(57)【要約】【課題】部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置を提供する。【解決手段】本発明の面光源装置１は、高指向性用光源部（第１の光源部）と、広角用光源部（第２の光源部）と、導光体３と、を備え、高指向性用光源部および広角用光源部のいずれか一方は、各光源部から射出される光の角度分布を異ならせるための角度分布変換部材を備え、高指向性用光源部および広角用光源部は、導光体３の複数の端面のうちの一つの端面に設けられ、点灯／消灯を各々独立して制御可能とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発光素子を有し、前記第１の発光素子からの光を射出する第１の光源部と、
第２の発光素子を有し、前記第２の発光素子からの光を、前記第１の光源部から射出される光の角度分布よりも広い角度分布を有する光として射出する第２の光源部と、
前記第１の光源部から射出された光および前記第２の光源部から射出された光を端面から入射させ、主面から射出させる導光体と、を備え、
前記第１の光源部と前記第２の光源部とは、前記導光体の複数の端面のうちの一つの端面に設けられ、点灯／消灯を各々独立して制御可能とされたことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記第１の光源部および前記第２の光源部のいずれか一方が、前記第１の光源部から射出される光の角度分布と前記第２の光源部から射出される光の角度分布とを異ならせるための角度分布変換部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記第１の光源部は、前記角度分布変換部材として、前記第１の発光素子から射出された光を反射する凹面ミラーを備え、
前記凹面ミラーは、前記導光体の主面に平行な平面で切断したときの断面形状が、焦点を有する曲線形状を少なくとも一部に有し、
前記第１の発光素子は、当該第１の発光素子の発光面上に前記焦点が位置するように配置され、
前記第１の発光素子からの光が、前記凹面ミラーで反射して前記導光体に入射す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】
前記第２の発光素子は、前記第１の光源部から射出される光の角度分布よりも広い角度分布を有する光を射出し、
前記第２の発光素子から射出された光が、前記凹面ミラーを介することなく前記導光体に入射することを特徴とする請求項３に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とは、互いの発光面と反対側の面同士が対向するように配置された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】
前記第１の光源部は、前記導光体の一つの端面に沿って配列された複数の前記発光素子および複数の前記凹面ミラーを備え、
前記第２の発光素子は、隣り合う凹面ミラー同士の境界に沿って配置されたことを特徴とする請求項４に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記凹面ミラーは、前記導光体の主面に垂直な平面で切断したときの断面形状が直線形状であって、前記導光体の主面に垂直な方向には曲率を持たず、
前記第１の発光素子は、前記導光体の主面に垂直な方向に沿って配置され、
前記第２の発光素子は、前記導光体の主面に平行な方向に沿って配置され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】
前記第１の光源部が、前記凹面ミラーの窪みに配置された凸レンズを備え、
前記凸レンズの焦点の位置が前記凹面ミラーの焦点の位置と略一致していることを特徴とする請求項３ないし７のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記凹面ミラーが、前記凸レンズの凸面に形成された金属膜もしくは誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記第１の光源部は、前記角度分布変換部材として、前記第１の発光素子から射出された光を反射する反射面を有する反射素子を備え、
前記反射素子は、前記導光体の前記一つの端面に対して一定の角度で傾斜した前記反射面と、前記導光体の前記一つの端面に対向する光射出面と、を有し、
前記第１の発光素子は、前記反射素子の一つの端面に配置されるとともに、前記第１の発光素子からの光が、前記反射面で反射して前記導光体に入射す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１１】
前記第２の発光素子は、前記第１の光源部から射出される光の角度分布よりも広い角度分布を有する光を射出し、
前記第２の発光素子から射出された光が、前記反射素子を介することなく前記導光体に入射す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】
前記反射素子が、前記導光体の前記一つの端面に対して複数個設けられたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記反射素子は、前記第１の発光素子が配置された端面に近い側から遠い側に向けて厚みが薄くなる楔形状を有し、前記光射出面と対向する端面全体が前記反射面であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項１４】
前記反射素子は、前記光射出面と対向する面に複数のプリズム構造体を有し、前記プリズム構造体の一つの傾斜面が前記反射面であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項１５】
前記第２の光源部は、前記角度分布変換部材として、前記第２の発光素子から射出された光を散乱させる光散乱部材を備え、
前記第２の発光素子から射出された光が、前記光散乱部材を介して前記導光体に入射す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１６】
前記第１の光源部は、前記角度分布変換部材として、前記第１の発光素子から射出された光を略平行化するレンズを備え、
前記第１の発光素子から射出された光が、前記レンズを介して前記導光体に入射す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１７】
前記導光体が、光の伝播方向において前記主面に対して所定の傾斜角をなす反射面を有することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項１８】
前記導光体は、前記一つの端面に近い側から遠い側に向けて厚みが薄くなる楔形状を有し、前記主面と対向する面全体が前記反射面であることを特徴とする請求項１７に記載の面光源装置。
【請求項１９】
前記導光体は、前記主面と対向する面に複数のプリズム構造体を有し、前記プリズム構造体の一つの傾斜面が前記反射面であることを特徴とする請求項１７に記載の面光源装置。
【請求項２０】
前記導光体の主面から射出された光の進行方向を、前記主面の法線により近い方向に変更するための方向変更用部材が備えられたことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項２１】
請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から射出される光を用いて表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２２】
請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の面光源装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２３】
請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の面光源装置の前記第１の光源部および前記第２の光源部を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置、表示装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例として、面光源装置から射出される光を利用して表示を行う透過型液晶表示装置が知られている。この種の液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面側に配置された面光源装置と、を有している。従来の面光源装置は、発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）等の光源と、導光板と、を備えている。この面光源装置では、光源から射出された光を導光板の内部で伝播させ、導光板の全面から射出させる。以下、本明細書では、表示パネルの背面側に設けられる面光源装置のことをバックライトと記す場合もある。
【０００３】
指向性が異なる射出光を得るための面光源装置が提案されている（下記の特許文献１〜３参照）。
特許文献１には、射出光の指向性が互いに異なる第１照明装置と第２照明装置とを導光板の厚さ方向に積層した照明装置が開示されている。
特許文献２には、同心円状に配置された複数のプリズムを備えた導光板と、導光板の前記同心円の中心に配置された第１光源と、導光板の前記同心円の中心から外れた位置に配置された第２光源と、を備えた照明装置が開示されている。
特許文献３には、導光板と、導光板の第１の端面に光を入射させる第１の光源と、導光板の前記第１の端面と隣り合う第２の端面に光を入射させる第２の光源と、を備え、前記導光板に、射出光の指向性を調整する特性調整部が各光源に対応して設けられた照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３００２０６号公報
【特許文献２】特許第４２７４９２１号公報
【特許文献３】特開２００８−２６９８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の照明装置は、２組の照明装置が積層された構成を有しているため、部品点数が多い、製造コストが高騰する、照明装置全体の厚さが厚くなる、などの問題がある。
特許文献２の照明装置では、所定の面積の導光板に対して複数のプリズムと２種類の光源の位置関係が決まるため、導光板を大型化するのが難しい、という問題がある。また、いずれの光源を点灯させるかにより導光板内での光の進行方向が変わるため、光源の切り替え前後で輝度を均一に保つのが難しい、という問題がある。また、光の指向性を大きく変えることが難しい、という問題がある。
特許文献３の照明装置では、特許文献２の照明装置と同様、いずれの光源を点灯させるかにより導光板内での光の進行方向が変わるため、光源の切り替え前後で輝度を均一に保つのが難しい、という問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、指向性の切り替えが可能であり、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、装置全体の厚さが厚くなることのない面光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、指向性の切り替えが可能であり、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この種の面光源装置を備えた表示装置および照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の面光源装置は、第１の発光素子を有し、前記第１の発光素子からの光を射出する第１の光源部と、第２の発光素子を有し、前記第２の発光素子からの光を、前記第１の光源部から射出される光の角度分布よりも広い角度分布を有する光として射出する第２の光源部と、前記第１の光源部から射出された光および前記第２の光源部から射出された光を端面から入射させ、主面から射出させる導光体と、を備え、前記第１の光源部と前記第２の光源部とは、前記導光体の複数の端面のうちの一つの端面に設けられ、点灯／消灯を各々独立して制御可能とされたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の面光源装置は、前記第１の光源部および前記第２の光源部のいずれか一方は、前記第１の光源部から射出される光の角度分布と前記第２の光源部から射出される光の角度分布とを異ならせるための角度分布変換部材を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の面光源装置は、前記第１の光源部が、前記角度分布変換部材として、前記第１の発光素子から射出された光を反射する凹面ミラーを備え、前記凹面ミラーは、前記導光体の主面に平行な平面で切断したときの断面形状が、焦点を有する曲線形状を少なくとも一部に有し、前記第１の発光素子は、当該第１の発光素子の発光面上に前記焦点が位置するように配置され、前記第１の発光素子からの光が、前記凹面ミラーで反射して前記導光体に入射することを特徴とする。
【００１０】
本発明の面光源装置は、前記第２の発光素子が、前記第１の光源部から射出される光の角度分布よりも広い角度分布を有する光を射出し、前記第２の発光素子から射出された光が、前記凹面ミラーを介することなく前記導光体に入射することを特徴とする。
【００１１】
本発明の面光源装置は、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とが、互いの発光面と反対側の面同士が対向するように配置されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の面光源装置は、前記第１の光源部が、前記導光体の一つの端面に沿って配列された複数の前記発光素子および複数の前記凹面ミラーを備え、前記第２の発光素子は、隣り合う凹面ミラー同士の境界に沿って配置されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の面光源装置は、前記凹面ミラーが、前記導光体の主面に垂直な平面で切断したときの断面形状が直線形状であって、前記導光体の主面に垂直な方向には曲率を持たず、前記第１の発光素子が、前記導光体の主面に垂直な方向に沿って配置され、前記第２の発光素子が、前記導光体の主面に平行な方向に沿って配置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の面光源装置は、前記第１の光源部が、前記凹面ミラーの窪みに配置された凸レンズを備え、前記凸レンズの焦点の位置が前記凹面ミラーの焦点の位置と略一致していることを特徴とする。
【００１５】
本発明の面光源装置は、前記凹面ミラーが、前記凸レンズの凸面に形成された金属膜もしくは誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の面光源装置は、前記第１の光源部が、前記角度分布変換部材として、前記第１の発光素子から射出された光を反射する反射面を有する反射素子を備え、前記反射素子が、前記導光体の前記一つの端面に対して一定の角度で傾斜した前記反射面と、前記導光体の前記一つの端面に対向する光射出面と、を有し、前記第１の発光素子が、前記反射素子の一つの端面に配置され、前記第１の発光素子からの光が、前記反射面で反射して前記導光体に入射することを特徴とする。
【００１７】
本発明の面光源装置は、前記第２の発光素子が、前記第１の光源部から射出される光の角度分布よりも広い角度分布を有する光を射出し、前記第２の発光素子から射出された光が、前記反射素子を介することなく前記導光体に入射することを特徴とする。
【００１８】
本発明の面光源装置は、前記反射素子が、前記導光体の前記一つの端面に対して複数個設けられたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の面光源装置は、前記反射素子が、前記第１の発光素子が配置された端面に近い側から遠い側に向けて厚みが薄くなる楔形状を有し、前記光射出面と対向する端面全体が前記反射面であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の面光源装置は、前記反射素子が、前記光射出面と対向する面に複数のプリズム構造体を有し、前記プリズム構造体の一つの傾斜面が前記反射面であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の面光源装置は、前記第２の光源部が、前記角度分布変換部材として、前記第２の発光素子から射出された光を散乱させる光散乱部材を備え、前記第２の発光素子から射出された光が、前記光散乱部材を介して前記導光体に入射することを特徴とする。
【００２２】
本発明の面光源装置は、前記第１の光源部が、前記角度分布変換部材として、前記第１の発光素子から射出された光を略平行化するレンズを備え、前記第１の発光素子から射出された光が、前記レンズを介して前記導光体に入射することを特徴とする。
【００２３】
本発明の面光源装置は、前記導光体が、光の伝播方向において前記主面に対して所定の傾斜角をなす反射面を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の面光源装置は、前記導光体が、前記一つの端面に近い側から遠い側に向けて厚みが薄くなる楔形状を有し、前記主面と対向する面全体が前記反射面であることを特徴とする。
【００２５】
本発明の面光源装置は、前記導光体が、前記主面と対向する面に複数のプリズム構造体を有し、前記プリズム構造体の一つの傾斜面が前記反射面であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の面光源装置は、前記導光体の主面から射出された光の進行方向を、前記主面の法線により近い方向に変更するための方向変更用部材が備えられたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の表示装置は、前記本発明の面光源装置と、前記面光源装置から射出される光を用いて表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の照明装置は、前記本発明の面光源装置を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明の照明装置は、前記本発明の面光源装置の前記第１の光源部および前記第２の光源部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、指向性の切り替えが可能であり、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、装置全体の厚さが厚くなることのない面光源装置が実現できる。本発明によれば、指向性の切り替えが可能であり、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる。本発明によれば、上記の効果を有する面光源装置を備えた表示装置および照明装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態の面光源装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】本実施形態の面光源装置における第１の光源部および第２の光源部を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）図３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（Ｂ）図３のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）広角モードにおける光の作用を示す図、（Ｃ）高指向性モードにおける光の作用を説明するための図、である。
【図６】広角モード、高指向性モードのそれぞれにおけるｘ軸方向の輝度分布を示す図である。
【図７】楔状導光板によるｙ軸方向の輝度分布を示す図である。
【図８】第１実施形態の第１変形例の面光源装置を示す断面図である。
【図９】第１実施形態の第２変形例の面光源装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。
【図１１】広角モード、高指向性モードのそれぞれにおける光の作用を示す図である。
【図１２】第２実施形態の第１変形例の面光源装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。
【図１４】（Ａ）本実施形態の面光源装置を示す側面図、（Ｂ）本実施形態の面光源装置を示す平面図、である。
【図１５】第３実施形態の第１変形例の面光源装置における光源部を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第４実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。
【図１７】本実施形態の面光源装置を示す平面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態の面光源装置を示す分解斜視図である。
【図１９】（Ａ）本実施形態の面光源装置を示す平面図、（Ｂ）本実施形態の面光源装置を示す側面図、である。
【図２０】本実施形態の面光源装置における楔形導光棒の作用を説明するための図である。
【図２１】本実施形態の面光源装置の効果を説明するための図である。
【図２２】第５実施形態の第１変形例の面光源装置を示す平面図である。
【図２３】第５実施形態の第２変形例の面光源装置における導光棒を示す平面図である。
【図２４】本発明の第６実施形態の面光源装置を示す分解斜視図である。
【図２５】（Ａ）本実施形態の面光源装置を示す平面図、（Ｂ）本実施形態の面光源装置を示す側面図、である。
【図２６】第６実施形態の第１変形例の面光源装置を示す平面図である。
【図２７】（Ａ）本発明の第７実施形態の面光源装置を示す平面図、（Ｂ）本実施形態の面光源装置を示す側面図、である。
【図２８】（Ａ）本実施形態の面光源装置を示す平面図、（Ｂ）図２８（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２９】（Ａ）〜（Ｃ）本実施形態の面光源装置における照度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３０】（Ａ）〜（Ｃ）比較例の面光源装置における照度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図３１】本発明の表示装置の一構成例である液晶表示装置の断面図である。
【図３２】液晶表示装置の正面図である。
【図３３】（Ａ）、（Ｂ）本発明の照明装置の一構成例である電気スタンドを示す図である。
【図３４】（Ａ）、（Ｂ）本発明の照明装置の一構成例である電気スタンドを示す図である。
【図３５】（Ａ）、（Ｂ）本発明の照明装置の一構成例であるシーリングライトを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
本実施形態では、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いて好適な面光源装置の一例を示す。
図１は、本実施形態の面光源装置を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図３は、本実施形態の面光源装置における一つの光源を示す斜視図である。図４（Ａ）は図３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、図４（Ｂ）は図３のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３３】
本実施形態の面光源装置１は、図１および図２に示すように、光源部２と、導光体３と、プリズムシート４（方向変更用部材）と、から構成されている。導光体３は、光源部２から射出された光を端面から入射させ、内部で伝播させる間に主面から射出させる機能を有する。プリズムシート４は、導光体３の主面から射出された光の進行方向を、主面の法線により近い方向に変更する機能を有する。なお、光源部２の詳細な構成は後述する。
【００３４】
導光体３は、例えばアクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂からなる板体である。導光体３は、光源部２が設けられた端面３ａに近い側から遠い側に向けて厚みが徐々に薄くなる楔形の形状を有している。すなわち、図２に示すように、後述する第１主面３ｂに垂直な面（ｙｚ平面）で切断したときの導光体３の断面形状は直角三角形である。導光板３の端面３ａは、光源部２から射出された光を入射させる光入射面である。導光板３の第１主面３ｂ（図２における上側の面）は、内部に入射した光を射出させる光射出面である。
【００３５】
なお、本実施形態において、導光体３の第１主面３ｂの面内における光の伝播方向をｙ軸方向、光の伝播方向と直交する方向をｘ軸方向、第１主面と直交する方向（導光体３の厚み方向）をｚ軸方向、と定義する。すなわち、本明細書における「光の伝播方向」とは、図２に示す導光体３のｙｚ断面内で光（１点鎖線の矢印Ｌで示す）が反射しつつ伝播する方向を意味するのではなく、導光体３の第１主面３ｂの法線方向から見て光が伝播する方向（実線の矢印Ｙで示す）を意味する。
【００３６】
導光体３の第１主面３ｂに対向する第２主面３ｃ（図２における下側の面）は、光の伝播方向において第１主面３ｂに対して一定の傾斜角をもって傾斜した傾斜面である。第１主面３ｂに対する第２主面３ｃの傾斜角θ１（第１主面３ｂと第２主面３ｃとのなす角度、導光体３の先端角と呼ぶ場合もある）は、例えば２°程度に設定される。第２主面３ｃには、例えばアルミニウム等の光反射率の高い金属膜からなる反射ミラー５が設けられている。反射ミラー５が設けられたことで、第２主面３ｃは、導光体３の内部を伝播する光を反射させる反射面として機能する。なお、反射ミラー５は、導光体３の第２主面３ｃに直接形成された金属膜であっても良いし、導光体３とは別体に作製した反射板を貼り合わせた構成であっても良い。
【００３７】
光源部２は、図１に示すように、複数の光源６が、光の伝播方向Ｙと直交する方向（ｘ軸方向）に１列に配列された構成を有している。光源６は、図３に示すように、高指向性用光源部１３と、広角用光源部１４と、から構成されている。高指向性用光源部１３は、射出光の角度分布が相対的に狭く、高い指向性を有する光を射出する。広角用光源部１４は、射出光の角度分布が相対的に広く、低い指向性を有する光を射出する。
本実施形態における「高指向性用光源部」は、特許請求の範囲における「第１の光源部」に相当する。本実施形態における「広角用光源部」は、特許請求の範囲における「第２の光源部」に相当する。
【００３８】
高指向性用光源部１３は、図３および図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のＬＥＤ７（第１の発光素子）と、シリンドリカルレンズ８（凸レンズ）と、凹面ミラー９と、を備えている。シリンドリカルレンズ８は、例えばアクリル樹脂、フェニール系もしくはジメチル系のシリコン樹脂等で構成されている。シリンドリカルレンズ８は、一方が凸面、他方が平坦面となったレンズ、いわゆる平凸レンズである。光は平坦面８ａから射出されるため、以降、この平坦面８ａを光射出面と称する。一方、凸面は、なだらかに湾曲した湾曲面となっている。
【００３９】
シリンドリカルレンズ８をｘｙ平面で切断した断面形状を見ると、図４（Ａ）に示すように、凸面は焦点Ｐを有する曲線形状を有している。本実施形態の場合、具体的には、凸面８ｂの断面形状はパラボラ形状である。一方、シリンドリカルレンズ８をｙｚ平面で切断した断面形状を見ると、図４（Ｂ）に示すように、湾曲面８ｂは直線形状である。すなわち、シリンドリカルレンズ８の凸面８ｂは、ｘｙ平面内において曲率を持ち、ｙｚ平面内においては曲率を持たないパラボラ面である。
【００４０】
シリンドリカルレンズ８の凸面８ｂに沿って凹面ミラー９が設けられている。凹面ミラー９は、シリンドリカルレンズ８の凸面８ｂに直接形成されたアルミニウム等の光反射率の高い金属膜で構成されている。もしくは、凹面ミラー９は、ＥＳＲ等の誘電体多層膜で構成されていてもよい。シリンドリカルレンズ８の凸面８ｂと凹面ミラー９とが密着しているため、凹面ミラー９の形状は凸面８ｂの形状が反映されたパラボラ面となる。したがって、凹面ミラー９の焦点の位置はシリンドリカルレンズ８の焦点の位置と一致する。焦点を図４（Ａ）に点Ｐで示す。なお、シリンドリカルレンズ８の凸面８ｂに凹面ミラー９を直接形成する構成に代えて、シリンドリカルレンズ８とは別体に作製した凹面ミラーを貼り合わせた構成としても良い。
本実施形態における「凹面ミラー」は、特許請求の範囲における「角度分布変換部材」に相当する。
【００４１】
図４（Ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ８の光射出面８ａには、第１のＬＥＤ７を内部に挿入できるだけの深さを有する溝１０が設けられている。シリンドリカルレンズ８をｘｙ平面で切断したときの溝１０の底部の断面形状は円弧状に丸められている。溝１０の内部には、第１のＬＥＤ７が配置されている。第１のＬＥＤ７は、発光面７ａを凹面ミラー９に向けた姿勢で配置されている。また、第１のＬＥＤ７と凹面ミラー９およびシリンドリカルレンズ８とは、凹面ミラー９およびシリンドリカルレンズ８の焦点Ｐが発光面７ａ上に位置するように、互いの位置関係や寸法、形状等が設定されている。
本実施形態における「第１のＬＥＤ」は、特許請求の範囲における「第１の発光素子」に相当する。
【００４２】
第１のＬＥＤ７の発光面７ａが凹面ミラー９を向いていることにより、第１のＬＥＤ７の発光面７ａから射出された光の略全てが凹面ミラー９に向かい、凹面ミラー９で反射した後、シリンドリカルレンズ８の光射出面８ａから射出される。したがって、第１のＬＥＤ７の発光面７ａから射出された光のうち、凹面ミラー９で反射することなく、直接射出される光はほとんど存在しない。第１のＬＥＤ７は、特に指向性を有するものではなく、所定の拡散角で光を射出する一般的なＬＥＤを用いることができる。
【００４３】
本実施形態においては、図４（Ｂ）に示すように、各シリンドリカルレンズ８の上面から下面までを貫通するように溝１０が設けられている。第１のＬＥＤ７は、シリンドリカルレンズ８の上端から下端まで達するように、溝１０の全体にわたって設けられている。第１のＬＥＤ７に電流を供給するための正極側、負極側の２本の配線（図示略）は、シリンドリカルレンズ８の上端もしくは下端から引き出されている。２本の配線は、シリンドリカルレンズ８の上端もしくは下端のいずれか一方に揃えて引き出されていることが望ましい。第１のＬＥＤ７と溝１０との間には僅かな間隙１１が設けられている。この間隙１１には、光学接着剤等が充填されても良いし、何も充填されずに空気が存在していても良い。なお、本実施形態では、複数の別体のシリンドリカルレンズ８を連結した構成としたが、これら複数のシリンドリカルレンズを一体にした構成のレンチキュラーレンズを用いても良い。
【００４４】
広角用光源部１４は、図３および図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２のＬＥＤ１５を備えている。第２のＬＥＤ１５は、発光面１５ａを導光体３の端面３ａに向けた姿勢で配置されている。したがって、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とは、互いの発光面７ａ，１５ａと反対側の面同士が対向して接するように配置されている。言い換えると、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とは、背中合わせに配置されている。そのため、第２のＬＥＤ１５からの光は、シリンドリカルレンズ８や凹面ミラー９を通ることなく、導光体３に入射する。
【００４５】
第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５の高さ（ｚ軸方向の寸法）は、本実施形態のように異なっていてもよいし、同じであってもよい。第２のＬＥＤ１５に電流を供給するための配線（図示略）は、シリンドリカルレンズ８と導光体３との間隙から引き出されている。第２のＬＥＤ１５に電流を供給するための正極側、負極側の２本の配線（図示略）は、シリンドリカルレンズ８の上端もしくは下端から引き出されている。第１のＬＥＤ７と同様、２本の配線は、シリンドリカルレンズ８の上端もしくは下端のいずれか一方に揃えて引き出されていることが望ましい。第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とは、点灯／消灯を各々独立して制御できるようになっている。
【００４６】
第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａが導光体３の端面３ａを向いていることにより、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａから射出された光の略全てが導光体３に入射する。本実施形態の場合、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａは導光体３の端面３ａに当接しているが、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａは導光体３の端面３ａに必ずしも当接していなくてもよい。第２のＬＥＤ１５としては、所定の拡散角で光を射出する一般的なＬＥＤを用いることができる。
本実施形態における「第２のＬＥＤ」は、特許請求の範囲における「第２の発光素子」に相当する。
【００４７】
図１および図２に示すように、プリズムシート４は、導光体３の光射出面３ｂに対向する位置（図２における導光体３の上方）に設けられている。プリズムシート４は、光の伝播方向Ｙと直交する方向に延在する複数のプリズム構造体１１が一面に設けられたものである。プリズムシート４は、複数のプリズム構造体１１が設けられた面が導光体３の光射出面３ｂに対向するように配置されている。ｙｚ平面で切断した断面における一つのプリズム構造体１１の断面形状は直角三角形状である。プリズム構造体１１は、導光体３の光射出面３ｂに対して直交する第１面１１ａと、第１面１１ａに対して所定の先端角θ２をなす第２面１１ｂと、を有している。
【００４８】
以下、上記構成の面光源装置１の作用について説明する。
第１のＬＥＤ７の発光面７ａは所定の面積を有しているため、発光面７ａ上の全ての点が凹面ミラー９およびシリンドリカルレンズ８の焦点Ｐの位置に必ずしも一致するわけではない。ただし、以下では説明を簡単にするため、発光面７ａの面積が十分に小さく、発光面７ａが焦点Ｐと一致しているものとして説明する。
【００４９】
第１のＬＥＤ７の発光面７ａから発せられた光Ｌ１は、所定の拡散角をもって凹面ミラー９に向かい、凹面ミラー９で反射する。ここで、導光体３の光射出面３ｂに平行な平面（ｘｙ平面）内での光の振る舞いを考える。図４（Ａ）に示すように、発光面７ａの位置が焦点Ｐと一致しているため、第１のＬＥＤ７から発せられた光Ｌは、凹面ミラー９に対してどのような角度で入射したとしても、凹面ミラー９で反射した後は凹面ミラー９の光軸に平行な方向に進行する。したがって、第１のＬＥＤ７の発光面７ａから発せられた直後の拡散光は、凹面ミラー９で反射して平行化された光、すなわち高い指向性を持つ光に変換される。この光Ｌ１がシリンドリカルレンズ８の光射出面８ａから射出し、導光体３に入射する。
【００５０】
一方、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａから発せられた光Ｌ２は、所定の拡散角をもって導光体３に入射する。したがって、広角用光源部１４から射出された光Ｌ２の角度分布は、高指向性用光源部１３から射出された光Ｌ１の角度分布よりも広くなる。
【００５１】
次に、光の伝播方向Ｙに平行、かつ導光体３の光射出面３ｂに垂直な平面（ｙｚ平面）内での光の振る舞いを考える。図４（Ｂ）に示すように、ｙｚ平面内で見る限り、凹面ミラー９は曲率を有していないので、凹面ミラー９は平面ミラーのように機能する。すなわち、第１のＬＥＤ７から射出された光Ｌ１は、凹面ミラー９において入射角に等しい反射角で反射する。よって、光Ｌ１は、第１のＬＥＤ７の発光面７ａから発せられた直後の拡散角を維持したまま、シリンドリカルレンズ８から射出され、導光体３に入射する。
【００５２】
第２のＬＥＤ１５から射出された光Ｌ２は、発光面１５ａから発せられた直後の拡散角を維持したまま、導光体３の内部を伝播する。
【００５３】
以上をまとめると、高指向性用光源部１３については、シリンドリカルレンズ８の光射出面８ａから射出された時点において、光Ｌ１は、導光体３の光射出面３ｂに平行な平面（ｘｙ平面）内でのみ高い指向性を持ち、光の伝播方向Ｙに平行、かつ導光体３の光射出面３ｂに垂直な平面（ｙｚ平面）内では指向性を持たない。このような光Ｌ１が、光入射面（端面）３ａから導光体３に入射され、導光体３の内部を伝播する。
【００５４】
一方、広角用光源部１４については、光Ｌ２は、導光体３の光射出面３ｂに平行な平面（ｘｙ平面）内、および光の伝播方向Ｙに平行、かつ導光体３の光射出面３ｂに垂直な平面（ｙｚ平面）内の双方で指向性を持たない。このような光Ｌ２が、導光体３の内部を伝播する。
【００５５】
次に、導光体３の内部を伝播する光Ｌは、図２に示すように、第１主面３ｂ（光射出面）と第２主面３ｃ（反射面）との間で反射を繰り返しつつ、導光体３の内部を光の伝播方向Ｙ（図２の右側）に向けて進行する。仮に第１主面と第２主面とが平行であったとすると、光が反射を繰り返しても、第１主面および第２主面への光の入射角は変化しない。ところが、本実施形態の場合、導光体３は光入射面３ａ側から離れるにつれて厚みが徐々に薄くなる楔形であり、第１主面３ｂに対して第２主面３ｃが所定の傾斜角を有している。そのため、光Ｌは、第１主面３ｂおよび第２主面３ｃで反射する毎に第１主面３ｂおよび第２主面３ｃへの入射角が小さくなる。
【００５６】
ここで、例えば導光体３を構成するアクリル樹脂の屈折率が１．５、空気の屈折率を１．０とすると、導光体３の第１主面３ｂ（光射出面）における臨界角、すなわち導光体３を構成するアクリル樹脂と空気との界面における臨界角は、Snellの法則から４２°程度となる。導光体３に入射した直後の光が第１主面３ｂに入射した際、第１主面３ｂへの光Ｌの入射角が臨界角である４２°よりも大きい間は全反射条件を満たすため、光Ｌは第１主面３ｂで全反射する。その後、光Ｌが第１主面３ｂと第２主面３ｃとの間で反射を繰り返し、第１主面３ｂへの光Ｌの入射角が臨界角である４２°よりも小さくなった時点で全反射条件を満たさなくなり、光Ｌは外部空間に射出される。
【００５７】
すなわち、光Ｌは、第１主面３ｂへの入射角が臨界角よりも大きい間は導光体３の内部に閉じ込められ、第１主面３ｂへの入射角が臨界角よりも小さくなった時点で第１主面３ｂから順次射出される。光Ｌは第１主面３ｂから射出される際に屈折するので、第１主面３ｂへの入射角が４２°程度の光は、射出角が７０°程度の光となって射出される。このように、光の伝播方向Ｙに平行、かつ導光体３の光射出面３ｂに垂直な平面（ｙｚ平面）内で見たとき、光Ｌは導光体３に入射した時点では指向性を持たないが、導光体３から射出する時点では高い指向性を有する。
【００５８】
導光体３から射出するときの光Ｌの射出角は７０°程度であり、光Ｌはかなり水平に近い方向に射出される。したがって、プリズムシート４を用いて、導光体３から射出された光Ｌを導光体３の第１主面３ｂの法線方向に近い方向に立ち上げる。具体的には、先端角θ２が３８．５°程度のプリズム構造体１１を有するプリズムシート４を用い、光Ｌを、プリズム構造体１１の第１面１１ａから入射させ、第２面１１ｂで反射させることで、導光体３の第１主面３ｂに対して略法線方向に立ち上げることができる。
【００５９】
本実施形態の面光源装置１を、広い角度分布を有する拡散光を射出するモード、いわゆる広角モードで用いる場合、図５（Ａ）に示すように、第２のＬＥＤ１５を点灯させ、広角用光源部１４から光を射出させればよい。この場合、ｘｙ平面において広い角度分布を有する拡散光Ｌ２が射出される。そして、拡散光Ｌ２の光路が導光体３とプリズムシート４の作用によりｚ軸方向に立ち上げられたとき、ｘｚ平面において広い角度分布を有する拡散光Ｌ２が射出される。
【００６０】
これに対して、本実施形態の面光源装置１を、狭い角度分布を有する平行光に近い光を射出するモード、いわゆる高指向性モードで用いる場合、図５（Ｃ）に示すように、第１のＬＥＤ７を点灯させ、高指向性用光源部１３から光を射出させればよい。この場合、ｘｙ平面において狭い角度分布を有する平行光に近い光Ｌ１が射出される。そして、光Ｌ１の光路が導光体３とプリズムシート４の作用によりｚ軸方向に立ち上げられたとき、ｘｚ平面において狭い角度分布を有する拡散光Ｌ１が射出される。
【００６１】
また、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とは点灯、消灯が独立に制御できるため、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させることも可能である。その場合、図５（Ｂ）に示すように、広い角度分布を有する拡散光Ｌ２と狭い角度分布を有する平行光に近い光Ｌ１とが混在して導光体３から射出される。このとき、導光体３の第１主面３ｂの法線方向に多くの光が射出されつつ、全体として見れば、広い角度分布を有する射出光が得られる。したがって、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させた場合には広角モードとなる。
【００６２】
広角モード、高指向性モードのいずれの場合であっても、図示しないｙｚ平面内の角度分布については、楔状の導光体３を用いた効果により、ある程度狭い角度分布を有する光が射出される。
【００６３】
本発明者らは、本実施形態の面光源装置から射出される光の角度分布についてシミュレーションを行った。
シミュレーションには、照明設計解析ソフトウェア：Light Tools(ver7.2)を用いた。シミュレーションの条件は、導光体３の平面寸法を１３０ｍｍ（ｘ軸方向）×１３０ｍｍ（ｙ軸方向）、シリンドリカルレンズ８の幅（ｘ軸方向）を２６ｍｍ、シリンドリカルレンズ８の光軸上の奥行き（ｙ軸方向）を７．５ｍｍ、シリンドリカルレンズ８の高さ（ｚ軸方向）を４ｍｍ、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５との光射出面の幅（ｘ軸方向）を１ｍｍ、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５との光射出面の高さ（ｚ軸方向）を４ｍｍ、とした。光線の本数を１０００００本、ディテクターのメッシュを１°間隔に設定した。
【００６４】
図６は、ｘ軸方向における角度分布を広角モードと高指向性モードとで比較した図である。図６の横軸は導光体３の第１主面３ｂの法線方向を基準（０°）とした極角（°）を示し、図６の縦軸は最大輝度値を１として規格化した輝度を示す。図６の実線は広角モードでの角度分布を示し、図６の破線は高指向性モードでの角度分布を示す。
【００６５】
図６に示すように、本実施形態の面光源装置１は、広角モードにおいて、−６０°から＋６０°程度の範囲の極角にわたって０．２以上の輝度となる広い角度分布を示す。これに対して、本実施形態の面光源装置１は、高指向性モードにおいては、−３°から＋３°程度の範囲の極角にわたる狭い角度分布を示す。このようにして、本実施形態の面光源装置１は、広角モードと高指向性モードとで射出光の指向性を切り替えることができる。
【００６６】
図７は、高指向性モードにおける角度分布を、ｘ軸方向とｙ軸方向とで比較した図である。図７の横軸は導光体３の第１主面３ｂの法線方向を基準（０°）とした極角（°）を示し、図７の縦軸は最大輝度値を１として規格化した輝度を示す。図７の破線はｘ軸方向での輝度分布を示し、図７の実線はｙ軸方向での輝度分布を示す。
【００６７】
図７に示すように、ｘ軸方向の角度分布は図６に示す角度分布と同じものである。すなわち、本実施形態の面光源装置１は、−３°から＋３°程度の範囲の極角にわたる狭い角度分布を示す。これに対して、本実施形態の面光源装置１は、ｙ軸方向の角度分布については、ｘ軸方向の角度分布に比べると広がるものの、−１０°から＋２０°程度の範囲の極角にわたる狭い角度分布を示す。なお、ｙ軸方向の角度分布が非対称となるのは、射出光の光路をプリズムシート４で垂直方向に立ち上げたとしても、まだ立ち上げきれず、導光体３の端面３ａと反対側（極角が正となる側）に向けて射出する光の割合が多いからと思われる。
【００６８】
本実施形態の面光源装置１においては、２種類の指向性を切り替えるにあたって２組の導光体を用意し、これら２つの導光体を積層する必要がない。したがって、部品点数が多い、製造コストが高騰する、照明装置全体の厚さが厚くなる、などの従来の問題点を解決することができる。また、指向性の切り替え前後で光の伝播方向が変わらないため、導光体３から射出される光の輝度を均一にするための設計が、どちらのＬＥＤ７，１５からの光に対しても有効に働く。したがって、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保ちやすくなる。
【００６９】
本実施形態の場合、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とが背中合わせに配置されているため、凹面ミラー９の側から見ると、第２のＬＥＤ１５は第１のＬＥＤ７の裏側に隠れた状態となる。そのため、第１のＬＥＤ７を点灯させた際に、第１のＬＥＤ７の裏側の領域はもともと影となる領域であるから、第２のＬＥＤ１５による影がそれ以上に増えることがない。
【００７０】
［第１変形例］
上記実施形態では、楔状の導光体を用いたが、この構成に代えて、図８に示す導光体を用いてもよい。
本変形例の面光源装置１７の導光体１８は、図８に示すように、第１主面１８ｂ（光射出面）と対向する第２主面１８ｃ側に複数のプリズム構造体１９を備えている。各プリズム構造体１９は、光の伝播方向Ｙと直交する方向に延在している。ｙｚ平面で切断した断面におけるプリズム構造体１９の断面形状は直角三角形状である。プリズム構造体１９は、導光体１８の第１主面１８ｂに対して直交する第１面１９ａと、第１面１９ａに対して所定の先端角θ２をなす第２面１９ｂと、を有している。第２面１９ｂは、導光体１８の内部を伝播する光を反射させる反射面として機能する。
【００７１】
すなわち、楔状の導光体が連続した一つの反射面を有するのに対し、本変形例の導光体１８は分割された複数の反射面を有する。したがって、本変形例の導光体１８も、楔状の導光体と同様の作用により、射出光に高い指向性を与えることができる。
【００７２】
［第２変形例］
上記実施形態では、楔状の導光体を用いたが、この構成に代えて、図９に示す導光体を用いてもよい。
本変形例の面光源装置２１は、図９に示すように、第１主面２２ｂ（光射出面）と第２主面２２ｃとが平行な平行平板からなる導光体２２を備えている。導光体２２の第２主面２２ｃには、プリズム状の断面形状を有する複数の溝や印刷物（図示略）が設けられている。複数の溝や印刷物は、光源部２が設けられた端面２２ａに近い程密度が低く、端面２２ａから遠い程密度が高くなるように配置されている。導光体２２を伝播する光は、複数の溝や印刷物によって反射角度を変更され、導光体２２から射出される。
【００７３】
本変形例の面光源装置２１の場合も、指向性の切り替え前後で光の伝播方向Ｙが変わらないため、射出光の輝度を均一にするための複数の溝や印刷物の配置がどちらのＬＥＤ７，１５からの光に対しても有効に働く。したがって、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保ちやすくなる。
【００７４】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なるのみである。
図１０は、本実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。図１１は、本実施形態の面光源装置を示す平面図である。
図１０、図１１において第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
第１実施形態では、第２のＬＥＤが第１のＬＥＤと背中合わせに配置されていた。これに対して、本実施形態の面光源装置２４では、図１０、図１１に示すように、第２のＬＥＤ１５は、隣り合う２つの凹面ミラー９の境界に沿って配置されている。ただし、第２のＬＥＤ１５は、隣り合う２つの凹面ミラー９の全ての境界に配置されておらず、一つおきの境界に配置されている。本実施形態では、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５を同じ大きさとしたが、第１実施形態のように異なっていてもよい。
【００７６】
第２のＬＥＤ１５は、第１実施形態と同様、発光面１５ａが導光体３の端面３ａを向く姿勢で配置されている。ただし、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａがシリンドリカルレンズ８の光射出面８ａに対して充分な大きさを占める場合には、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａがシリンドリカルレンズ８を向いていてもよい。その場合、第２のＬＥＤ１５からの光Ｌ２は、シリンドリカルレンズ８に入射し、凹面ミラー９で反射した後に導光体３に入射する。ところが、第２のＬＥＤ１５の設置位置が凹面ミラー９の焦点から大きくずれているため、第２のＬＥＤ１５から射出されて凹面ミラー９で反射した光は平行化されることがない。その結果、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａをシリンドリカルレンズ８側に向けた場合も、第２のＬＥＤ１５からは拡散光が得られることになる。
【００７７】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、第１のＬＥＤ７を点灯させることにより高指向性モードの照明が実現でき、第２のＬＥＤ１５を点灯させることにより広角モードの照明が実現できる。また、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させた場合、広角モードの照明が実現できる点も第１実施形態と同様である。
【００７８】
本実施形態においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７９】
その他、本実施形態特有の効果として、以下の点が挙げられる。
シリンドリカルレンズ８から射出される光の輝度分布は、シリンドリカルレンズ８の中央部から射出される光の輝度が大きく、シリンドリカルレンズ８の端部から射出される光の輝度が小さくなる傾向を持っている。ここで、本実施形態の面光源装置２４の場合、第２のＬＥＤ１５が隣り合う２つの凹面ミラー９の境界に沿って配置されている。したがって、広角モードにおいて第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させたとすると、第１のＬＥＤ７による光の輝度が小さい領域に第２のＬＥＤ１５からの光が照射される。その結果、輝度ムラを低減することができる。
【００８０】
［第１変形例］
上記実施形態では、第２のＬＥＤ１５は、隣り合う２つの凹面ミラー９の境界のうち、一つおきの境界に配置されていた。この構成に代えて、第２のＬＥＤ１５を図１２に示す配置としてもよい。
本変形例の面光源装置２６は、図１２に示すように、第２のＬＥＤ１５が、隣り合う２つの凹面ミラー９の境界の全てに配置されている。したがって、一つの面光源装置２６において、第１のＬＥＤ７の数と第２のＬＥＤ１５の数は同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００８１】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１３、図１４（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なるのみである。
図１３は、本実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。図１４（Ａ）は、本実施形態の面光源装置を示す側面図である。図１４（Ｂ）は、本実施形態の面光源装置を示す平面図である。
図１３、図１４（Ａ）、（Ｂ）において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
第１実施形態では、第２のＬＥＤが第１のＬＥＤと背中合わせに配置されていた。これに対して、本実施形態の面光源装置２８では、図１３、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２のＬＥＤ１５は、シリンドリカルレンズ８の上面および下面と平行な方向に沿って配置されている。したがって、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とは、互いの長手方向が直交するように配置される。
【００８３】
凹面ミラー９は、図１４（Ａ）に示すように、ｙｚ平面で切断したときの断面形状が直線形状であって、導光体３の第１主面３ａに垂直な方向には曲率を持っていない。これにより、ｘｙ平面においては、凹面ミラー９は、ｚ軸方向に沿って連続して存在する焦点を有するが、ｙｚ平面においては、凹面ミラー９は、ｘ軸方向に沿って連続して存在する焦点を有していない。したがって、第１のＬＥＤ７がｚ軸方向に沿って配置されている場合、第１のＬＥＤ７の発光面７ａは凹面ミラー９の焦点と一致する。一方、第２のＬＥＤ１５がｘ軸方向に沿って配置されている場合、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａは凹面ミラー９の焦点からずれた位置となる。
【００８４】
第２のＬＥＤ１５は、第１実施形態と同様、発光面１５ａが導光体３の端面３ａを向く姿勢で配置されている。ただし、第２のＬＥＤ１５は、発光面１５ａがシリンドリカルレンズ８を向く姿勢で配置されていてもよい。その場合、第２のＬＥＤ１５からの光は、シリンドリカルレンズ８に入射し、凹面ミラー９で反射した後に導光体３に入射する。ところが、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａが凹面ミラー９の焦点からずれているため、第２のＬＥＤ１５から射出されて凹面ミラー９で反射した光は平行化されることがない。その結果、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａをシリンドリカルレンズ８側に向けた場合も、第２のＬＥＤ１５からは拡散光が得られることになる。
【００８５】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、第１のＬＥＤ７を点灯させることにより高指向性モードの照明が実現でき、第２のＬＥＤ１５を点灯させることにより広角モードの照明が実現できる。また、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させた場合、広角モードの照明が実現できる点も第１実施形態と同様である。
【００８６】
本実施形態においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８７】
［第１変形例］
上記実施形態では、一つの第２のＬＥＤがｘ軸方向に沿って配置されていた。この構成に代えて、第２のＬＥＤを図１５に示す構成としてもよい。
本変形例の光源３０は、図１５に示すように、複数個の第２のＬＥＤ１５がｘ軸方向に沿って所定の間隔をおいて配置されている。このように、複数個の第２のＬＥＤ１５を、点光源のように、シリンドリカルレンズ８の上面および下面と平行な方向に沿って配置してもよい。
【００８８】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１６、図１７を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なるのみである。
図１６は、本実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。図１７は、本実施形態の面光源装置を示す平面図である。
図１６、図１７において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
本実施形態の面光源装置３２の光源部３３において、図１６、図１７に示すように、第２のＬＥＤ１５は、複数のシリンドリカルレンズ８に跨って、各シリンドリカルレンズ８の上面および下面と平行な方向に長く延在して配置されている。
【００９０】
第２のＬＥＤ１５は、第１実施形態と同様、発光面１５ａが導光体３の端面３ａを向く姿勢で配置されている。ただし、第２のＬＥＤ１５は、発光面１５ａがシリンドリカルレンズ８を向く姿勢で配置されていてもよい。上述したように、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａをシリンドリカルレンズ８側に向けた場合も、第２のＬＥＤ１５からは拡散光が得られる。
【００９１】
第１のＬＥＤ７は、隣り合うシリンドリカルレンズ８において、シリンドリカルレンズ８の上部もしくは下部に交互に配置されている。第１のＬＥＤ７は、凹面ミラー９の焦点に位置していればよいため、必ずしもシリンドリカルレンズ８の上面および下面と垂直な方向（ｚ軸方向）に長く延在している必要はなく、このように点光源として設置されていてもよい。
【００９２】
本実施形態においても、第１実施形態と同様、第１のＬＥＤ７を点灯させることにより高指向性モードの照明が実現でき、第２のＬＥＤ１５を点灯させることにより広角モードの照明が実現できる。また、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させた場合、広角モードの照明が実現できる点も第１実施形態と同様である。
【００９３】
本実施形態においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９４】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１８〜図２１を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の導光体の構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なる。
図１８は、本実施形態の面光源装置における光源部を示す斜視図である。図１９（Ａ）は光源部の平面図であり、図１９（Ｂ）は光源部の側面図である。図２０は、高指向性用光源部における光の作用を説明するための図である。図２１は、本実施形態の効果を説明するための図である。
図１８〜図２１において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
本実施形態の面光源装置３５において、光源部３６は、図１８、図１９（Ｂ）に示すように、導光体３の厚さ方向（ｚ軸方向）に積層された高指向性用光源部３７（第１の光源部）と広角用光源部３８（第２の光源部）とから構成されている。本実施形態では、上段に高指向性用光源部３７が配置され、下段に広角用光源部３８が配置されている。ただし、これとは逆に、上段に広角用光源部３８が配置され、下段に高指向性用光源部３７が配置されていてもよい。
【００９６】
高指向性用光源部３７は、図１８、図１９（Ａ）に示すように、第１のＬＥＤ７（第１の発光素子）と、楔形導光棒３９（反射素子）と、入射角調整用プリズム４０と、を備えている。第１のＬＥＤ７は、楔形導光棒３９の長手方向の端面３９ａに設けられている。第１のＬＥＤ７は楔形導光棒３９と当接し、発光面７ａが楔形導光棒３９の端面３９ａを向く姿勢で固定されている。入射角調整用プリズム４０は、楔形導光棒３９と導光体３との間に配置されている。第１のＬＥＤ７には、拡散光を射出する一般のＬＥＤを用いることができる。
本実施形態の「楔形導光棒」は、特許請求の範囲における「角度分布変換部材」および「反射素子」に相当する。
【００９７】
楔形導光棒３９は、例えばアクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂からなる棒体である。楔形導光棒３９の構成材料は、導光体３と同様のものを用いることができる。楔形導光棒３９は、第１のＬＥＤ７が設けられた端面３９ａに近い側から遠い側に向けて幅（ｙ軸方向の寸法）が徐々に狭くなる楔形の形状を有している。すなわち、図１９（Ａ）に示すように、導光体３の第１主面３ａの法線方向から見たときの楔形導光棒３９の平面形状は直角三角形である。楔形導光棒３９の端面３９ａは、第１のＬＥＤ７から射出された光を入射させる光入射面である。楔形導光棒３９の第１側面３９ｂ（図１９（Ａ）における端面３９ａに垂直な面）は、内部に入射した光を射出させる光射出面である。
【００９８】
楔形導光棒３９の第１側面３９ｂに対向する第２側面３９ｃ（図１９（Ａ）における斜面）は、光の伝播方向Ｘにおいて第１側面３９ｂに対して一定の傾斜角をもって傾斜した傾斜面である。第２側面３９ｃには、例えばアルミニウム等の光反射率の高い金属膜からなる反射ミラーが設けられていてもよい。その場合、反射ミラーは、楔形導光棒３９の第２側面３９ｃに直接形成された金属膜であっても良いし、楔形導光棒３９とは別体に作製した反射板を貼り合わせた構成であっても良い。
【００９９】
入射角調整用プリズム４０は、複数のプリズム構造体４１が一面に設けられたものである。入射角調整用プリズム４０は、複数のプリズム構造体４１が設けられた面が楔形導光棒３９の光射出面３９ｂに対向するように配置されている。ｘｙ平面で切断した断面におけるプリズム構造体４１の断面形状は直角三角形状である。プリズム構造体４１は、楔形導光棒３９の光射出面３９ｂに対して直交する第１面４１ａと、第１面４１ａに対して所定の先端角θ３をなす第２面４１ｂと、を有している。
【０１００】
広角用光源部３８は、図１８、図１９（Ａ）に示すように、３個の第２のＬＥＤ１５を備えている。本実施形態では、第２のＬＥＤ１５として３個のＬＥＤを用いるが、ＬＥＤの個数は特に限定されない。第２のＬＥＤ１５は、発光面１５ａを導光体３の端面３ａに向けた姿勢で配置されている。したがって、第２のＬＥＤ１５から射出された光は、楔形導光棒３９や入射角調整用プリズム４０を通ることなく、導光体３に入射する。第２のＬＥＤ１５には、拡散光を射出する一般のＬＥＤを用いることができる。
【０１０１】
以下、上記構成の面光源装置３５の作用について説明する。
最初に、高指向性用光源部３７について、図２０を用いて説明する。
第１のＬＥＤ７から射出された光Ｌ１は、楔形導光棒３９に入射し、楔形導光棒３９の内部をｘ軸方向に伝播する。楔形導光棒３９の内部を伝播する光Ｌ１は、図２０に示すように、第１側面３９ｂ（光射出面）と第２側面３９ｃ（反射面）との間で反射を繰り返しつつ、楔形導光棒３９の内部を光の伝播方向Ｘ（図２０の上側）に向けて進行する。仮に第１側面と第２側面とが平行であったとすると、光が反射を繰り返しても、第１側面および第２側面への光の入射角は変化しない。ところが、楔形導光棒３９は端面３９ａ側から離れるにつれて幅が徐々に狭くなっている。すなわち、第１側面３９ｂに対して第２側面３９ｃが所定の傾斜角を有している。そのため、光Ｌ１は、第１側面３９ｂおよび第２側面３９ｃで反射する毎に第１側面３９ｂおよび第２側面３９ｃへの入射角が小さくなる。
【０１０２】
ここで、例えば楔形導光棒３９を構成するアクリル樹脂の屈折率が１．５、空気の屈折率を１．０とすると、楔形導光棒３９の第１側面３９ｂ（光射出面）における臨界角、すなわち楔形導光棒３９を構成するアクリル樹脂と空気との界面における臨界角は、Snellの法則から４２°程度となる。楔形導光棒３９に入射した直後の光が第１側面３９ｂに入射した際、第１側面３９ｂへの光Ｌ１の入射角が臨界角である４２°よりも大きい間は全反射条件を満たすため、光Ｌ１は第１側面３９ｂで全反射する。その後、光Ｌ１が第１側面３９ｂと第２側面３９ｃとの間で反射を繰り返し、第１側面３９ｂへの光Ｌ１の入射角が臨界角である４２°よりも小さくなった時点で全反射条件を満たさなくなり、光Ｌ１は第１側面３９ｂから外部空間に射出される。
【０１０３】
すなわち、光Ｌ１は、第１側面３９ｂへの入射角が臨界角よりも大きい間は楔形導光棒３９の内部に閉じ込められ、第１側面３９ｂへの入射角が臨界角よりも小さくなった時点で第１側面３９ｂから順次射出される。光Ｌ１は第１側面３９ｂから射出される際に屈折するので、第１側面３９ｂへの入射角が４２°程度の光は、射出角が７０°程度の光となって射出される。このようにして、光の伝播方向Ｘに平行、かつ楔形導光棒３９の光射出面３９ｂに垂直な平面（ｘｙ平面）内で見たとき、光Ｌは楔形導光棒３９に入射した時点では指向性を持たないが、楔形導光棒３９から射出する時点では高い指向性を有することになる。
【０１０４】
楔形導光棒３９から射出するときの光Ｌ１の射出角は７０°程度であり、光Ｌ１は楔形導光棒３９の先端側に向けて射出される。したがって、入射角調整用プリズム４０を用いて、楔形導光棒３９から射出された光Ｌ１を導光体３の端面３ａ（光入射端面）の法線方向に近い方向に立ち上げる。具体的には、先端角θ２が３８．５°程度のプリズム構造体４１を有する入射角調整用プリズム４０を用い、光Ｌ１を、プリズム構造体４１の第１面４１ａから入射させ、第２面４１ｂで反射させることで、導光体３の端面３ａに対して略法線方向に立ち上げることができる。このようにして、入射角調整用プリズム４０は、高い指向性を保ったまま、導光体３の端面３ａに入射する光の入射角を調整することができる。
【０１０５】
一方、広角用光源部３８については、図１８に示すように、第２のＬＥＤ１５の発光面１５ａから発せられた光Ｌ２は、所定の拡散角をもって導光体３に入射する。したがって、広角用光源部３８から射出された光Ｌ２の角度分布は、高指向性用光源部３７から射出された光Ｌ１の角度分布よりも広くなる。
【０１０６】
以上をまとめると、高指向性用光源部３７については、入射角調整用プリズム４０から射出された時点において、光Ｌ１は、導光体３の光射出面３ｂに平行な平面（ｘｙ平面）内でのみ高い指向性を持ち、導光体内部での光の伝播方向に平行、かつ導光体３の光射出面３ｂに垂直な平面（ｙｚ平面）内では指向性を持たない。このような光Ｌが、光入射面（端面）３ａから導光体３に入射され、導光体３の内部を伝播する。
【０１０７】
一方、広角用光源部３８については、光Ｌは、導光体３の光射出面３ｂに平行な平面（ｘｙ平面）内、導光体３の内部での光の伝播方向に平行、かつ導光体３の光射出面３ｂに垂直な平面（ｙｚ平面）内の双方で指向性を持たない。このような光Ｌが、導光体３の内部を伝播する。
【０１０８】
以下、各光源部３７，３８からの光Ｌ１，Ｌ２が導光体３およびプリズムシート４０から外部空間に射出されるまでの振る舞いは、第１実施形態と同様である。本実施形態においても、第１実施形態と同様、高指向性用光源部３７の第１のＬＥＤ５を点灯させることにより高指向性モードの照明が実現でき、広角用光源部３８の第２のＬＥＤ１５を点灯させることにより広角モードの照明が実現できる。また、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とを同時に点灯させた場合、広角モードの照明が実現できる点も第１実施形態と同様である。
【０１０９】
本実施形態においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１０】
その他、本実施形態特有の効果として、以下の点が挙げられる。
第１のＬＥＤ７からの射出光に指向性を与える手段として、第１〜第４実施形態のような凹面ミラー９およびシリンドリカルレンズ８を用いた場合、図２１の右側に示すように、凹面ミラー９およびシリンドリカルレンズ８の曲面形状に起因して、導光体内部の光の伝播方向（ｙ軸方向）の光源６の寸法はある程度大きくなる。これに対して、本実施形態のような楔形導光棒３９を用いた場合、図２１の左側に示すように、ｘ軸方向の寸法を同じにしたとしても、導光体内部の光の伝播方向（ｙ軸方向）の寸法を凹面ミラー９の場合に比べて小さくすることができる。その結果、本実施形態によれば、面光源装置の小型化を図ることができる。
【０１１１】
［第１変形例］
上記実施形態の面光源装置は、高指向性用光源部として、第１のＬＥＤと楔形導光棒からなるユニットを１組備えていた。この構成に代えて、高指向性用光源部を図２２に示す構成としてもよい。
本変形例の面光源装置４３は、図２２に示すように、高指向性用光源部３７として、第１のＬＥＤ７と楔形導光棒３９とからなるユニットを複数組備えている。本変形例では、３組のユニットを備えているが、ユニットの数は特に限定されない。
【０１１２】
本変形例の面光源装置４３によれば、第１のＬＥＤ７の数が上記実施形態の面光源装置に比べて多くなるため、高指向性用光源部３７から射出される光の量を増やすことができる。
【０１１３】
［第２変形例］
上記実施形態では、第１のＬＥＤからの射出光に指向性を与える手段として、楔状導光棒３９を用いたが、これに代えて、図２３に示す導光棒を用いてもよい。
本変形例の高指向性用光源部４５は、図２３に示すように、導光棒４６と、導光棒４６の長手方向の端面に設けられた第１のＬＥＤ７と、を備えている。導光棒４６は、第１側面４６ｂ（光射出面）と対向する第２側面４６ｃ側に複数のプリズム構造体４７が設けられている。プリズム構造体４７の平面形状は直角三角形状である。プリズム構造体４７は、第１面４７ａと、第１面４７ａに対して所定の先端角をなす第２面４７ｂと、を有している。第２面４７ｂは、導光棒４６の内部を伝播する光を反射させる反射面として機能する。
【０１１４】
すなわち、楔状導光棒３９が連続した一つの反射面を有するのに対し、本変形例の導光棒４６は分割された複数の反射面を有する。したがって、本変形例の導光棒４６も、楔状導光棒３９と同様の作用により、射出光に高い指向性を与えることができる。
【０１１５】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図２４、図２５を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の導光体の構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なる。
図２４は、本実施形態の面光源装置における光源部を示す分解斜視図である。図２５（Ａ）は光源部の平面図であり、図２５（Ｂ）は光源部の側面図である。
図２４、図２５（Ａ）、（Ｂ）において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１６】
本実施形態の面光源装置４９において、光源部５０は、図２４、図２５（Ｂ）に示すように、導光体３の厚さ方向（ｚ軸方向）に積層された高指向性用光源部５１（第１の光源部）と広角用光源部５２（第２の光源部）とから構成されている。本実施形態では、下段に高指向性用光源部５１が配置され、上段に広角用光源部５２が配置されている。ただし、これとは逆に、下段に広角用光源部５２が配置され、上段に高指向性用光源部５１が配置されていてもよい。
【０１１７】
高指向性用光源部５１は、図２４、図２５（Ａ）に示すように、第１のＬＥＤ７（第１の発光素子）と、楔形導光棒３９（反射素子）と、入射角調整用プリズム４０と、を備えている。すなわち、高指向性用光源部５１の構成は第５実施形態と同一である。
【０１１８】
広角用光源部５２は、第２のＬＥＤ１５（第２の発光素子）と、楔形導光棒３９（反射素子）と、光散乱部材５３と、を備えている。第２のＬＥＤ１５と楔形導光棒３９とを備えただけの構成では、光の射出方向こそ異なるものの、高指向性用光源部５１と同様に高い指向性の光が得られることになる。そこで、広角用光源部５２においては、楔形導光棒３９の光射出側に光散乱部材５３が配置されている。光散乱部材５３は、表面に光を散乱させるための加工が施された光透過性の部材である。光を散乱させるための加工は、具体的には印刷、研磨、凹凸形状の付与等の手法により行われている。なお、光散乱部材５３の散乱特性は、前方散乱する光の割合をできるだけ多くし、後方散乱する光の割合をできるだけ少なくするように調整されることが望ましい。
【０１１９】
高指向性用光源部５１と広角用光源部５２とは、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とが反対側に位置するように配置されている。したがって、高指向性用光源部５１、広角用光源部５２の各々の楔形導光棒３９も逆向きに配置されている。この構成であれば、第１のＬＥＤ７に電流を供給する配線（図示略）と第２のＬＥＤ１５に電流を供給する配線（図示略）が干渉しないため、好ましい。ただし、第１のＬＥＤ７と第２のＬＥＤ１５とが同じ側に位置してもよい。
【０１２０】
この構成によれば、広角用光源部５２において、楔形導光棒３９の第１側面３９ｂから射出された光は、光散乱部材５３を透過するときに散乱されて射出される。よって、最終的に広角用光源部５２から射出される光の角度分布は、高指向性用光源部５１から射出される光の角度分布に比べて広くなる。
本実施形態の「光散乱部材」は、特許請求の範囲の「角度分布変換部材」に相当する。ただし、第１〜第５実施形態で用いられた各種の角度分布変換部材は指向性が低い光を入射させ、その光の指向性を高くする方向に機能する。これに対して、本実施形態の光散乱部材５３は、指向性が高い光を入射させ、その光の指向性を低下させる方向に機能する。
【０１２１】
本実施形態においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２２】
［第１変形例］
上記実施形態の面光源装置は、高指向性用光源部として、第１のＬＥＤと楔形導光棒とからなるユニットを１組備え、広角用光源部として、第１のＬＥＤと楔形導光棒と光散乱部材とからなるユニットを１組備えていた。この構成に代えて、光源部を図２６に示す構成としてもよい。
本変形例の面光源装置５５は、図２６に示すように、高指向性用光源部５１として、第１のＬＥＤ７と楔形導光棒３９とからなるユニットを複数組備えている。また、広角用光源部５２として、第２のＬＥＤ１５と楔形導光棒３９と光散乱部材５３とからなるユニットを複数組備えている。本変形例では、各光源部５１，５２とも３組のユニットを備えているが、ユニットの数は特に限定されない。
【０１２３】
本変形例の面光源装置５５によれば、ＬＥＤの数が上記実施形態の面光源装置に比べて多くなるため、各光源部から射出される光の量を増やすことができる。
【０１２４】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図２７を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の導光体の構成は第１実施形態と同様であり、光源部の構成が第１実施形態と異なる。
図２７（Ａ）は、本実施形態の面光源装置における光源部を示す平面図であり、図２７（Ｂ）は光源部の側面図である。
図２７（Ａ）、（Ｂ）において、上記実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１２５】
本実施形態の面光源装置５７において、光源部５８は、図２７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数の高指向性用光源部５９（第１の光源部）と複数の広角用光源部６０（第２の光源部）とを備えている。複数の高指向性用光源部５９および複数の広角用光源部６０は、導光体３の内部の光の伝播方向Ｙに垂直な方向（ｘ軸方向）に沿って交互に配置されている。
【０１２６】
図２７（Ａ）に示すように、高指向性用光源部５９は、第１のＬＥＤ７（第１の発光素子）と、平行化レンズ６１と、を備えている。第１のＬＥＤ７には、拡散光を射出する一般のＬＥＤを用いることができる。平行化レンズ６１は、第１のＬＥＤ７から射出された光を略平行化する機能を有する。平行化レンズ６１は、導光体３の端面３ａに接するように配置されている。第１のＬＥＤ７は、平行化レンズ６１の焦点距離分だけ平行化レンズ６１から離れた位置に配置されている。
本実施形態における「平行化レンズ」は、特許請求の範囲における「角度分布変換部材」に相当する。
【０１２７】
広角用光源部６０は、第２のＬＥＤ１５（第２の発光素子）を備えている。第２のＬＥＤ１５には、拡散光を射出する一般のＬＥＤを用いることができる。第２のＬＥＤ１５は、発光面が導光体３の端面３ａに接するように配置されている。
【０１２８】
高指向性モードにおいては、第１のＬＥＤ７を点灯させると、第１のＬＥＤ７から射出された光Ｌ１が平行化レンズ６１によって略平行化され、導光体３に入射される。広角モードにおいては、第２のＬＥＤ１５を点灯させると、第２のＬＥＤ１５から射出された拡散光Ｌ２が導光体３に入射される。広角モードにおいては、第１のＬＥＤ７、第２のＬＥＤ１５の双方を点灯させてもよい。
【０１２９】
本実施形態においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３０】
［第８実施形態］
以下、本発明の第８実施形態について、図２８〜図３０を用いて説明する。
本実施形態の面光源装置の構成は第１実施形態の第２変形例の図９に示す面光源装置と略同様である。
図２８（Ａ）は、本実施形態の面光源装置を示す平面図であり、図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図２９（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の面光源装置における照度分布のシミュレーション結果を示す図である。図３０（Ａ）〜（Ｃ）は、比較例の面光源装置における照度分布のシミュレーション結果を示す図である。
図２８（Ａ）、（Ｂ）において、図９と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１３１】
本実施形態の面光源装置８１は、図２８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１主面８２ｂ（光射出面）と第２主面８２ｃとが平行な平行平板からなる導光体８２を備えている。導光体８２の第１主面８２ｂには、光の伝播方向Ｙと垂直な方向（ｘ軸方向）に延在する複数の光取り出し用プリズム８３が所定の間隔をおいて設けられている。光取り出し用プリズム８３は、導光体８２と同じ屈折率を有する材料で構成されることが望ましい。光取り出し用プリズム８３の断面形状は、導光体８２の第１主面８２ｂに接する側の幅が狭く、第１主面８２ｂと反対側の幅が広い形状、いわゆる逆テーパ形状である。
【０１３２】
複数の光取り出し用プリズム８３は、等間隔に配置されていない。すなわち、複数の光取り出し用プリズム８３は、光源部２が設けられた導光体８２の端面８２ａに近いほど密度が低く、端面８２ａから遠いほど密度が高くなるように設けられている。光源部２から射出された光Ｌは、導光体８２の内部を伝播する間に、複数の光取り出し用プリズム８３のうちのいずれかに入射する。光取り出し用プリズム８３に入射した光Ｌは、反射面８３ａで反射した後、角度を変え、導光体８２の外部に取り出される。
【０１３３】
本実施形態の面光源装置８１においても、部品点数や製造コストの増大を招くことなく、指向性の切り替え前後で輝度を均一に保つことができる面光源装置が実現できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３４】
特に本実施形態の場合、高指向性用光源部１３と広角用光源部１４とが導光体８２の一つの端面８２ａに配置されているため、以下の効果を得ることができる。
一般に、導光体の端面に光源を配置した場合、光の取り出し量は、導光体の光射出面のうち、光源に近い側で多く、光源に遠い側では少ない傾向を示す。したがって、導光体の光射出面での照度分布が不均一になる。そこで、本実施形態のように、複数の光取り出し用プリズム８３を、導光体８２の端面８２ａに近いほど密度が低く、端面８２ａから遠いほど密度が高くなるように配置することで、照度分布をより均一にすることができる。
【０１３５】
ここで、例えば特許文献３に記載の照明装置のように、導光体の異なる端面に２つの光源部が配置されていたとすると、照度分布を均一にするための複数の光取り出し用プリズム８３の配置がいずれか一方の光源部に対してしか働かない。これに対し、本実施形態の面光源装置８１では、高指向性用光源部１３と広角用光源部１４とが導光体８２の一つの端面８２ａに配置され、指向性の切り替え前後で光の伝播方向Ｙが変わらない。そのため、照度分布を均一にするための複数の光取り出し用プリズム８３の配置がどちらの光源部１３，１４に対しても有効に働く。したがって、指向性の切り替え前後で照度分布を均一に保ちやすくなる。
【０１３６】
本発明者らは、本実施形態の面光源装置と比較例の面光源装置に対して、光射出面での照度分布についてシミュレーションを行った。
シミュレーションには、照明設計解析ソフトウェア：Light Tools(ver7.2)を用いた。シミュレーションの条件は第１実施形態と同様に設定した。
【０１３７】
図２９（Ａ）は、本実施形態の面光源装置を示しており、高指向性用光源部１３と広角用光源部１４とからの光を、導光体８２の一つの端面８２ａから入射させている。図２９（Ｂ）は、高指向性用光源部１３からの光による照度分布を示し、図２９（Ｃ）は、広角用光源部１４からの光による照度分布を示している。
【０１３８】
図２９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、今回のシミュレーションでは、複数の光取り出し用プリズム８３の配置が充分に最適化されておらず、照度分布が充分に均一化できなかった。しかしながら、本実施形態の面光源装置では、指向性の切り替え前後で照度分布がほとんど変化しないことが確認された。したがって、複数の光取り出し用プリズム８３の配置が充分に最適化されれば、高指向性モードにおいても広角モードにおいても、照度分布が充分に均一化できる感触を得た。
【０１３９】
これに対して、図３０（Ａ）は、比較例の面光源装置を示しており、高指向性用光源部からの光を導光体８２の端面８２ａから入射させ、広角用光源部からの光を導光体８２の端面８２ｄから入射させている。図３０（Ｂ）は、広角用光源部からの光による照度分布を示している。
【０１４０】
比較例の面光源装置では、端面８２ａに配置された高指向性用光源部からの光に対して、光取り出し用プリズム８３の配置が最適化されている。したがって、広角用光源部からの光に対しては、図３０（Ｂ）に示すように、高指向性用光源部に近い側で光の取り出し量が多く、光源に遠い側では光の取り出し量が少なくなった。このように、比較例の面光源装置では、指向性の切り替え前後で照度分布が大きく変化し、いずれか一方のモードで照度分布が不均一になることが判った。
【０１４１】
［第９実施形態］
以下、本発明の第９実施形態について、図３１、図３２を用いて説明する。
第９実施形態では、上記実施形態の面光源装置を備えた表示装置の一例を示す。本実施形態は、第１実施形態の面光源装置をバックライトとして備えた液晶表示装置の一例である。
【０１４２】
本実施形態の液晶表示装置６５は、図３１に示すように、バックライト６６（面光源装置）と、第１偏光板６７と、液晶パネル６８と、第２偏光板６９と、から構成されている。なお、図３１では、液晶パネル６８を模式的に１枚の板状に図示している。観察者は、第２偏光板６９が配置された図３１における液晶表示装置６５の上側から表示を見ることになる。よって、以下の説明では、第２偏光板６９が配置された側を視認側と称し、バックライト６６が配置された側を背面側と称する。
【０１４３】
本実施形態の液晶表示装置６５においては、バックライト６６から射出された光を液晶パネル６８で変調し、変調した光によって所定の画像や文字等を表示する。
液晶パネル６８としては、例えばアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを用いることができる。ただし、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限らず、例えば半透過型（透過・反射兼用型）液晶パネル、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。液晶パネル６８には周知の一般的な液晶パネルを用いることができるため、詳細な構成の説明は省略する。
【０１４４】
本構成例の液晶テレビジョン７０は、図３２に示すように、表示画面として本実施形態の液晶表示装置６５を備えている。観察者側（図３２の手前側）には液晶パネル６８が配置され、観察者と反対側（図３２の奥側）にはバックライト６６（面光源装置）が配置されている。
【０１４５】
本実施形態の液晶表示装置６５では、指向性の切り替えが可能な第１実施形態の面光源装置１からなるバックライト６６を用いているため、バックライト６６を高指向性モードとすることにより、例えば一人の観察者が画面の正面から液晶テレビジョンを見る際に好適なものとなる。また、バックライト６６を広角モードとすることにより、例えば多くの観察者が画面の様々な方向から液晶テレビジョンを見る際に好適なものとなる。
【０１４６】
［第９実施形態］
以下、本発明の第９実施形態について、図３３、図３４を用いて説明する。
第９実施形態では、上記実施形態の面光源装置を備えた照明装置の一例を示す。
【０１４７】
図３３（Ａ）は、上記実施形態の光源部を備えた電気スタンド７５を示している。図３３（Ｂ）は、電気スタンド７５の光源部２を示しており、高指向性光源部１３と広角用光源部１４とを備えている。この電気スタンド７５では、光源部２を高指向性モードとすることにより、図３３（Ａ）に実線の矢印で示すように、狭い範囲を照明することができる。光源部２を広角モードとすることにより、図３３（Ａ）に破線の矢印で示すように、広い範囲を照明することができる。
【０１４８】
図３４（Ａ）は、照射面が円形の光源部２ａを備えた電気スタンド７６を示している。図３４（Ｂ）は、電気スタンド７６の光源部２ａを示しており、円形の凹面ミラーを有する高指向性光源部１３ａと広角用光源部１４ａとを備えている。この電気スタンド７６では、光源部２ａを高指向性モードとすることにより、図３４（Ａ）に１点鎖線の矢印で示すように、狭い範囲を照明することができる。光源部２ａを広角モードとすることにより、図３４（Ａ）に破線の矢印で示すように、広い範囲を照明することができる。
【０１４９】
図３５（Ａ）、（Ｂ）は、上記実施形態の面光源装置を備えたシーリングライト７７を示している。このシーリングライト７７では、面光源装置を高指向性モードとすることにより、図３５（Ａ）に示すように、狭い範囲を照明することができる。面光源装置を広角モードとすることにより、図３５（Ｂ）に示すように、広い範囲を照明することができる。
【０１５０】
以上のように、上記の光源部だけで照明装置を構成してもよいし、面光源装置で照明装置を構成してもよい。上記の光源部や面光源装置を照明装置として用いる場合、表示装置として用いる場合に比べて高い指向性は要求されない。したがって、光の出力を高めるために、大きめの光源を用いることができる。
【０１５１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第１〜第４実施形態においては、凹面ミラーの形状はパラボラ面であると述べた。これに対し、上記の実施形態で用いることが可能な凹面ミラーの形状は、必ずしもパラボラ面に限ることなく、放物面を含む概念として円錐曲面であれば良い。円錐曲面の頂点を通る断面の形状を示す曲線は二次曲線と呼ばれる。二次曲線は、円錐を任意の平面で切り取った断面から得られる曲線である。凹面ミラーの径方向の座標をρ、凹面ミラーの中心軸方向の座標をｚ、コーニック係数をｋとすると、二次曲線を下記の（１）式、（２）式で表すことができる。
【０１５２】
【数１】
2015038811.tif 000003
【数２】
2015038811.tif 000004
【０１５３】
（１）式、（２）式におけるコーニック係数ｋの値によって二次曲線の形状は変化する。二次曲線は、例えばｋ＝０のときに円となり、ｋ＝−０．２５のときに楕円曲線となり、ｋ＝−１のときに放物線となり、ｋ＝−２のときに双曲線となる。上記の実施形態では、これらの二次曲線をｘｙ平面における断面形状とする凹面ミラーを用いることができる。なお、第１実施形態でも述べたように、ＬＥＤからの光が到達する領域が少なくとも円錐曲面であれば良いので、ＬＥＤからの光が到達しない領域は例えば平坦な面であっても良い。
【０１５４】
また、凹面ミラーの内部に配置されたシリンドリカルレンズはなくてもよい。シリンドリカルレンズが配置されていた部分が中空であってもよい。その他、上記実施形態で例示した面光源装置の各構成要素の形状、数、配置、材質等に関しては、適宜変更が可能である。例えば、導光体、凹面ミラー、楔形導光棒等の部材には種々の材料を用いることができるが、これらの光源と接する部材には、耐熱性の高い材料を用いることが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマディスプレイなどの各種表示装置、もしくはこれらの表示装置に用いられる面光源装置、もしくは各種照明装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１５６】
１，１７，２１，２４，２６，２８，３２，３５，４３，４９，５５，５７，８１…面光源装置、２，２ａ，３３，３６，５０，５８…光源部、３，１８，２２，８２…導光体、４…プリズムシート（方向変更用部材）、７…第１のＬＥＤ（第１の発光素子）、８…シリンドリカルレンズ（凸レンズ）、９…凹面ミラー（角度分布変換部材）、１３，１３ａ，３７，４５，５１，５９…高指向性用光源部（第１の光源部）、１４，１４ａ，３８，５２，６０…広角用光源部（第２の光源部）、１５…第２のＬＥＤ（第２の発光素子）、１９…プリズム構造体、３９…楔形導光棒（角度分布変換部材）、４６…導光棒（角度分布変換部材）、５３…光散乱部材（角度分布変換部材）、６１…平行化レンズ（角度分布変換部材）、６５…液晶表示装置（表示装置）、６６…バックライト（面光源装置）、６８…液晶パネル、７５，７６…電気スタンド（照明装置）、７７…シーリングライト（照明装置）。
【図１】
2015038811.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015038811.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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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３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図２９】
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【図３０】
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