（Ｗ／２）｝cosα      …（数式１０）
【０１０１】
（第４の実施形態）
図３９は、本発明の実施形態４による面光源装置７１を示す斜視図である。この面光源装置７１は、導光基板３８の幅とほぼ等しい長さを有する棒状光源７２を用いたものである。棒状光源７２は、ＬＥＤを用いた点光源７３、透明なくさび状導光体７４、およびプリズムシート７５によって構成されている。点光源７３は、くさび状導光体７４の厚みの大きな側の端面に対向している。点光源７３から出射された光は、端面からくさび状導光体７４内に入り、くさび状導光体７４の前面と背面で全反射を繰り返しながら先端方向へ導光される。くさび状導光体７４を導光する光は、くさび状導光体７４の前面から全長にわたって斜め方向へ出射する。斜め方向に出射された光は、プリズムシート７５と通過することによって光路を曲げられ、導光板３３の光入射端面４３に対してほぼ垂直な方向へ出射する。なお、くさび状導光体７４の背後に設けた反射シート７６は、くさび状導光体７４の裏面から漏れた光を反射してくさび状導光体７４に再入射させるものである。
【０１０２】
したがって、光入射端面４３から光導入部４２へ入射する光はほぼ平行な光となっているので、この面光源装置７１では指向性変換パターン４８も光入射端面４３と垂直な方向を向けて互いに平行に形成している。
【０１０３】
（第５の実施形態）
図４０（ａ）は、本発明の実施形態５による面光源装置８１を示す斜視図である。この面光源装置８１では、導光基板３８の上面に表面側低屈折層８５を設けている。表面側低屈折層８５は低屈折率層３９と同じく導光基板３８よりも屈折率の低い透明材料（低屈折率層３９と同じ屈折率の同材料でよい。）により形成されており、厚みは３〜５μｍ程度となっている。拡散パターン４６内は表面側低屈折層８５で埋められていてもよいが、シート状の表面側低屈折層８５を用いることで拡散パターン４６内に空気層が残るようにすることが好ましい。また、表面側低屈折層８５の上面には、拡散板やプリズムシートなどの光学シートを重ねてもよい。なお、実施形態５でも、表面側低屈折層８５と低屈折率層３９及び反射層４０の一方又は双方、特に低屈折率層３９及び４０を導光基板３８の端面まで延ばしてもよい。
【０１０４】
図４０（ｂ）に示すものは変形例であり、低屈折率層３９の下面に高屈折率層５２が存在する場合である。
【０１０５】
また、図４１（ａ）及び（ｂ）に示すように、表面側低屈折層８５の上面から導光基板３８に達する深さまで、拡散パターン４６を形成してもよい。
【０１０６】
なお、図４０（ａ）、図４０（ｂ）、図４１（ａ）及び図４１（ｂ）において、表面側低屈折層８５、低屈折率層３９、高屈折率層５２及び反射層４０の端が光導入部４２の端面まで達するようにしてもよい。
【０１０７】
（第６の実施形態）
図４２は、本発明の実施形態６による液晶表示装置９１を示す斜視図である。この液晶装置は、本発明にかかる面光源装置の上に直接液晶パネル９２を載置して一体化している。表面側低屈折層８５として透明接着樹脂（接続層）を用いれば、導光基板３８を液晶パネル９２の下面に接着して一体化することができ、薄い面光源装置の場合でも、反りが発生するのを防ぐことができる。また、表面側低屈折層８５の厚み分だけ、点光源３２の上面を導光基板３８の上面から突出させているので、導光基板３８の上面に表面側低屈折層８５で接着された液晶パネル９２の下面が点光源３２の上面に乗り、液晶パネル９２が安定する。
【符号の説明】
【０１０８】
３１、５１、６１、６６、７１、８１〜８４、９１      面光源装置
３２      点光源
３３      導光板
３８      導光基板
３９      低屈折率層
４０      反射層
４１      導光板本体
４２      光導入部
４３      光入射端面
４４      光出射面
４５      指向性変換部
４６      拡散パターン
４７      偏向パターン
４８      指向性変換パターン
５２      高屈折率層
７２      棒状光源
８５      表面側低屈折層
９２      液晶パネル
【図１】
2011146176.tif 000005
【図２】
2011146176.tif 000006
【図３】
2011146176.tif 000007
【図４】
2011146176.tif 000008
【図５】
2011146176.tif 000009
【図６】
2011146176.tif 000010
【図７】
2011146176.tif 000011
【図８】
2011146176.tif 000012
【図９】
2011146176.tif 000013
【図１０】
2011146176.tif 000014
【図１１】
2011146176.tif 000015
【図１２】
2011146176.tif 000016
【図１３】
2011146176.tif 000017
【図１４】
2011146176.tif 000018
【図１５】
2011146176.tif 000019
【図１６】
2011146176.tif 000020
【図１７】
2011146176.tif 000021
【図１８】
2011146176.tif 000022
【図１９】
2011146176.tif 000023
【図２０】
2011146176.tif 000024
【図２１】
2011146176.tif 000025
【図２２】
2011146176.tif 000026
【図２３】
2011146176.tif 000027
【図２４】
2011146176.tif 000028
【図２５】
2011146176.tif 000029
【図２６】
2011146176.tif 000030
【図２７】
2011146176.tif 000031
【図２８】
2011146176.tif 000032
【図２９】
2011146176.tif 000033
【図３０】
2011146176.tif 000034
【図３１】
2011146176.tif 000035
【図３２】
2011146176.tif 000036
【図３３】
2011146176.tif 000037
【図３４】
2011146176.tif 000038
【図３５】
2011146176.tif 000039
【図３６】
2011146176.tif 000040
【図３７】
2011146176.tif 000041
【図３８】
2011146176.tif 000042
【図３９】
2011146176.tif 000043
【図４０】
2011146176.tif 000044
【図４１】
2011146176.tif 000045
【図４２】
2011146176.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月17日(2010.12.17)
【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、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、
前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に密着した反射層とを備え、
前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、
前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、
前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、
前記低屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記低屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、
前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に密着した、前記低屈折率層よりも高屈折率の高屈折率層と、前記高屈折率層の前記光出射面と反対側の面に密着した反射層とを備え、
前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、
前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、
前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層側へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、
前記高屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記高屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴とする面光源装置。
【請求項３】
前記導光基板よりも低屈折率の第２の低屈折率層が、前記導光基板の前記光出射面側の面に密着していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記光源が点光源であって、
前記光導入部は、前記点光源に近い側から前記点光源より遠ざかる方向へ向けて延びた複数のパターンによって構成された指向性変換部を、前記導光基板の光出射面側の面またはその反対面における前記光出射面と平行な領域に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記指向性変換部は、Ｖ溝状をした複数の指向性変換パターンによって構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項６】
隣接する前記指向性変換パターンによって形成される山部の稜線に垂直な断面における当該山部の頂角が、１０７°以上１５４°以下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】
前記指向性変換部は、前記点光源もしくは点光源近傍のある位置を中心として放射状に配列された複数の指向性変換パターンによって構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たとき、
前記指向性変換部の前記点光源に近い側の縁の任意の点から前記点光源の光出射窓の一方の端に延ばした方向と、当該任意の点から当該光出射窓の中央に延ばした方向とのなす角度が３２°以下であり、かつ、
前記指向性変換部の前記点光源に近い側の縁の任意の点から前記点光源の光出射窓の他方の端に延ばした方向と、当該任意の点から当該光出射窓の中央に延ばした方向とのなす角度が３２°以下であることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記点光源が前記導光板の端縁に沿って複数個配置された面光源装置において、
前記導光板の光出射面に垂直な方向から見て、いずれか任意の点光源の中心を通り前記導光板の端縁に垂直な方向にＸ軸を定め、前記導光板の端縁に沿ってＹ軸を定めたとき、当該点光源に対応する指向性変換部は、
Ｘ＞０
Ｘ≦｛−２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）
Ｘ≦｛２Ｙ＋（２Ｐ−Ｗ）｝／（２tanα）
（ただし、Ｐ：前記点光源間の距離
Ｗ：前記点光源の光出射窓の幅
α：導光板の屈折率をｎgとするとき、α＝arcsin（１／ｎg）で表される角度）
の３式を同時に満たす領域の内部に位置していることを特徴とする、請求項４に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記反射層の前記光出射面側の面は前記光出射手段となる複数の傾斜面を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項１１】
隣接する前記傾斜面どうしのなす角度が１０７°以上１３６°以下であることを特徴とする、請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記光制御パターンは、前記光出射面に形成された凸状パターン又は凹状パターンによって構成され、前記凸状パターン又は前記凹状パターンにおける光を反射させるための面が前記光出射面となす角度が２０°以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の面光源装置。
【請求項１３】
請求項１または２に記載した面光源装置と、液晶パネルと、少なくとも前記面光源装置の前記導光板本体と前記液晶パネルとの間に介在して前記導光板本体を前記液晶パネルに密着させる少なくとも１層の接続層とからなる液晶表示装置において、
前記各接続層のいずれかの屈折率が、前記導光板本体の屈折率よりも低いことを特徴とする液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の第１の面光源装置は、光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に密着した反射層とを備え、前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、前記低屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記低屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の第２の面光源装置は、光源と、前記光源と対向する位置に設けられていて前記光源の光を光入射端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、前記導光板は、透光性材料からなる導光基板と、前記導光基板の前記光出射面と反対側の面に密着した、前記導光基板よりも低屈折率の低屈折率層と、前記低屈折率層の前記光出射面と反対側の面に密着した、前記低屈折率層よりも高屈折率の高屈折率層と、前記高屈折率層の前記光出射面と反対側の面に密着した反射層とを備え、前記導光基板は、前記光源と対向する位置に設けられた光導入部と、前記光導入部から導光された光を外部へ出射する前記光出射面を備えた導光板本体とを一体として構成され、前記光導入部の光出射側の面又はその反対側の面には、前記光入射端面から前記光導入部に入射した光を前記導光基板内に閉じ込めるための指向性変換部が設けられ、前記導光板本体の前記光出射面側には、導光板本体内の光を反射させて導光板本体の前記光出射面と反対側の面から前記低屈折率層側へ漏れさせるための光制御パターンが形成され、前記高屈折率層と前記反射層との界面又は前記反射層の前記界面と反対側の面には、前記高屈折率層へ漏れた光を反射させて前記光出射面から出射させるための光出射手段が形成されていることを特徴としている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明の第１又は第２の面光源装置のある実施態様は、前記導光基板よりも低屈折率の第２の低屈折率層が、前記導光基板の前記光出射面側の面に密着していることを特徴としている。かかる実施態様では、光出射面に第２の低屈折率層を設けているので、光出射手段で反射された光を外部へ出射させやすくなる。一方、光出射面に第２の低屈折率層を設けていても指向性変換部の働きによって導光板本体内の光が直接第２の低屈折率層側へ漏れることが防止される。