JP3562295B2

JP3562295B2 - 光指向性変換素子及び面状光源装置

Info

Publication number: JP3562295B2
Application number: JP06152298A
Authority: JP
Inventors: 圭史諫本; 正幸篠原; 茂青山
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: JPH11258412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバックライトや照明等に用いられ、光の指向性を変換するための光指向性変換素子及びこれを用いた面状光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来液晶表示素子にはバックライトが設けられている。バックライトは液晶の下面に設けられた光導光板よりほぼ一様な面状の光を出力するものである。バックライトとしては図１０（ａ）に示すように反射板１と導光板２及びその長軸方向に線状の光源３が設けられて構成される。携帯電話やＰＤＡ等ではこのように長軸方向に光源を設けるほうが電源回路の設置が容易であり、又線状の光源の場合には十分な設置スペースが確保されるために、この位置に設けられることが多い。導光板２の下面には図１０（ｂ）に示すように凹凸の加工や拡散反射インクのドット印刷によってランダムな拡散パターン２ａが形成される。拡散パターン２ａは光源３から離れるにつれて密となるように構成される。こうすれば光源３より出射した光は導光板２の上面及び下面で反射を繰り返しながら導光板内を進行し、拡散パターン２ａに達すれば光が直接又は反射板１を介して導光板２の上面に出射される。そのためこのようなバックライトでは、出射される光は図１０（ａ），（ｃ）に示すようにＸ軸の負方向に向いた指向特性を有するものとなる。
【０００３】
又導光型の面光源装置を効率化するために、反射板１と導光板４及び点光源を用いた面光源装置も知られている。この場合には、図１１に示すように導光板４は点光源５の位置を中心として同心円状のベクター結合パターン４ａを形成し、点光源５から離れるに従って円弧状の多数のパターンを配置しておくものとする。このため図１１（ｂ）に示すようにその面光源装置から出射される指向性は点光源からの方向によって夫々異なった位置で異なった方向の指向性を有することとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のバックライトでは、指向性は図１０（ｃ）に示すようにＸ軸の負方向に偏っているが、液晶表示装置は通常横長の画像を表示するため、左右方向に広がった指向性を持つように構成することが好ましい。即ち使用形態を考慮すると、図１２（ａ），（ｂ）に示すようにむしろＹ軸の正及び負方向に均等に指向性を持たせる必要がある。
【０００５】
光の指向性を変換するためには、図１３（ａ）に示すように平板の表面をのこぎり状に形成したプリズムや、図１３（ｂ）に示すように透明板の下面を三角波状に形成した１次方向拡散素子、及び図１３（ｃ）に示すように透明平板の表面にランダムな微小凹凸を形成した拡散板が用いられる。このうちプリズムを用いた場合には、図１３（ｄ）に変換後の指向特性を示すように、Ｘ軸方向に指向性をずらせることができるが、Ｙ軸方向に広がらせることができなかった。又１次方向拡散素子を用いた場合には図１３（ｅ）に示すようにＹ軸方向には光を拡散させることができるが、Ｘ軸方向に指向性をずらせることができなかった。更に拡散板では図１３（ｆ）に示すように全体に指向性を広げることができるが、Ｙ軸方向に指向性を広げることができない。このように拡散板を用いると光を全方向に拡散させるため、必要な領域に光が届くものの有効な光の光量を低下させてしまうという欠点があった。
【０００６】
又光導光板方式の面光源装置は、上述した液晶表示装置のバックライトだけでなく、将来照明装置として用いられることも予想される。このような照明装置では、ブレア光の防止や壁面での不必要なロスをなくするために、図１２（ｃ），（ｄ）に示すように中心付近に集中した光指向性パターンが望まれる。しかしながら拡散板を用いた場合には光を一様に拡散させるものとなり、中心付近にのみ集中した光を出力する効果が得られないという欠点があった。又プリズムや三角形型の１次元方向の光拡散素子を用いても中心付近に集中した指向性を得ることができないという欠点があった。
【０００７】
又ベクター結合パターンを有する面光源装置においては、中心のＺ軸方向に指向性を集中させるためには図１４に示すような同心円状のプリズムシート６を導光板２に重ねることで実現することができる。しかしこの場合には点光源５とプリズムの同心円の中心とを正確に一致させる必要があり、これが一致しない場合には所望の特性を得ることができないという欠点があった。
【０００８】
本発明はこのような従来の光拡散板等の問題点に鑑みてなされたものであって、バックライトや面状光源装置等に用いられ、面状光源の光の指向性パターンを所望のパターンにすることができる光指向性変換素子及びこれを用いた面状光源装置を提供することを技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、前記面状光源に重ねて配置される透明平板を有し、前記透明平板の面状光源に接しない面に、その面に垂直に屈折率が該透明平板より低い帯状の反射帯体を所定のパターンとして形成し、該反射帯体へ入射した光の反射によって前記面状光源の光を所望の指向性を持つ光に変換することを特徴とするものである。
【００１０】
本願の請求項２の発明は、請求項１の光指向性変換素子において、前記透明平板の反射帯体は、前記透明平板の表面に所定の深さで形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項３の発明は、請求項２の光指向性変換素子において、前記反射帯体は、前記透明平板に形成された溝であることを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項４の発明は、面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角（傾斜方向）を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、前記透明平板の前記面状光源に接しない面に、その面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、前記溝は、前記傾斜方向のうち前記透明平板の上面と平行な成分を正方向とし、前記正方向と逆の方向を負方向とするとき、前記正方向及び負方向に夫々同一の傾きを有する線状の一定深さの溝であり、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光を所望の指向性を持つ光に変換することを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項５の発明は、面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角（傾斜方向）を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、前記透明平板の前記面状光源に接しない面にその面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、前記溝は、前記傾斜方向のうち前記透明平板の上面と平行な成分を正方向とし、前記正方向と逆の方向を負方向とするとき、前記正方向及び負方向の少なくとも一方に約４５°の傾きを有する線状の一定深さの溝であり、光源光の指向性方向側の壁面を光源光の指向性方向及びこれと垂直方向の微小な直角プリズム状の壁面とし、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光を所望の指向性を持つ光に変換することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項６の発明は、面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角（傾斜方向）を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、前記透明平板の前記面状光源に接しない面にその面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、前記溝は、前記傾斜方向のうち前記透明平板の上面と平行な成分を正方向とするとき、前記正方向を対角線に持つ多角形から成る閉曲線で構成された線状の一定深さの溝であり、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光をその面に垂直な指向性を持つ光に変換することを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項７の発明は、その位置に応じて異なった指向性を有する光を発光する面状光源の光を面にほぼ垂直な指向性及びその周囲に拡散された一様な指向性を有する光に変換する光指向性変換素子であって、前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、前記透明平板の前記面状光源に接していない面にその面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、前記溝は、前記透明平板の上面から見て波形形状のラインから成り、微小な閉曲線パターンで構成された線状の一定深さの溝であり、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光をその面にほぼ垂直な指向性及びその周囲に拡散された一様な指向性を持つ光に変換することを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項８の発明は、出射面に垂直の方向から傾いた角を持つ方向に光を出射する面状光源の発光面に、請求項１〜７のいずれか１項記載の光指向性変換素子を重ね合わせて構成したことを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による光指向性変換素子を用いたバックライトの構成を示す斜視図である。バックライトは図１に示すように反射板１と導光板２とが重ね合わされており、線状の光源３がその長手方向に取付けられる。本図に示すように光指向性変換素子１０をバックライトの指向性変換に用いる場合には、導光板２の表面に光指向性変換素子１０を取付ける。光指向性変換素子１０は反射板１及び導光板２と同一の外形を有する長方形の平板状の素子であり、透明平板１１、例えばアクリル板で構成されている。この光指向性変換素子１０には図１（ｂ）に平行四辺形部分の拡大図、図１（ｃ）にその部分断面図を示すように、導光板２に接していない側の表面に一様なパターンの線状の溝１２を形成する。この実施の形態においては、溝１２はその上面から見てＸ軸方向に沿って三角波状で、Ｘ軸，Ｙ軸に対する角度が４５°の一様なパターンの溝とする。この溝１２は図２にその拡大図を示すように、Ｚ軸方向に一定の深さｈ_１、例えば２５０μｍの深さを有する溝であり、入射光の指向性の方向である−Ｘ軸方向から４５°傾いて一定のピッチａ_１、例えば１００μｍ単位で繰り返し三角形状に形成されている。そして各溝のＸの負方向から正方向に向いて見える壁面には、Ｘ軸に平行及びＹ軸に平行な一定の微小ピッチで直角プリズムに溝を形成する。図２（ａ），（ｂ）はこの部分の拡大図である。そして溝のピーク部分の幅はなるべく狭く、溝全体のピッチａ_１の１／５〜１／１０以下、例えば１５μｍとする。このような溝１２を光指向性変換素子１０の上面に一定の深さｈ_１で一様に形成しておく。
【００１８】
次にこの実施の形態による光指向性変換素子１０を用いたバックライトの指向性変換について説明する。導光板２より出射する光は図３（ａ）に示すように−Ｘ軸方向に指向性を有するものとなる。この光のうち図３（ｂ）に示すＸの負方向に偏った領域Ａ_０の光は一旦溝１２の平坦な面でＹ軸の正又は負方向に反射する。即ち図２（ａ），（ｂ）に示すように溝１２の壁面の上部に当たった光Ｌ_１やＬ_２は、＋Ｙ軸方向に反射してそのまま光指向性変換素子１０より外部に出射する。従ってＹ軸の正方向に反射する光となる。又図２の光Ｌ_３に示すように壁面の下方で反射した光は一旦Ｙ軸の正方向に反射し、次いで溝１２の細かい直角プリズム状の壁面によって−Ｙ軸方向に反射される。又こうして光指向性変換素子１０から出射されるため、−Ｘ軸方向の光は左右に分離されて変換後には図３（ｃ）に示すようにＹ軸の負及び正方向の領域Ａ_１，Ａ_２に分離することとなる。又Ｚ軸付近、即ち領域Ｂ_０の光はほとんど光指向性変換素子１０の溝で反射されないため、そのままＢ_１となる。更にＸ軸の正方向に偏った領域Ｃ_０の光は最初に図２（ｂ）に示す直角プリズム状の壁面に反射し、そのまま−Ｘ軸方向に反射するため、変換後では図３（ｃ）に領域Ｃ_１で示すように−Ｘ軸方向に位置することとなる。このため最終的には図３（ａ）の入射光パターンは、光指向性変換素子１０により図３（ｃ）に示すような指向性パターンに変換されることとなる。
【００１９】
ここで溝１２の深さｈ_１は図２（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向で隣接する壁面の最長の距離√２・ａ_１のＸの負方向への透過で壁面に当たるようにｈ_１を選択する必要がある。従って図１０（ａ）に示すように光の指向特性の傾き角の中心をαとすると、ｈ_１は以下の式を満足するように選択しておく。
ｈ_１＝√２ａ_１／ｔａｎ α
こうすれば傾き角αを有するＸ軸に平行な光は全ていずれかの壁面で反射されることとなり、図３に示すように指向性パターンが変換される。
【００２０】
この実施の形態では図１に示すように三角波状のパターンを一様に形成しているが、三角波状のパターンに限らず図４（ａ）に示すようにＶ形の多数の溝１３を図示のように並べて形成するようにしてもよい。この場合には各列のＶ字形の溝１３の中心部及び端部をＸ軸に平行な線上に一致させておく。又隣接する列のＶ字状溝の端部がＸ軸に平行な線上に並ぶように配置する。こうすればＸの負方向に向いた光はほぼ全てＶ字形の溝１３でＹ軸の正又は負方向に分離して反射されることとなる。又Ｘ軸の正方向を向いた光はＶ字形の溝１３で反射されるが、同一のＶ字溝で再度反射されてＸ軸の負方向に出射する。従って図３（ｃ）と同様の変換後のパターンが得られることとなる。
【００２１】
又図４（ｂ）に示すようにＸ，Ｙ平面で斜め方向に４５°の溝１４を形成し、各溝のＸの負方向側に微小な直角プリズム状の壁面を形成するようにしてもよい。この場合にも光拡散板の下方より溝の壁面に入射した光は壁面の上部であればＹ軸の負方向に反射して出射し、壁面の下方に入射した光は更に直角プリズム状の壁面で再び反射されてＹ軸の正方向に出射する。又Ｘ軸の正方向に指向性を有する光は直角プリズム状の壁面で反射されてＸ軸の負方向に出射する。図４（ｃ）の場合はこの逆となるが、いずれの場合も図３（ｃ）に示す指向特性を得ることができる。
【００２２】
又図１，図４（ｂ），（ｃ）のいずれの例についても、直角プリズム状の壁面はいずれか一方の方向にのみピッチを大きくした形状とすることもできる。この場合には左右の光の振り分け率を変化させることができる。
【００２３】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態による光指向性変換素子２０はＺ軸方向に指向性を集中させるようにした変換素子であり、図５はその面状光源装置に用いられる光指向性変換素子を示す斜視図である。この実施の形態においては、面状光源装置の上面にこの光指向性変換素子を取付けるものとする。面状光源装置はバックライトと同様に反射板１と導光板２とが接着して取付けられ、更にその一面に線状の光源３が取付けられる。この実施の形態による光指向性変換素子２０は図５（ａ）に示すように、指向性の偏りのある方向、即ち図の−Ｘ軸から±４５°傾けて直線状の溝２２をアクリル板等の透明平板２１に設けたものである。この溝２２は図５（ｂ）に平行四辺形部分の拡大図を示すように格子状とし、そのピッチをａ_２とする。この溝２２のギャップ及び深さｈ_２は一定とし、平行な壁面によって構成する。ここではピッチａ_２と深さｈ_２とは以下の関係を満たすものとする。
ｈ_２＝ａ_２／（√２ｔａｎ α）
【００２４】
次にこの実施の形態による光指向性変換素子を用いた面状光源の指向性変換について説明する。図６（ａ）に示すように四方を溝で囲まれた各正方形状の領域を各辺に平行な線分で等分して４領域に分割し領域Ａ〜Ｄとする。面状光源装置から出射される光の中心は−Ｘ軸方向にα傾いた光として、この光の指向性変換について図６（ｂ）を用いて説明する。光指向性変換素子２０の深さｈ_２の面内で領域Ａに入射した光Ｌ_Ａは、壁面２２ａでＹ軸方向に反射して光指向性変換素子２０から出射される。又領域Ｃに入射した光Ｌ_Ｃは壁面２２ｂで−Ｙ軸方向に反射して出射される。同様にして領域Ｄに入射した光Ｌ_Ｄは壁面２２ａ、次いで２２ｂで反射し、又は壁面２２ｂ、次いで２２ａで反射して＋Ｘ軸方向に反射する。領域Ｂに入射した光Ｌ_Ｂは壁面２２ａ，２２ｂでは反射せず、そのまま出射する。このため領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの光の指向性は夫々図７（ａ）〜（ｄ）に示すものとなる。又傾き角がαより十分小さいＺ軸付近の光は、これらの壁面に入射せずにそのまま外部に出射する。このため図７（ｅ）に示すように元の光の指向性が維持される。従ってこれらを合成した指向特性は図７（ｆ）に示すように中心付近に集中することとなり、中心付近のみが輝度の高い光指向性パターンが実現できることとなる。
【００２５】
尚この実施の形態においては指向性の偏った方向を対角線とする正方形状の閉曲線によって溝を形成しているが、指向性の方向及びこれと垂直な方向（この場合はＸ軸，Ｙ軸）に対称な六角形等の多角形で微小な一定ピッチの閉曲線によって溝を形成しても同様の効果が得られる。
【００２６】
図８は本発明の第３の実施の形態による光指向性変換素子３０を示す図である。この実施の形態においても前述した第１，第２の実施の形態と同様に、導光板２の上面に光指向性変換素子３０を配置するため、全体構成については省略する。この実施の形態による光指向性変換素子３０も他の実施の形態と同じく透明平板３１の上面に、図８（ａ）に示すように指向性に偏りのある−Ｘ軸方向から一定の角度、例えば±４５°の角度を基準線として図示のように全体として格子状の溝３２を設けたものである。この溝３２は側壁を平行なサインカーブ等の波形の形状とするが、そのＺ軸方向については常に垂直状態とし深さｈ_３は一定としておく。又前述した第２の実施の形態と同様に、一定のピッチａ_３で格子状のパターンを形成する。ここで溝の深さｈ_３を次式
ｈ_３＝√２ｍａ_３／ｔａｎ α （ｍは２以上の数）
を満足するようにしておく。
【００２７】
こうすれば光指向性変換素子３０の深さｈ_３に達した光が波形の空隙で反射されるため、図８（ｂ）に示すように全反射しながら面内方向（Ｘ−Ｙ平面内）で拡散反射される。そして複数回反射するため、入射光の指向性によらず、又導光板２の位置にかかわらず一様な指向性を持った出射光を得ることができる。又Ｚ軸方向の光は反射されないため、中心付近の光は入射光がそのまま出射する。このため図９（ａ）〜（ｃ）に示す入射光の指向性によらず、図９（ｄ）に示すように一定の拡散光が得られる。このため光源として面光源及び点光源のいずれを用いた場合でも、その位置にある光の指向性にかかわらず図９（ｄ）に示すようにＺ軸方向を中心とし、その周囲に広がったパターンを有する指向特性が得られることとなる。この場合には同心円状のプリズムシートを用いた場合に比べて、プリズムシートの同心円中心と点光源とを位置合わせする必要がないため、導光板上に容易に重ね合わせて取付けることができる。
【００２８】
尚この実施の形態では全体としてＸ，Ｙ軸から４５°傾けた格子状の溝を形成しているが、Ｘ軸，Ｙ軸に平行な正方形であってもよく、又多角形，円形としてもよい。この場合も透明平板の表面に一様に微小な大きさの閉曲線のパターンを形成し、各閉曲線の壁面に図８に示すような波形としておく。こうすることによって同様の効果が得られる。
【００２９】
尚前述した各実施の形態では、透明平板の上面に一定の深さの溝を形成し、その溝の形状によって光の指向性を変換するようにしているが、溝に代えて透明平板よりも低い屈折率を有する反射帯体を各実施の形態の溝と同様の形状として透明平板に充填したものとしてもよい。この場合には透明平板のＺ軸方向の全てに渡ってこのような反射帯体を設けるようにすることもできる。こうすれば透明平板を薄くすることができる。
【００３０】
尚前述した各実施の形態において、溝に入射した光はほとんど出射光とはならないためロスとなる。従って溝全体の面積を小さくするため、溝のギャップを小さくすることが好ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１〜３の発明によれば、透明平板の反射帯体で下方からの面状光源装置の光を反射させることによって、透明帯体の形状に基づき光の指向性を変換させることができる。従って任意の指向特性を得ることができる。又請求項４，５の発明によれば、面光源の指向性をこれと異なった方向に変換することができる。このため液晶表示板のバックライトの光源に用いた場合に、光指向性を所望の方向に変換することができる。又請求項６の発明によれば、特定の方向に指向性を有する面状光源の出射光を光源の面に垂直な方向に限定することができる。更に請求項７の発明では、異なった方向を有する面状光源の光をその位置にかかわらず光源の面に垂直な方向の光はそのまま保持しつつ、その周囲に低いレベルの拡散光を有する光源に変換することができるという効果が得られる。請求項８の光源装置では、このような指向性を有する面状の光源を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態による光指向性変換素子の使用状態を示す斜視図、（ｂ）はその指向性変換パターンを示す拡大図、（ｃ）はその断面図である。
【図２】（ａ）は本実施の形態による溝の構成を示す斜視図、（ｂ）はその立面図、（ｃ）は溝の深さと傾き角との関係を示す説明図である。
【図３】本実施の形態による指向性パターンの変換を示す図である。
【図４】本実施の形態による光指向性変換素子の他の溝のパターンを示す拡大図である。
【図５】（ａ）は本発明の第２の実施の形態による光指向性変換素子の使用状態を示す斜視図、（ｂ）はその指向性変換パターンを示す拡大図、（ｃ）はその断面図である。
【図６】第２の実施の形態による光指向性変換素子の各領域での光の反射状態を示す説明図である。
【図７】本実施の形態による指向性の変換パターンを示す説明図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による光指向性変換素子の指向性の変換パターンを示す拡大図である。
【図９】本実施の形態による指向性変換の状態を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は従来のバックライトの斜視図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその指向特性を示す図である。
【図１１】（ａ）は従来の点光源を用いた面光源装置の導光板のパターンを示す図、（ｂ）はその面光源装置の各位置における光の指向特性を示す図である。
【図１２】バックライト及び面状光源とその好ましい指向特性を示す図である。
【図１３】従来の光指向性変換素子とその変換後の指向特性を示す図である。
【図１４】従来のベクター結合パターンを用いた導光板の特性を改善するためのプリズムシートを示す図である。
【符号の説明】
１反射板
２，４導光板
３光源
５点状光源
１０，２０，３０光指向性変換素子
１１，２１，３１透明平板
１２，１３，１４，２２，３２溝

Claims

面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、
前記面状光源に重ねて配置される透明平板を有し、
前記透明平板の面状光源に接しない面に、その面に垂直に屈折率が該透明平板より低い帯状の反射帯体を所定のパターンとして形成し、該反射帯体へ入射した光の反射によって前記面状光源の光を所望の指向性を持つ光に変換することを特徴とする光指向性変換素子。
前記透明平板の反射帯体は、前記透明平板の表面に所定の深さで形成されていることを特徴とする請求項１記載の光指向性変換素子。
前記反射帯体は、前記透明平板に形成された溝であることを特徴とする請求項２記載の光指向性変換素子。
面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角（傾斜方向）を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、
前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、
前記透明平板の前記面状光源に接しない面に、その面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、
前記溝は、前記傾斜方向のうち前記透明平板の上面と平行な成分を正方向とし、前記正方向と逆の方向を負方向とするとき、前記正方向及び負方向に夫々同一の傾きを有する線状の一定深さの溝であり、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光を所望の指向性を持つ光に変換することを特徴とする光指向性変換素子。
面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角（傾斜方向）を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、
前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、
前記透明平板の前記面状光源に接しない面にその面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、
前記溝は、前記傾斜方向のうち前記透明平板の上面と平行な成分を正方向とし、前記正方向と逆の方向を負方向とするとき、前記正方向及び負方向の少なくとも一方に約４５°の傾きを有する線状の一定深さの溝であり、光源光の指向性方向側の壁面を光源光の指向性方向及びこれと垂直方向の微小な直角プリズム状の壁面とし、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光を所望の指向性を持つ光に変換することを特徴とする光指向性変換素子。
面状光源の出射面に垂直の方向から傾いた角（傾斜方向）を持つ光を、これと異なった方向に指向性を持つ光に変換する光指向性変換素子であって、
前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、
前記透明平板の前記面状光源に接しない面にその面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、
前記溝は、前記傾斜方向のうち前記透明平板の上面と平行な成分を正方向とするとき、前記正方向を対角線に持つ多角形から成る閉曲線で構成された線状の一定深さの溝であり、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光をその面に垂直な指向性を持つ光に変換することを特徴とする光指向性変換素子。
その位置に応じて異なった指向性を有する光を発光する面状光源の光を面にほぼ垂直な指向性及びその周囲に拡散された一様な指向性を有する光に変換する光指向性変換素子であって、
前記面状光源に重ねて配置される透明平板と、
前記透明平板の前記面状光源に接していない面にその面と垂直に一様なパターンで形成された溝とを有し、
前記溝は、前記透明平板の上面から見て波形形状のラインから成り、微小な閉曲線パターンで構成された線状の一定深さの溝であり、前記溝の壁面へ入射した光の反射によって前記面状光源の光をその面にほぼ垂直な指向性及びその周囲に拡散された一様な指向性を持つ光に変換することを特徴とする光指向性変換素子。
出射面に垂直の方向から傾いた角を持つ方向に光を出射する面状光源の発光面に、請求項１〜７のいずれか１項記載の光指向性変換素子を重ね合わせて構成したことを特徴とする面状光源装置。