JP5088451B2 - 面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は面光源装置及び液晶表示装置に関し、特に、光源の厚みよりも薄い導光板に光を効率良く入射させるための面光源装置の構造に関する。

図１にエッジライト型の面光源装置を用いた従来の液晶表示装置の概略図を示す。この液晶表示装置１１は、面光源装置１２と液晶パネル１５によって構成されている。

面光源装置１２は、透明樹脂によって成形された導光板１７の端面（光入射面）に対向させてＬＥＤ使用の点光源１８を配置し、導光板１７の上面（光出射面）に拡散板１３と２枚のプリズムシート１４を重ね、導光板１７の下面に反射板１６を対向させたものである。なお、点光源１８は基板２０に実装されている。液晶パネル１５は、リムシート１９（黒枠）を介してプリズムシート１４の上に配置されている。

しかして、点光源１８から出射した光は導光板１７の端面から導光板１７内に入射し、導光板１７内を伝搬して広がり、導光板１７の上面のほぼ全体から出射する。導光板１７の上面から出射した光は、拡散板１３およびプリズムシート１４を透過して液晶パネル１５を裏面側から照明する。また、導光板１７の下面から漏れた光は、反射板１６で反射されて再び導光板１７内に戻り、光が再利用される。

このような面光源装置１２では、輝度が均一であること、高輝度であること、コストが低廉であることのほか、発光面積が大きいこと（発光面以外の面積が小さいこと）や厚みの薄いことが求められる。特に、携帯用の機器に組み込まれる場合には、携帯用機器の薄型化に伴って面光源装置１２の薄型化の要求もますます高くなっている。

一般的な面光源装置の各部品のサイズは次の通りである。
基板と点光源の厚みの和 ６００μｍ
点光源の光出射窓の高さ ３００μｍ
プリズムシートの厚み ６２μｍ（１枚あたり）
拡散板の厚み ５５μｍ
導光板の厚み ３００〜６５０μｍ
反射板の厚み ６０μｍ
リムシートの厚み ５５μｍ

よって、面光源装置の厚みは、点光源側では６００μｍ程度あり、導光板側では、リムシートの厚みを除いても５３９μｍ〜８８９μｍくらいある。従って、面光源装置の大部分の面積を占める導光板側の厚みを薄くすることが望まれる。

面光源装置の厚み（以下、単に面光源装置の厚みというときには、面光源装置の導光板側の厚みをいうものとする。）の大部分を占めるものは導光板である。しかし、導光板の厚みを点光源の光出射窓の高さよりも薄くすると、点光源から出射された光のうち導光板に入射しない光が増加し、面光源装置の光利用効率が低下する。そのため、導光板の厚みは点光源の光出射窓の高さによって制約を受け、面光源装置の厚みを点光源の光出射窓の高さよりも薄くすることが困難であった。同様に、光源が冷陰極管の場合には、導光板の厚みを冷陰極管の直径よりも薄くすることは困難であった。

（特許文献１について）
図２は特開平５−５３１１１号公報（特許文献１）に開示された液晶表示装置２１の側面図である。この液晶表示装置２１に用いられている面光源装置２２では、蛍光管２３よりも厚みの薄い導光板に蛍光管２３からの光を効率よく入射させるため、導光板の厚みの薄い部分、すなわち導光板本体２４の端部にテーパー部２５を設けている。テーパー部２５の端面は蛍光管２３の直径にほぼ等しい高さを有しており、当該端面に蛍光管２３が対向している。そして、テーパー部２５の端面から入射した光は、テーパー部２５の表裏面で全反射することにより導光板本体２４へ導かれ、導光板本体２４の上面から液晶パネル２６へ向けて出射される。

特許文献１に開示されている面光源装置２２は、蛍光管２３の光を漏れなく導光板へ導くことを目的としている。そのため、テーパー部２５の端面の高さを蛍光管２３の直径にほぼ等しくし、蛍光管２３の光を漏れなくテーパー部２５へ導くようにしている。しかし、面光源装置２２では、テーパー部２５における光の漏れを防止できない。そのため、テーパー部２５から漏れた光が観察者側から光って見え、液晶表示装置２１の表示部（画面）の縁が高輝度で発光し、表示部の品質を劣化させる。

この面光源装置２２のような構造では、テーパー部２５からの光の漏れを防止できない理由を図３を用いて説明する。いま、テーパー部２５で最も漏れやすい光を考える。この最も漏れやすい光の漏れが防止されていれば、面光源装置２２ではテーパー部２５における光の漏れがないということになる。最も漏れやすい光は、蛍光管２３から出てテーパー部２５に入射した光のうちで入射角αが最も大きな光線Ｌであるので、テーパー部２５の端面に垂直な方向から測った入射角αが最大の光線Ｌがテーパー部２５で漏れず、かつ、導光板本体２４の厚みをできるだけ薄くできるような構造を考える。このような構造を求めるには、図３に示すように、最大の入射角αの光線Ｌがテーパー部２５の傾斜面の上端（Ａ点）で全反射した後、導光板下面のＢ点で再度全反射し、導光板本体２４のテーパー部２５に隣接する上面（Ｃ点）で反射されるための条件を考えればよい。なお、図３においては、テーパー部２５の端面部分に平板状の短い部分を表しているが、これは図示の都合上表したものであって、その長さは無限に短いと考えてよい。

まず、導光板に入射した光線の最大の入射角αは、
sinα＝１／ｎ …（数式１）
（ただし、ｎは導光板の屈折率）
によって決まる。

この最大入射角αの光線Ｌが傾斜角θのＡ点に入射する入射角は、９０°−θ−αであるから、当該傾斜面で光線が全反射する条件は、
θ≦９０°−２α …（数式２）
となる。

また、Ａ点で全反射した光がテーパー部２５の下面に入射する入射角は、９０°−２θ−αであるから、当該下面のＢ点で光線が全反射する条件は、
θ≦４５°−α …（数式３）
となる。この数式３を満たせば、Ｂ点で全反射した光は、導光板本体２４のＣ点でも全反射する。

よって、数式２及び数式３より、光線ＬがＡ点、Ｂ点及びＣ点で全反射するためには、
θ≦４５°−α …（数式４）
を満たせばよいことが分かる。しかし、テーパー部２５の傾斜角θが小さいと、テーパー部２５の傾斜面の上端で全反射した後、導光板の下面で全反射した光が再びテーパー部２５の傾斜面に入射してテーパー部２５から漏れる恐れがあり、また傾斜角θが小さいとテーパー部２５の長さが長くなるので、傾斜角θは数式４を満たす範囲内においてできるだけ大きいことが望ましい。従って、傾斜角θは、数式４を満たす限度でできるだけ大きい値とする。すなわち、
θ＝４５°−α …（数式５）
となる。

そして、テーパー部２５の端面の高さをＴ、テーパー部２５の長さをＸ、テーパー部２５の傾斜面の高低差をＹとすれば、図３よりテーパー部２５の長さＸと高低差Ｙは、図３より、
Ｘ＝Ｔcot（α＋２θ）＋（Ｔ−Ｙ）cot（α＋２θ）
＝（２Ｔ−Ｙ）cot（α＋２θ）
Ｙ＝Ｘtanθ
となる。これをＸ、Ｙについて解き、数式５を用いると、つぎの数式６、数式７のようになる。

また、導光板本体２４の厚みｔは、つぎの数式８で表される。

導光板材料としては、代表的な導光板材料であるアクリル樹脂またはポリカーボネイト樹脂（ＰＣ樹脂）を考え、導光板の屈折率を
ｎ＝１.４９（アクリル樹脂の場合）
ｎ＝１.５９（ポリカーボネイト樹脂の場合）
として計算すれば、最大の入射角αは数式１より、
α＝４２.１６°（アクリル樹脂の場合）
α＝３８.９７°（ポリカーボネイト樹脂の場合）
となる。数式３よりテーパー部２５の傾斜角θは、
θ＝２.８４°（アクリル樹脂の場合）
θ＝６.０３°（ポリカーボネイト樹脂の場合）
となる。

また、特許文献１では、テーパー部２５の端面の高さはＴ＝４.１０ｍｍと記載されているので、この高さＴの値と上記αの値を用い、数式６〜８により、テーパー部２５の長さＸと高低差Ｙ、導光板本体２４の厚みｔを求めるとつぎのとおりである。導光板材料がアクリル樹脂の場合には、Ｔ＝４.１０ｍｍ、α＝４２.１６°（ａ＝tanα＝０.９１）であるので、
Ｘ＝７.１０ｍｍ
Ｙ＝０.３５ｍｍ
ｔ＝３.７５ｍｍ
となる。
同様に、導光板材料がポリカーボネイト樹脂の場合には、Ｔ＝４.１０ｍｍ、α＝３８.９７°（ａ＝tanα＝０.８１）であるので、
Ｘ＝６.１１ｍｍ
Ｙ＝０.６５ｍｍ
ｔ＝３.４５ｍｍ
となる。
図４は上記のような計算結果をまとめたものである。

図４によれば、導光板本体２４の厚みｔは３.７５ｍｍ（アクリル樹脂の場合）、または３.４５ｍｍ（ポリカーボネイト樹脂の場合）となっている。これに対し、特許文献１に開示されている液晶表示装置２１では、テーパー部２５の端面の高さがＴ＝４.１０ｍｍに対して導光板本体２４の厚みがｔ＝２.２ｍｍと記載されている。このｔ＝２.２ｍｍという値は、上記計算で求めた厚みｔの値（図４のもの）よりもかなり薄いので、テーパー部２５から必ず光が漏れることになる。

よって、特許文献１に開示されている面光源装置２２では、テーパー部２５からの光の漏れを防止することができない。あるいは、特許文献１に開示されている面光源装置２２では、少なくともテーパー部２５からの光の漏れについては全く考慮されていない。

（特許文献２について）
図５は特開２００４−６９７５１号公報（特許文献２）の図１に開示された面光源装置を示す斜視図である。この面光源装置３１は、導光シート３２の端部に円錐状をした導光部３３を設け、導光部３３の端面（受光部３４）に対向させて点光源３５を配置している。この面光源装置３１でも、点光源３５と導光部３３の受光部３４とは同程度の高さとなっており、点光源３５の光を導光部３３から入射させて導光シート３２へ導くようにしている。

特許文献２に開示されている面光源装置３１は、点光源３５の光を漏れなく導光シート３２へ導くことを目的としている。そのため、受光部３４の高さを点光源３５の高さにほぼ等しくし、導光部３３のテーパーによって点光源３５の光を漏れなく導光シート３２へ導くようにしている。しかし、この面光源装置３１でも、円錐状をした導光部３３における光の漏れを防止できない。そのため、導光部３３から漏れた光が観察者側から光って見え、液晶表示装置の表示部（画面）の端が高輝度で発光し、表示部の品質を劣化させる。

図６は導光部３３の軸心を通る垂直な面で断裁した導光部３３及び受光部３４の断面を示す図である。図６を用いて特許文献２（図１）の面光源装置３１でも導光部３３からの光の漏れを防止できないことを説明する。特許文献２の面光源装置３１では、導光板材料としてアクリル樹脂を用いているので、導光部３３に入射した光線Ｌの最大入射角αは、図４からα＝４２.１６°となり、このとき導光部３３の表面の傾斜角θは、θ＝２.８４°である。しかし、特許文献２の面光源装置３１では、受光部３４の高さが３ｍｍ、導光シート３２の厚みが１ｍｍとなっているので、導光部３３の傾斜角をθ＝２.８４°にすれば、導光部３３の長さはＸ＝２０.１６ｍｍとなる。よって、図６に示すように、導光部３３の一方の傾斜面の上端で全反射した光は、
９０°−（α＋３θ）＝３９.３２°
の入射角で他方の傾斜面に入射する。この入射角３９.８２°は全反射の臨界角（４２.１６°）よりも小さな角度であるから、他方の傾斜面に入射した光線Ｌは、図６に示すように外部へ漏れる。

したがって、特許文献２に開示された面光源装置３１では、ある程度の光を閉じ込めることができるが、数１０％程度の光は導光部３３から漏れることになり、漏れた光が表示面で光って液晶表示装置の品質を悪化させていた。また、特許文献２では、このような光の漏れを防止することは何ら考慮されていなかった。

また、特許文献２の図３には、導光部３３の端面（受光部３４）が円形で、受光部３４と反対側にいくにつれて導光部３３が扁平に広がって薄くなった導光板が開示されている。これを図７に示す。しかし、このような面光源装置でも、図８のように受光部３４側から見ると分かるように、図８のＫ−Ｋで示した断面で考えると、導光部３３の上面側の表面と下面側の表面とはほぼ平行に対向している。よって、このような形態の導光板でも特許文献２の図１の場合と同じであって、導光部３３から外に光が漏れる。

（特許文献３について）
図９は特開２００５−２８５３８９号公報（特許文献３）に開示された面光源装置の断面図である。この面光源装置４１は、光源４２より厚みの薄い導光板本体４３に光を効率良く入射させるため、光入射面側から順次薄くなる階段状の入光部４４を導光板本体４３の端部に設けている。また、入光部４４の表面には、光反射板４５を備えている。

このような構造の面光源装置４１では、図１０に示す光線Ｌ１のように、入光部４４から漏れた光線は光反射板４５で反射されて入光部４４に再入射し、入光部４４の界面や光反射板４５での反射を繰り返して導光板本体４３へ導かれる。

しかし、このような構造では、図１０に示す光線Ｌ２のように、光反射板４５で一部の光が吸収されて光の利用効率が低下する。また、光反射板４５を接着剤によって入光部４４に固定する場合には、接着剤によってもかなりの光が吸収されて損失となる。さらに、入光部４４が階段状となっているので、図１０の光線Ｌ１のように反射した光線が、光入射面から漏れる。よって、このような構造では、全反射によって光を閉じ込めようとする面光源装置に比べると光の利用効率が悪い。

また、このような面光源装置では、入光部４４に光反射板４５を設けているので、光反射板４５の厚み分だけ入光部４４の厚みが大きくなる不具合がある。さらに、光反射板４５を入光部４４の各面に貼り付ける際の組立コストも掛かり、面光源装置のコストアップにつながる。

特開平５−５３１１１号公報 特開２００４−６９７５１号公報 特開２００５−２８５３８９号公報

本発明の目的とするところは、導光板に導入された光の漏れを小さくすることができる面光源装置を提供することにある。

本発明にかかる面光源装置は、点光源と、前記点光源の光を光入射面から導入し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、前記点光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、前記導光板は、光入射面から入射した点光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、前記光導入部は、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の表面の端に向けて傾斜した傾斜面を、前記導光板の光出射側の面またはその反対面に有し、前記導光板は、前記光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させるための指向性変換パターンを、光出射側の面またはその反対面に有し、前記指向性変換パターンは、それぞれある１方向に延在した形状を有する複数の凹部及び／又は凸部によって形成され、前記凹部及び／又は凸部は、前記延在方向が少なくとも２つ以上の方向となるように配置され、前記凹部及び／又は凸部は、それぞれの位置と前記点光源の中心とを結ぶ方向に対して、それぞれの延在方向が±２０°以内であり、前記指向性変換パターンは、前記点光源を中心として放射状に延びた方向を含み、かつ、前記導光板の厚さ方向と平行な平面によって断裁される断面の平均傾斜角が、前記平面と直交し、かつ、前記導光板の厚さ方向と平行な平面によって断裁される断面の平均傾斜角よりも小さいことを特徴としている。なお、点光源と結ぶ方向とは、点光源の中心とを結ぶ方向である。また、点光源を中心として放射状に延びた方向とは、導光板を光出射面側からみたときに点光源の有限幅の中心を通る点と所定のパターンの点を結ぶ方向を意味する。

本発明の面光源装置にあっては、導光板の点光源からの光を入射させる位置に厚みの大きな光導入部を設けているので、点光源から出射された光を効率よく厚みの薄い導光板本体内に導入することができる。また、導光板には、光導入部に入射した光の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設けているので、傾斜面の傾斜角を大きくしても光導入部に入射した光を小さな漏れで、あるいは好ましくは光の漏れが生じないようにして、厚みの小さな導光板本体へ導光させることができる。よって、光のロスを小さく抑えながら導光板の厚みを薄くすることができる。さらに、凹部及び／又は凸部と点光源とを結ぶ方向に対して、凹部及び／又は凸部のそれぞれの延在方向が±２０°以内であり、前記指向性変換パターンは、前記点光源を中心として放射状に延びた方向を含み、かつ、前記導光板の厚さ方向と平行な平面によって断裁される断面の平均傾斜角が、前記平面と直交し、かつ、前記導光板の厚さ方向と平行な平面によって断裁される断面の平均傾斜角よりも小さければ、導光板に導入された光の漏れを小さくして光利用効率を改善することができる。

本発明にかかる面光源装置のある実施態様は、前記導光板が、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たときに前記点光源近傍を中心として放射状に延在した凹部及び／又は凸部によって構成された前記指向性変換パターンを、光出射側の面またはその反対面に有していることを特徴としている。この実施態様にあっては、導光板の光出射面に垂直な方向から見たときに点光源を中心として放射状に延在した凹部及び／又は凸部によって構成された指向性変換パターンを導光板に設けているので、傾斜面の傾斜角を大きくしても光導入部に入射した光を最小の漏れで、あるいは好ましくは光の漏れが生じないようにして、厚みの小さな導光板本体へ導光させることができる。よって、光のロスを最小限にしながら導光板の厚みを薄くすることができる。

本発明にかかる面光源装置の別な実施態様は、前記凹部及び／又は凸部が形成された領域内のある点から光源の方向へ向かってある長さを走査したときに通過する凹部及び／又は凸部の数が、前記走査方向と直交する方向に向かって同じ長さを走査したときに通過する凹部及び／又は凸部の数よりも少ないことを特徴としている。なお、光源の方向へ向かう長さとは、光源の中心に向かって延びる長さである。かかる実施態様によれば、導光板からの光の漏れを凹凸の数によって評価することができ、漏れの小さな面光源装置の設計に寄与する。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、凹部及び／又は凸部の繰り返しによって前記指向性変換パターンが形成され、前記指向性変換パターンの形成された領域を前記点光源から見たとき、当該領域の広がりが８０°以下であることを特徴としている。なお、点光源から見たときとは、点光源の中心から見たときを指す。広がりが８０°を超えると、光の漏れを小さくして光利用効率を改善する効果が低下するからである。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記凹部及び／又は凸部が、Ｖ溝構造であることを特徴としている。かかる実施態様においては、指向性変換パターンの凹部及び／又は凸部をＶ溝構造で構成しているので、光導入部に入射した光の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変換させることができる。

また、かかる実施態様においては、隣接する前記Ｖ溝構造どうしの間に形成される山部の頂角を、１００°以上１４０°以下とすることが望ましい。隣接するＶ溝構造どうしの間に形成される山部の頂角を、１００°以上１４０°以下とするこｔにより、漏れ光の比率（＝漏れ光／入力光）を小さくすることができるためである。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンが、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たときに円弧状の領域に形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、点光源を中心とする円弧状の領域に指向性変換パターンを設けることができるので、点光源から各方向に出射された光の光導入部における漏れを最小限にすることができる。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンの前記点光源に近い側の縁のうえ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３０°以下であり、かつ、前記指向性変換パターンの前記点光源に近い側の縁のうえ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３０°以下であることを特徴としている。かかる実施態様によれば、光源の光出射窓が有限な大きさを有している場合でも、光出射窓の任意の点から出射された光を光導入部に閉じ込めて光導入部からの漏れを最小限に抑えることができる。

本発明にかかる面光源装置のさらに別な実施態様は、前記指向性変換パターンを構成する凹部及び／又は凸部の平面視における縦横のアスペクト比が０.５以下であることを特徴としている。ここでいう平面視における縦横のアスペクト比とは、指向性変換パターンを導光板の光出射面に垂直な方向から見たときに、指向性変換パターンを構成する凹部及び／又は凸部の断面形状が変化しない方向もしくは長手方向（縦方向）の長さに対する、当該縦方向に直交する方向（断面形状が変化する方向もしくは短手方向；横方向）の長さの比であり、この値を０.５よりも小さくすることにより、導光板からの光の漏れを小さくすることができる。

本発明にかかる液晶表示装置は、本発明にかかる面光源装置と、液晶パネルとを備えている。かかる液晶表示装置は本発明にかかる面光源装置を用いているので、導光板を薄くすることによって液晶表示装置の薄型化を図ることができると共に、面光源装置における光のロスを抑えて液晶パネルの表示面を明るくすることができる。

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１は、エッジライト型の面光源装置を用いた従来の液晶表示装置の概略図である。 図２は、特許文献１に開示された液晶表示装置の側面図である。 図３は図２の面光源装置においてテーパー部で光の漏れが発生する理由を説明するための図である。 図４は、図２の面光源装置の設計例を示すものである。 図５は、特許文献２の図１に開示された面光源装置を示す斜視図である。 図６は、図５の面光源装置において、導光部の軸心を通る垂直な面で断裁した導光部及び受光部の断面を示す図である。 図７は、特許文献２の図３に開示された面光源装置を示す斜視図である。 図８は、図７の面光源装置で光が漏れる理由を説明する図である。 図９は、特許文献３に開示された面光源装置の断面図である。 図１０は、図９の面光源装置の問題点を説明するための図である。 図１１は、点光源から出射した光の指向特性Ｓ１と、導光板に入射した光の指向特性Ｓ２を示す図である。 図１２（ａ）は、指向特性Ｓ１を斜め方向から見た図であり、図１２（ｂ）は、指向特性Ｓ１をｙ軸の負から正に向かう方向から見た図である。 図１３（ａ）は、指向特性Ｓ２を斜め方向から見た図であり、図１３（ｂ）は、指向特性Ｓ２をｙ軸の負から正に向かう方向から見た図である。 図１４は、光導入部で光の漏れが生じないように設計された導光板の概略断面図である。 図１５（ａ）〜（ｄ）は、図１４の導光板における指向特性を説明する図である。 図１６（ａ）〜（ｄ）は、図１４の導光板における指向特性を説明する図である。 図１７は、光導入部で光の漏れが生じる導光板の概略断面図である。 図１８（ａ）〜（ｃ）は、図１７の導光板における指向特性を説明する図である。 図１９（ａ）、（ｂ）は、指向特性Ｓ２を方向余弦空間で表した図である。 図２０（ａ）〜（ｃ）は、方向余弦空間と光の漏れとの関係を説明するための図である。 図２１（ａ）（ｂ）は、図１４に示した導光板の指向特性Ｓ３を方向余弦空間で表した図である。 図２２は、図１７に示した導光板の指向特性Ｓ３を方向余弦空間で表した図である。 図２３は、本発明の第１の実施形態による面光源装置を示す斜視図である。 図２４は、本発明の第１の実施形態による面光源装置の概略断面図である。 図２５は、第１の実施形態による面光源装置の光導入部を示す拡大斜視図である。 図２６は、第１の実施形態による面光源装置の光導入部を示す平面図である。 図２７は、第１の実施形態による面光源装置の光導入部を示す斜視図である。 図２８は、第１の実施形態による面光源装置の光導入部の寸法を説明するための図である。 図２９は、傾いた面の方向を指定する方法を説明する図である。 図３０は、３次元状のテーパー部を有する面光源装置の斜視図である。 図３１（ａ）は、３次元状のテーパー部で反射する前の指向特性Ｓ２を示す図、図３１（ｂ）は、３次元のテーパー部で反射した後の指向特性Ｓ３を示す図である。 図３２（ａ）は、図３１（ｂ）の指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面で表した図、図３２（ｂ）はその指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｘｙ平面で表した図である。 図３３（ａ）、図３３（ｂ）は、ｚ軸回りの回転方向が異なる２つの傾斜面を示す図、図３３（ｃ）は２つの傾斜面の交線として生じた傾斜面を説明する図である。 図３４（ａ）、図３４（ｂ）、図３４（ｃ）は、横方向の指向性ひろがりを制御する方法を示す図である。 図３５（ａ）は、横方向の指向性広がりを考慮した指向特性Ｓ２を方向余弦空間のｙｚ平面で表した図、図３５（ｂ）はその指向特性Ｓ２を方向余弦空間のｘｙ平面で表した図である。 図３６（ａ）は、横方向の指向性広がりを考慮した指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面で表した図、図３６（ｂ）はその指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｘｙ平面で表した図である。 図３７（ａ）は、横方向の指向性広がりを広くした指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面で表した図、図３７（ｂ）はその指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｘｙ平面で表した図である。 図３８は、本発明の第２の実施形態による面光源装置を示す斜視図である。 図３９（ａ）は、指向性変換パターンの向かって左端部分のＶ溝構造の一部の形状を示す概略図、図３９（ｂ）は、指向性変換パターンの中央部のＶ溝構造の一部の形状を示す概略図、図３９（ｃ）は、指向性変換パターンの向かって右端部分のＶ溝構造の一部の形状を示す概略図である。 図４０は、指向性変換パターンの光源側の縁から光出射窓の中央と端を見込む角度を表した図である。 図４１は、第２の実施形態の変形例を説明する概略図である。 図４２は本発明の第３の実施形態による面光源装置を示す斜視図である。 図４３（ａ）は第３の実施形態による面光源装置の変形例を説明する説明図、図４３（ｂ）は図４３（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。 図４４は本発明の第４の実施形態による面光源装置を示す概略断面図である。 図４５は、第４の実施形態の変形例を示す概略断面図である。 図４６は、同上の変形例において導光板の裏面に設けられた指向性変換パターンを示す概略図である。 図４７は、図４５の変形例のシミュレーション用の数値例を示す図である。 図４８（ａ）は、図４５の変形例における光線の挙動をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図４８（ｂ）は、指向性変換パターンのない比較例における光線の挙動をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。 図４９は、第４の実施形態の別な変形例を示す概略断面図である。 図５０は、導光板の傾斜面と反対側の面において指向性変換パターンを設ける領域を示す図である。 図５１は、本発明の第５の実施形態による面光源装置を示す概略平面図である。 図５２（ａ）〜（h）は、導光板のその他の種々の形状を示す概略図である。 図５３は、図５２（ｇ）に示した導光板の使用形態を示す概略図である。 図５４（ａ）は光導入部に入射した光の指向特性を示す方向余弦空間図であり、図５４（ｂ）は円錐状の指向性変換パターンで反射された光の指向特性を示す方向余弦空間図である。 図５５（ａ）（ｂ）は、円錐状の凹凸構造の平面図及び概略断面図である。 図５６（ａ）（ｂ）は、円錐状の凹凸構造を長円状に引き延ばした凹凸構造の平面図及び概略断面図である。 図５７（ａ）は光の指向性が光源方向に直交する方向で広くなるようにした指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図５７（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。 図５８（ａ）は光の指向性が光源方向に直交する方向で広くなるようにした別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図５８（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。 図５９（ａ）は光の指向性が光源方向に直交する方向で広くなるようにしたさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図５９（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。 図６０（ａ）は光の指向性が光源方向に直交する方向で広くなるようにしたさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図、図６０（ｂ）はその指向性変換パターンの拡大断面図である。 図６１は、光の指向性が光源方向に直交する方向で広くなるようにしたさらに別な指向性変換パターンを備えた導光板の概略平面図である。 図６２（ａ）（ｂ）は、平均傾斜角の定義を説明するための図である。 図６３（ａ）は平均傾斜角を説明するための参考図、図６３（ｂ）はＦ線に沿った断面を示す図、図６３（ｃ）はＧ線に沿った断面を示す図、図６３（ｄ）はＧ’線に沿った断面を示す図、図６３（ｅ）はＧ”線に沿った断面を示す図である。 図６４は、平均傾斜角を説明するための参考図であって、光源方向と平行な走査線Ｆと、光源方向と直交する方向と平行な走査線Ｇ、Ｇ’、Ｇ”の決め方を説明する図である。 図６５（ａ）〜（ｄ）は、種々の断面の指向性変換パターンとその平均傾斜角を示した図である。 図６６（ａ）（ｂ）はいずれも、曲面によって構成された指向性変換パターンの平均傾斜角を求める方法を説明する図である。 図６７は、点光源を中心とする円弧状の領域に放射状に設けられた指向性変換パターンを表した図である。 図６８は、図６７の指向性変換パターンを光源方向に平行な走査線Ｆに沿って走査したときのパターン形状と、光源方向と直交する方向の走査線Ｇ”、Ｇ、Ｇ’に沿って走査したときのパターン形状を表した図である。 図６９は、直線状の領域に互いに平行となるように配列された指向性変換パターンを示す図である。 図７０は、図６９の指向性変換パターンを光源方向に平行な走査線Ｆに沿って走査したときのパターン形状と、光源方向と直交する方向の走査線Ｇ”、Ｇ、Ｇ’に沿って走査したときのパターン形状を表した図である。 図７１は、円弧状に配列された指向性変換パターンを示す図である。 図７２（ａ）（ｂ）は、図７１のＦ方向における指向性変換パターンの断面と、図７１のＧ方向における指向性変換パターンの断面を表した図である。 図７３は、直線状の領域に互いに平行に配列された指向性変換パターンを示す概略図である。 図７４（ａ）（ｂ）は、図７３のＦ方向における指向性変換パターンの断面と、図７３のＧ方向における指向性変換パターンの断面を表した図である。 図７５は、凹凸構造の延在方向の角度範囲を説明するための図である。 図７６は、光源方向に対する指向性変換パターンの延在方向の角度を変化させたときの効率改善効果の変化を表した図である。 図７７は、指向性変換パターンの平面視におけるアスペクト比を説明するための図である。 図７８は、指向性変換パターンのアスペクト比を変化させたときの効率改善効果の変化を表した図である。 図７９（ａ）（ｂ）は、指向性変換パターンを設置する角度範囲（パターン広がり角度μ）を説明するための図である。 図８０は、指向性変換パターンを設置する角度範囲（パターン広がり角度μ）と効率改善効果の関係を表した図である。 図８１は、本発明の第７の実施形態による面光源装置を示す一部破断した斜視図である。 図８２は、第７の実施形態による面光源装置の一部破断した平面図である。 図８３（ａ）は、図８１のｅ１部拡大図、図８３（ｂ）は図８１のｅ２部拡大図である。 図８４（ａ）は、図８３（ａ）の光源方向に沿ったｇ１−ｇ１線断面を表した図、図８４（ｂ）は図８３（ａ）の光源方向と直交する方向に沿ったｇ２−ｇ２線断面を表した図である。 図８５は、第７の実施形態の指向性変換パターンの一部を示す平面図である。 図８６は、図８５の指向性変換パターンを光源方向と平行な走査線Ｆに沿って走査したときのパターン形状と、光源方向と直交する方向の走査線Ｇ”、Ｇ、Ｇ’に沿って走査したときのパターン形状を表した図である。 図８７（ａ）は、図８１及び図８２の面光源装置における光線の挙動をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図８７（ｂ）は、指向性変換パターンのない比較例における光線の挙動をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。 図８８は、本発明の参考例による面光源装置を示す平面図である。 図８９は、参考例による指向性変換パターンの一部を示す斜視図である。 図９０は、第８の実施形態による液晶表示装置を示す概略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を説明する。まず始めに、本発明の基礎概念となる方向余弦空間の理解を容易にするため、従来の面光源装置における光の挙動を詳細に説明する。

図１１は、点光源５１から出射した光（空気中）の指向特性Ｓ１と導光板５２に入射した光の指向特性Ｓ２を示す図である。点光源５１はＬＥＤを用いたものであって、導光板５２の幅に比べて小さなものである。導光板５２は長方形板状であるとし、その屈折率をｎで表す。また、導光板５２の光入射端面５３に垂直で導光板内部に向く方向にｘ軸を定め、導光板５２の光出射面５４に垂直な方向にｚ軸を定め、ｘ軸及びｚ軸に垂直な方向（光入射端面５３に平行な方向）にｙ軸を定める。

ＬＥＤから出る光は各方向で均一な光強度を有する等方的なランバート分布であるので、この点光源５１から出る光の指向特性Ｓ１も、等方的なランバート分布であるとする。ただし、光は点光源５１の前方にのみ出射されると考えて半球状の指向特性で表しており、指向特性はｘ軸を通る任意の平面内で１８０°の広がりを有している。図１２（ａ）はこの指向特性Ｓ１を斜め方向から見た図であり、図１２（ｂ）は指向特性Ｓ１をｙ軸の負から正に向かう方向から見た図である。

このような指向特性Ｓ１の光が光入射端面５３から導光板５２内に進入すると、光線が屈折するので（スネルの法則）、導光板５２内における光の指向特性Ｓ２は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、２α＝２×arcsin（１／ｎ）の広がりに制約される。例えば、導光板５２がポリカーボネイト樹脂の場合には、屈折率ｎ＝１.５９であるので、α＝３８.９７°（以下、説明を簡単にするため、α＝３９°とする。）となる。図１３（ａ）、図１３（ｂ）における指向特性Ｓ２のＱ方向とＲ方向のｘ、ｙ、ｚ成分もポリカーボネイト樹脂製の導光板５２に対するものである。なお、指向特性とは、一般的には光の出射方向と光強度とを表したものであるが、本発明は光の漏れの有無、すなわち光線方向だけを問題にすればよいので、指向特性における光線ベクトルの長さはいずれも１とし、光線方向だけを示すものである。

つぎに、まず、図１４に示す導光板５２においては、内部に光を閉じ込めることを考える。導光板５２がポリカーボネイト樹脂製（屈折率ｎ＝１.５９）であって、テーパー部５５の端面の高さがＴ＝０.３ｍｍであるとすると、光が導光板５２から漏れないための条件は、数式１〜８を用いて計算すると、つぎのようになる。
最大入射角α＝３９°
テーパー部５５の傾斜面５７の傾斜角θ＝６°
テーパー部５５の長さＸ＝０.４５ｍｍ
テーパー部５５の傾斜面５７の高低差Ｙ＝０.０５ｍｍ
導光板本体５６の厚みｔ＝０.２５ｍｍ

なお、図１４においては、テーパー部５５の端面部に平板状の短い部分を表しているが、これは図示の都合上表したものであって、その長さは無限に短いと考えてよい。

このような導光板５２におけるｚｘ平面内での光の指向特性の変化を考える。導光板５２に入射した光線方向（ｘ軸となす角度；以下光線方向とはｘ軸となす角度をいう。）ξ（ただし、−α≦ξ≦α）の光線が傾斜角θの傾斜面５７で全反射すると、反射後の光線方向は−ξ−２θとなる。したがって、導光板５２内に進入した−３９°〜＋３９°の範囲の指向特性Ｓ２の光のうち−６°〜＋３９°の光線方向の光線が傾斜面５７に入射すると、すべての光線が全反射され、反射後の指向特性は−５１°〜−６°の範囲となる（図１５（ａ））。また、−３９°〜−６°の範囲の光は傾斜面５７に入射しないので、そのまま−３９°〜−６°の指向特性を保つ（図１５（ｂ））。さらに、−６°〜＋３９°の範囲の光でも傾斜面５７に入射しないでそのまま−６°〜＋３９°の指向特性を保つものもある（図１５（ｃ））。よって、これらの各方向の光を加え合わせると、テーパー部５５の傾斜面５７と下面５８の間における光の指向特性Ｓ３は、図１５（ｄ）に示すように、光線方向が−５１°〜＋３９°の範囲となる。

さらに、テーパー部５５の下面５８では、−５１°〜＋３９°の指向特性Ｓ３の光のうち−５１〜０°の光は下面５８で漏れることなく全反射され、０°〜＋５１°の範囲の光となる（図１６（ａ））。また、０°〜＋３９°の光は下面５８に入射しないので、そのまま０°〜＋３９°の指向特性を維持する（図１６（ｂ））。さらに、−５１〜０°の光でもテーパー部５５の下面５８に入射することなく、そのまま−５１°〜０°の指向特性を保って導光板本体５６に入るものもある（図１６（ｃ））。よって、これらの各方向の光を加え合わせると、テーパー部５５の下面５８と導光板本体５６との間での光の指向特性Ｓ４は、図１６（ｄ）に示すように、光線方向が−５１°〜＋５１°の範囲となる。

以上より、図１４のようなテーパー部５５によれば、ｚｘ面内では点光源５１から進入した−３９°〜３９°の光が−５１°〜＋５１°に指向特性が広がるが、光はテーパー部５５の傾斜面５７からも下面５８からも漏れることなく、導光板本体５６へ導かれることが分かる。

つぎに、図１７に示す導光板５２においては、数式１〜８の条件を考慮せず、テーパー部５５の傾斜角θを大きくして導光板本体５６の厚みｔをさらに薄くした場合を考える。すなわち、各部分の値をつぎのように定めた。
屈折率ｎ＝１.５９（ポリカーボネイト樹脂）
テーパー部５５の端面の高さＴ＝０.３ｍｍ
最大入射角α＝３９°
テーパー部５５の傾斜面５７の傾斜角θ＝１５°
テーパー部５５の長さＸ＝０.４８５ｍｍ
テーパー部５５の傾斜面５７の高低差Ｙ＝０.１３ｍｍ
導光板本体５６の厚みｔ＝０.１７ｍｍ

図１７のような導光板５２についても、図１４の導光板５２と同じようにしてｚｘ平面内における指向特性の変化を追跡する。導光板５２内に進入した点光源５１の光の指向特性Ｓ２は、図１８（ａ）に示すように、−３９°〜＋３９°となる。傾斜面５７へ入射する光線方向ξの光線の入射角は、９０−θ−ξであるから、傾斜面５７へ−３９°〜３９°の指向特性の光が入射すると、その入射角は、３６°〜１１４°となる。傾斜面５７における全反射の臨界角は３９°であるから、傾斜面５７では入射角が３６°〜３９°（もとの光線方向ξで３９°〜３６°）の光は傾斜面５７から外部へ漏れてロス光Ｌｓとなる。よって、
傾斜面５７で反射した光の指向性 −６６°〜−１５°
傾斜面５７に入射しない光の指向性 −３９°〜−１５°
傾斜面５７に入射しなかった一部の光の指向性 −１５°〜３９°
であるから、これらの光を足し合わせると、テーパー部５５の傾斜面５７と下面５８との間における指向特性Ｓ３は、−６６°〜３９°となる。

この指向特性Ｓ３の光のうち−６６°〜０°の光はテーパー部５５の下面５８に入射するが、その入射角は２４°〜９０°であるから、下面５８への入射角が２４°〜３９°（もとの光線方向ξで３６°〜２１°）の光は下面５８から外部へ漏れてロス光Ｌｓとなる。よって、−６６°〜０°の光のうち−５１°〜０°の光だけが下面５８で全反射されて０°〜＋５１°の光となり、下面５８で反射されない−６６°〜３９°の光と合わせて−６６°〜＋５１°の指向特性の光となり、導光板本体５６へ導かれる。そして、導光板本体５６の上面で再び光が漏れてロス光Ｌｓとなり、図１８（ｂ）に示すように、−５１°〜＋５１°の指向特性Ｓ４の光が導光板本体５６内を導光する。

よって、このような導光板５２では、図１８（ａ）に示すように、導光板５２に進入した−３９°〜３９°の光のうち斜線を施した領域の光（２１°〜３９°の光）がテーパー部５５の傾斜面５７や下面５８から漏れてロスとなる。

このように、導光板５２の幅方向で一様な形状を有する２次元状のテーパー部を設けた面光源装置では、テーパー部から光が漏れないようにしようとすれば前記数式１及び数式５〜８を満たすように設計する必要があり、数式８で決まる厚さｔよりも導光板本体を薄くすると光の漏れが発生する。よって、従来のような構造の導光板では、テーパー部からの光の漏れを最小限にしながら導光板本体の厚みを薄くすることができなかった。

本発明は、上記のような制約を回避してテーパー部における光の漏れを最小限にし、好ましくは光が漏れないようにし、かつ、導光板の薄型化を可能にするものである。

つぎに、本発明の理解に有用な方向余弦空間の概念を説明すると共に、図１４及び図１７に示した導光板における光の漏れの有無を方向余弦空間における指向特性と関連付ける。

方向余弦空間とは、光の指向特性（光線の方向）を半径１の球の表面における領域として表したものである。例えば、図１３に示した指向特性Ｓ２のうちｚｘ平面内の指向特性ＱＲを方向余弦空間のｙｚ平面及びｘｙ平面で表したものはそれぞれ図１９（ａ）、図１９（ｂ）のようになる。方向余弦空間における外側の大円は半径１の球Ｇ２を表し、内側の小円は半径sinα＝１／ｎの球Ｇ１を表している。

なお、指向特性は一般的には半径１の球Ｇ２の表面における面領域として表現される。しかし、指向特性Ｓ２のｘｙ平面内の光のようにｙ軸方向に広がった光は、テーパー部５５の傾斜面５７や下面５８で全反射してもｚｘ平面内での光線方向が変化するだけで、光の広がりは変化せず、光の漏れには直接には関係しない。よって、２次元のテーパー部を有する導光板において光の漏れの有無を考える場合には、ｚｘ平面内における指向特性だけを考えればよいので、以下において指向特性Ｓ２、Ｓ３等について考える場合には、ｚｘ平面内の指向特性だけを考えるものとする。

このような方向余弦空間を用いれば、導光板５２から光が漏れるか否かは、テーパー部５５の傾斜面５７と下面５８との間における光の指向特性Ｓ３が図２０（ｂ）（ｃ）の斜線を施した領域に重なっているか否かによって判定することができる。この理由を図２０（ａ）により説明する。

傾斜面５７に入射する光の光線方向をξ（ただし、−α≦ξ≦α）とするとき、傾斜面５７で光が漏れないための条件は、
９０°−θ−ξ＞α、 すなわち、９０°−θ−α＞ξ …（数式９）
である。また、この傾斜面５７で全反射した光が下面５８に入射して下面５８から漏れないための条件は、
９０°−２θ−ξ＞α、 すなわち、９０°−２θ−α＞ξ …（数式１０）
となる。この数式９と数式１０を比べれば、テーパー部５５の下面５８で光が漏れなければ、テーパー部５５の傾斜面５７でも光が漏れないことが分かる。

テーパー部５５の下面５８に入射する光を考える。図２０（ａ）に実線矢印で示す指向特性Ｓ３の光のようにように、下面５８に立てた法線（ｚ軸）に対してα（臨界角）よりも大きな入射角で入射した光は、下面５８で全反射して外部に漏れない。これに対し、図２０（ａ）に破線矢印で示す指向特性Ｓ３の光のようにように、下面５８に立てた法線（ｚ軸）に対してαよりも小さな入射角で入射した光は、下面５８から外部に漏れる。

このｚ軸に対してαよりも小さな角度をなす光の領域は、方向余弦空間で表せば図２０（ｂ）（ｃ）で破線を施した領域である。よって、指向特性Ｓ３が図２０（ｂ）（ｃ）の斜線領域に重なると光が外部に漏れることになる。

図１４に示した導光板５２における指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面及びｘｙ平面で表すと、それぞれ図２１（ａ）、図２１（ｂ）のＱＲ’のようになる。図１４の導光板５２では、指向特性Ｓ３は下側に偏っており、Ｒ’点が斜線領域に接している。従って、テーパー部５５における光の漏れはないが、光が外部に漏れる限界にあることが分かる。

同様に、図１７に示した導光板５２における指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面及びｘｙ平面で表すと、それぞれ図２２（ａ）、図２２（ｂ）のＱＲ”のようになる。図１７の導光板５２では、指向特性Ｓ３の光の一部が図２２（ａ）（ｂ）の斜線領域に重なっており、斜線領域に重なっている光（Ｒ”付近の光）が外部に漏れることが分かる。

（実施形態１）
本発明の第１の実施形態を説明する。図２３は本発明の第１の実施形態による面光源装置６１を示す斜視図、図２４はその概略断面図である。面光源装置６１は、点光源６２と導光板６３とからなる。点光源６２は、１個又は複数個のＬＥＤを内蔵したものであって白色発光するものである。ＬＥＤ６２ｂは透明封止樹脂６２ｃ内に封止され、さらに透明封止樹脂６２ｃは正面を除いて白色樹脂６２ｄによって覆われており、透明封止樹脂６２ｃの白色樹脂６２ｄから露出している正面が光出射窓６２ａとなっている。この点光源６２は、導光板６３の幅（図２４の紙面奥行き方向の寸法）に比べて小さなものであり、冷陰極管が線状光源と呼ばれるのに対して点光源と称するものである。

なお、点光源とは厳密な意味での点光源ではない。点光源も有限の幅を持つが、冷陰極管のように１０ｍｍ以上の幅を持つようなものではない。例えば、点光源としては、サイドビュー型のＬＥＤなどがある。１パッケージ内に１つ以上のＬＥＤチップが入っており、複数個のＬＥＤチップが同時に封止されていてもよい。複数個のチップが同時に入ったものは、幅方向（ｙ軸方向）の開口サイズが５ｍｍ程度になるものがあるが、導光板の発光面サイズが２インチ程度であるのと比べれば十分に小さいので、点光源とみなすことができる。また、半導体レーザー素子などのような平行光が発せられるものでもよい。また、光ファイバを用いて導いた光を導光板に導入するようにしてもよい。この場合には、光ファイバの光出射端を点光源とみなすことができる。

導光板６３は、導光板本体６４の端部に光導入部６５を設けたものであって、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂（ＰＣ）、シクロオレフィン系材料、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの高屈折率の透明樹脂によって成形されている。以下においては、導光板６３はポリカーボネイト樹脂製であるとする。

光導入部６５は、導光板６３のうちで厚みの厚い部分であって、その端面（光入射端面６６）には点光源６２が対向配置されている。光導入部６５の端面の厚みＴは光出射窓６２ａの高さＨと等しいか、それよりも厚くなっており、そのため点光源６２から出射された光は効率よく光入射端面６６から光導入部６５内に入射し、面光源装置６１の光利用効率が高くなる。光導入部６５においては、導光板本体６４の光出射面６９と同じ側の面に、円錐台形状のほぼ半分の形状をした突部が突出して光導入部６５の厚みが大きくなっており、当該突部の外周面が傾斜面６７となり、この傾斜面６７に沿って指向性変換パターン６８が形成されている。

傾斜面６７は、光導入部６５内において、導光板本体６４よりも厚みの大きな部分の表面から導光板本体６４の端に向けて傾斜している。つまり、傾斜面６７の点光源６２から遠い側の縁は光導入部６５と導光板本体６４の境界にあり、導光板６３に垂直な方向から見たとき、点光源６２に対向する部分から傾斜面６７の点光源６２から遠い側の縁までが光導入部６５と定義される。

導光板本体６４は導光板６３の大部分の面積を占めており、その厚みｔは光導入部６５の厚みＴよりも薄くなっており、それによって導光板６３の薄型化が図られる。ここで述べる実施形態では、導光板本体６４は表裏面が平行な平板状をしており、導光板本体６４の厚みはほぼ均一となっている。導光板本体６４の光出射面６９と反対面には光出射手段７０が設けられている。図２３、図２４では光出射手段７０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、導光板本体６４の光出射面６９と反対側の面を傾斜させたもの（くさび状の導光板本体）などでもよく、また、光出射手段７０を光出射面６９、あるいは光出射面６９とその反対面の双方に設けていても差し支えない。

しかして、この面光源装置６１にあっては、図２４に示すように、点光源６２から出射された光Ｌは、光入射端面６６から光導入部６５内に入射し、指向性変換パターン６８や光導入部６５の下面で全反射され、あるいは光導入部６５を通過して厚みの薄い導光板本体６４へ導光される。導光板本体６４へ導光された光は、光出射手段７０によって全反射または拡散されて光出射面６９からほぼ均一に出射される。

図２５は光導入部６５を示す拡大斜視図、図２６は光導入部６５を詳細に示した平面図である。光導入部６５は導光板本体６４と同じ厚みの部分から円錐台状の一部である突部が突出した構造となっている。突部の外周面は光導入部６５の上面から導光板本体６４の光出射面６９へ向けて傾斜した傾斜面６７となっており、傾斜面６７には複数のＶ溝構造６８ａが並んだ指向性変換パターン６８が形成されている。

指向性変換パターン６８は、光出射面６９に垂直な方向から見ると、円弧状をした帯状領域となっており、そこには同じ形状のＶ溝構造６８ａが放射状に並んでいる。また、図４３のような一部が円弧状の包絡線で囲まれ、一部が直線で囲まれる場合も円弧状の領域に形成されているものとする。変形例も２次元的に考えると、各Ｖ溝構造６８ａの長さ方向を延長すると、各延長線は光導入部６５の端面の中央部において近い点に集まっている。３次元では、図２７に示すように、Ｖ溝構造６８ａの稜線及び谷線を上方へ延長すると、各延長線は１点Ｕの近傍に集まる。

また、Ｖ溝構造６８ａの稜線方向から見たときの山部の頂角（Ｖ溝構造６８ａを構成する平面のなす最大挟角）φ３は１２０°であるとき、後述する指向性の変換による光漏れ防止の効果が最も高くなる。また頂角φ３が１００〜１４０°であれば、
漏れ光／入力光≦２０％
とすることができ、さらに頂角φ３が１１０〜１３０°であれば、
漏れ光／入力光≦１５％
とすることができる。

頂角φ３を１２０°として設計した例について述べる。図２４を参照して、具体的な数値を挙げると次のとおりである。
光導入部６５の端面の厚み Ｔ＝０.３１ｍｍ
導光板本体６４の厚み ｔ＝０.１８ｍｍ
光導入部６５の上面の長さ ｓ１＝２.５０ｍｍ
光導入部６５の長さ ｓ２＝３.１９ｍｍ
傾斜面６７の傾斜角 θ＝１５.３°

なお、傾斜面６７に指向性変換パターン６８が形成されている場合には、指向性変換パターン６８の外側の縁（例えば稜線）を通る包絡面、あるいは指向性変換パターン６８の内側の縁（例えば谷線）を通る包絡面、あるいは外側の包絡面と内側の包絡面の中間を通る包絡面を指向性変換パターン付与前の傾斜面６７と考え、このようにして求めた傾斜面６７に導光板６３の上面に垂直な平面が交わるときの交線の傾きを傾斜角θとする。

また、図２８に示すように、各Ｖ溝構造６８ａの上端を通る包絡線は円弧となっており、谷線の上端を通る包絡線の半径ｒ１は２.５０ｍｍ、稜線の上端を通る包絡線の半径ｒ２は２.６８ｍｍである。各Ｖ溝構造６８ａの下端を通る包絡線も円弧となっており、谷線の下端を通る包絡線の半径ｒ３は２.９８ｍｍ、稜線の下端を通る包絡線の半径ｒ４は３.１９ｍｍである。Ｖ溝構造６８ａの上端側のピッチｐ１は０.１７ｍｍとなっており、Ｖ溝構造６８ａの下端側のピッチｐ２は０.２０ｍｍとなっている。さらに、Ｖ溝構造６８ａの下端における平面視での山部の頂角φ１は５０°、Ｖ溝構造６８ａの下端における平面視での谷部の頂角φ２は、４６.５°となっている。

第１の実施形態の面光源装置６１では、上記のように傾斜面６７の傾斜角θを１５.３°という大きな角度に設計しており、導光板本体６４の厚みも０.１８ｍｍという薄さになっている。従来の２次元的なテーパー部を有する面光源装置では、傾斜角や導光板本体の厚みをこのような値にすれば、テーパー部からの光の漏れを防ぐことができないが、本実施形態の面光源装置６１では光導入部６５における光の漏れが生じないようにできる。以下においては、この理由について説明する。

第１の実施形態の面光源装置６１では、Ｖ溝構造６８ａを並べることによって３次元的なテーパー構造を構成している。すなわち、指向性変換パターン６８の各面（全反射面）はｙ軸の回りだけでなく、ｚ軸の回りにも回転している。そこで、３次元的に傾いた傾斜面について考える。

図２９は傾いた面の方向を指定する方法を説明する図である。図２９において、面Ｆ１はｘｙ平面に平行な面を表している。面Ｆ２は、面Ｆ１をｙ軸の回りに角度βだけ傾けたものである。面Ｆ３は面Ｆ２をｚ軸の回りに角度γだけ回転させたものであり、法線Ｎは面Ｆ３に垂直な法線を表している。このように任意の方向を向いた面は、ｙ軸の回りの傾き（傾斜角）βとｚ軸の回りの回転角γによって特定することができる。たとえば、β＝０°であれば、面Ｆ３は傾いていない場合と同じであり、この場合の法線Ｎの方向は（０、０、−１）となる。また、β＝３０°、γ＝０°であれば、法線Ｎの方向は（−０.５、０、−０.８７）となる。

面Ｆ３の法線Ｎの方向が変化すると、面Ｆ３で反射した反射光の指向特性が変化する。いま、導光板５２のテーパー部５５の傾斜面５７として、図３０に示す面Ｆ３のようにｙ軸の回りにβだけ傾き、ついでｚ軸の回りにγだけ回転した３次元状の平坦面を考えると、テーパー部５５の傾斜面５７で全反射することによって指向特性が回転する。つまり、テーパー部５５に入射した光の指向特性Ｓ２として、図３１（ａ）に示すｚｘ平面内の指向特性ＱＲを考えると、この入射光が３次元状のテーパー部５５の傾斜面５７で全反射した後の指向特性Ｓ３は、下側（Ｒｓ側）に広がると共にｘ軸の回りに回転して図３１（ｂ）のＱｓＲｓのようになる。図３２（ａ）は、図３１（ｂ）の指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面で表したものであり、図３２（ｂ）はその指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｘｙ平面で表したものである。

図１７に示したような２次元状のテーパー部５５を有する面光源装置では、傾斜面５７の傾斜角θを１５°にすると、図２２（ａ）（ｂ）に示したように、方向余弦空間のｘｙ平面で指向特性Ｓ３が半径sinαの球Ｇ１に重なり、光が漏れることを示した。これに対し、図３０に示したような３次元状のテーパー部５５を有する面光源装置では、傾斜角βを同じく１５°としても、ｚ軸回りの回転角γを５５°にとれば、指向特性Ｓ３がｘ軸の回りに傾く結果、図２２（ｂ）のｘｙ平面で球Ｇ１と重なり合っていた指向特性Ｓ３がｘ軸の回りに傾いて図３２（ｂ）のように球Ｇ１と重なり合わなくなる。すなわち、図２２（ｂ）で球Ｇ１と重なり合っていた指向特性Ｓ３のＲ”点が図３２（ｂ）ではＲｓ点のように球Ｇ１の縁へ移動する。よって、３次元のテーパー部によれば、ｙｚ平面の縦方向の指向性を横方向へ変換することで、テーパー部内に光をすべて閉じ込めることができ、光の漏れをなくせることがわかる。

一般的にいえば、光を全反射させるための傾斜面５７の傾斜角βとして大きな値を用いても、適当な回転角γを選べば、当該傾斜面５７における光の漏れを無くすことができる。この現象は、テーパー部５５の傾斜面５７をｚ軸の回りにγだけ回転させるとテーパー部５５の傾斜面の傾斜方向が変化し、傾斜面で光が斜め方向へ反射されるようになるため、平らな傾斜面５７に当たる光の入射角が全反射の臨界角を超えない程度に緩和されることによる。

ｚ軸の回りの回転角γについては、いずれの向きに回転させても同じような光の漏れ防止効果が得られる。例えば、傾斜面５７をｚ軸の回りに＋５５°回転させても、−５５°回転させても同じである。そこで、図３３（ａ）及び図３３（ｂ）に示すように、ｚ軸の回りに正回転させた傾斜面５７（＋）と負回転させた傾斜面５７（−）とを設ければ、本実施形態のＶ溝構造６８ａができる。よって、光の漏れを防止することのできる角度β、γを決定し、正回転の傾斜面５７（＋）と負回転の傾斜面５７（−）を交互に並べると、Ｖ溝構造６８ａの並んだ指向性変換パターン６８ができ、光の漏れを防止することができる。

また、正回転させた傾斜面５７（＋）と負回転させた傾斜面５７（−）の交線ｄはＶ溝構造６８ａの稜線または谷線となる。図３３（ｂ）は傾斜面５７（＋）、５７（−）の交線ｄをｘ軸方向から見た様子を表しているが、この交線ｄは導光板本体５６の上面に対して傾いている。よって、傾斜面５７（＋）、５７（−）を交互に並べて指向性変換パターン６８を形成すると、図３３（ｃ）に示すように、交線ｄと同じ傾斜角の傾斜面６７ができ、傾斜面６７の一方に厚みの薄い導光板本体６４ができ、他方に厚みの大きな光導入部６５ができる。

また、これまでの指向特性等の説明では直交座標ｘ、ｙ、ｚを用いたが、点光源６２を用いた場合には、光は点光源６２を中心として放射状に出射されるので、上記ｘ軸方向は光の出射方向（つまり、円筒座標の動径方向）と解釈し直すことができる。よって、Ｖ溝構造６８ａは一直線上に並べるのでなく、点光源６２の当たりを中心として円弧状に並べてあり、それによって図２３に示したような構造の面光源装置６１ができあがる。

最後に、点光源６２から出射された光の横方向の広がりについて検討する。光導入部６５に入射した光の横方向（ｘｙ平面）での広がりは、縦方向の指向性広がりと同じようにｘ軸方向を中心として両側に３９°である。２次元状のテーパー部の場合には、このような横方向の指向性広がりは考慮する必要はなかったが、３次元状のテーパー部や第１の実施形態の導光板６３では、ｘｙ平面内でも光が全反射を起こすので、横方向の指向性も考慮する必要がある。

しかしながら、詳細な検討によれば、縦方向と横方向で±３９°の広がりを有する指向特性Ｓ２の光をすべて光導入部６５内に閉じ込めることは、Ｖ溝構造６８ａの各面の傾きをどのように調整しても不可能であることが明らかとなった。また、詳細な検討によれば、光導入部６５に入射した光の横方向の指向性広がりがｘ軸を中心として±２０°以下となるように制限すれば、光導入部６５において光を閉じ込められることがわかった。

図３４（ａ）、図３４（ｂ）、図３４（ｃ）は、横方向の指向性広がりを制御する方法を示す図であって、いずれも指向性変換パターン６８をｚ軸方向から見た様子を表している。図３４（ｃ）は、点光源６２の光出射窓６２ａの一方の端と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分と、光出射窓６２ａの中央と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分とのなす角度が４０°となるようにしている。この例では、指向性変換パターン６８のサイズが小さくなるので、導光板６３のデッドスペースが小さくなるが、光の漏れを防ぐことができない。

図３４（ａ）は、点光源６２の光出射窓６２ａの一方の端と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分と、光出射窓６２ａの中央と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分とのなす角度が２０°となるようにしている。また、点光源６２の光出射窓６２ａの他方の端と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分と、光出射窓６２ａの中央と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分とのなす角度も２０°となるようにしている。この例では、指向性変換パターン６８のサイズが大きくなるので、導光板６３のデッドスペースが大きくなる。しかし、光導入部６５に入射する際の屈折により指向性変換パターン６８の中央部での光の横方向の広がりは２０°よりも小さくなり、指向性変換パターン６８の中央から外れた箇所では光の横方向の拡がりがさらに小さくなり、指向性変換パターン６８の全体で光の漏れを防止することができる。実験によれば、図３４（ａ）のように、指向性変換パターン６８の内周縁の中央から光出射窓６２ａの両端を見込む角度を４０°（±２０°）とした場合には、
漏れ光／入力光≦２％
とすることができた。

また、図３４（ｂ）は、点光源６２の光出射窓６２ａの一方の端と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分と、光出射窓６２ａの中央と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分とのなす角度が３０°となるようにしている。この場合には、
漏れ光／入力光≦１５％
とすることができ、図３４（ａ）の場合より劣るが、光を閉じ込める効果とともにデッドスペースを小さくする効果がある。

なお、この角度は２０°以下としてもよいが、あまり小さくしすぎると指向性変換パターン６８が大きくなり、導光板６３のデッドスペースが大きくなるので、２０°に近い値が望ましい。

上記のように指向性変換パターン６８の内周縁から光出射窓６２ａの両端を見込む角度が４０°以下となるように横方向の指向性広がりを制限した場合には、光導入部６５に入射した光の指向特性Ｓ２は、方向余弦空間では図３５（ａ）及び図３５（ｂ）となる。ここで、縦方向の指向特性は連続した曲線で表しているが、横方向の指向特性は飛び飛びで表している。図３５（ａ）から分かるように、指向特性Ｓ２の横方向の広がりは縦方向の拡がりに比べて小さくなっている。また、図３６（ａ）は光導入部６５の傾斜面６７で全反射した光の指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｙｚ平面で表したものであり、図３６（ｂ）は指向特性Ｓ３を方向余弦空間のｘｙ平面で表したものである。図３６（ｂ）に表されているように、指向特性Ｓ２の横方向広がりを狭くしておくことにより、方向余弦空間のｘｙ平面では指向特性Ｓ３が半径sinαの球Ｇ１から逸れて重なり合わなくなっている。よって、導光板６３に入射した光を光導入部６５に閉じ込めることができ、光の漏れを最小限に抑えることができる。

図３７（ａ）（ｂ）は、図３４（ｂ）に示したように点光源６２から入射する光の広がりが３０°（両側で６０°の広がり）の場合における指向特性Ｓ３を方向余弦空間で表している。図３７の方向余弦空間では、横に広がった光の一部が斜線領域と重なっており、２０°以上に広がった光の一部が漏れていることが分かる。計算によれば、漏れ率（＝漏れ光／入力光）が１５％程度であった。図３４（ｂ）に示したように、光の広がりが片側で３０°程度では導光板本体の厚みを薄くすると光の漏れが発生するが、面光源装置６１の要求としては、薄型化以外にも、デッドスペース削減も重要な課題であるため、多少の漏れを犠牲にしても実用化可能である。

上記のような指向性変換パターン６８を有する導光板６３を製作する方法は、次のとおりである。まずＣｕ系材料など加工の容易な金属にダイヤモンドバイトを用いて所望の形状に溝加工を施し、指向性変換パターン６８の原盤を作製する。ついで、原盤をもとにしてＮｉ等のメッキを施し、原盤から剥離してＮｉ製のスタンパを得る。ついで、このスタンパを導光板成形用の金型に組み込んで指向性変換パターン６８を導光板と同時に成形する。あるいは、突部を有する導光板を成形した後、突部の傾斜面に紫外線硬化樹脂を塗布し、スタンパで押圧して紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し、指向性変換パターン６８を導光板とは別に成形してもよい。

なお、指向性変換パターン６８における面と面の接続部分（つまり、傾斜面５７（＋）と傾斜面５７（−）の間の稜線や谷線）は実際の成形ダレ等を考慮してアール面になってもよい。指向性変換パターン６８における面と面の間のアールが大きいほど、設計思想である面の制御範囲から超えて光の漏れが発生し易くなるためアールは可能な限り小さいほうが望ましく、面と面の間の接続部分は鋭角であることが理想的である。しかし、面と面の間の接続部分を鋭角にすることは実際の加工上不可能であり、成形ダレによってアールができると、アールの大きさにバラツキが生じ、アールの大きな製品も生じる。よって、アール面の断面の曲率半径が１μｍ程度となるように金型やスタンパを加工しておき、アール面となっても均一なアール面となるようにしてもよい。このように半径１μｍ程度のアールをつけても、光導入部６５における光の漏れは、
漏れ光／入力光 ≦ １０％
に抑えることができた。

（実施形態２）
図３８は本発明の第２の実施形態による面光源装置７１を示す斜視図である。この面光源装置７１では、指向性変換パターン６８の上端側及び下端側の包絡線をそれぞれ直線状にしている。すなわち、光導入部６５は、導光板６３の端部の全幅にわたって形成されており、光導入部６５の平面状をした傾斜面の全体に指向性変換パターン６８が形成されている。ただし、指向性変換パターン６８に設けられたＶ溝構造６８ａは、光出射面６９に垂直な方向から見たとき、いずれも点光源６２を中心として放射状に延びるように配置されている。図３９（ａ）は指向性変換パターン６８の向かって左端部分のＶ溝構造６８ａの形状を示し、図３９（ｂ）は指向性変換パターン６８の中央部のＶ溝構造６８ａの形状を示し、図３９（ｃ）は指向性変換パターン６８の向かって右端部分のＶ溝構造６８ａの形状を示している。

このような形態の指向性変換パターン６８においても、第１の実施形態の場合と同様に設計される。すなわち、図４０に示すように、点光源６２の光出射窓６２ａの一方の端と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分と、光出射窓６２ａの中央と指向性変換パターン６８の内周側の縁の中央とを結ぶ線分とのなす角度が２０°以下、好ましくは指向性変換パターン６８の中央で２０°となるようにしている。この角度は、点光源６２と指向性変換パターン６８の上端側の包絡線との距離と、光出射窓６２ａの幅によって決まる。ただし、Ｖ溝構造６８ａのピッチは場所によって変わっており、指向性変換パターン６８の中央部ではＶ溝構造６８ａのピッチは短く、指向性変換パターン６８の端へゆくほどＶ溝構造６８ａのピッチが長くなっている。

このような面光源装置７１では、指向性変換パターン６８の中央部におけるＶ溝構造６８ａの長さと、指向性変換パターン６８の端におけるＶ溝構造６８ａの長さとが異なり、端の方ではＶ溝構造６８ａの長さが長くなる。そのため、端の方にいくほど、光が往復してＶ溝構造６８ａに２回入射し易くなり、光の漏れが発生し易くなる。よって、第１の実施形態の場合よりも効率が低下するが、それでも、
漏れ光／入力光 ≦ １０％
という結果が得られる。

図４１は第２の実施形態の変形例を説明する概略図である。この変形例では、指向性変換パターン６８の包絡線を楕円状に形成している。このように指向性変換パターン６８自体の形状は特に限定されるものではないが、Ｖ溝構造６８ａは点光源６２を中心として放射状に形成すること、横方向の指向性広がりが４０°以下となるようにすることに留意する必要がある。

（実施形態３）
図４２は本発明の第３の実施形態による面光源装置８１を示す斜視図である。この面光源装置８１では、複数個の点光源６２を備え、各点光源６２に対向させて複数の光導入部６５を設けている。このように複数の光導入部６５を設ける場合には、隣接する指向性変換パターン６８どうしが干渉しあう恐れがあるので、光導入部６５どうしは５〜１０ｍｍ程度の中心間ピッチで配置するのが好ましい。このような実施形態では、複数個の点光源６２を用いているので、面光源装置８１をより明るくできる。

図４３（ａ）は第３の実施形態による面光源装置の変形例を説明する説明図、図４３（ｂ）は図４３（ａ）の丸印で囲んだ部分の拡大図である。この変形例では、点光源６２の配列ピッチを１０ｍｍとし、指向性変換パターン６８の上端側の包絡線が直線となるようにし、指向性変換パターン６８の下端側の包絡線が円弧状となるようにしている。また、隣接する指向性変換パターン６８どうしは多少重なりあっていてもよい。このような変形例では、
漏れ光／入力光 ≦ ５％
という効率が実現される。

（実施形態４）
図４４は本発明の第４の実施形態による面光源装置９１を示す概略断面図である。この実施形態では、光導入部６５の傾斜面６７をパターンのない平坦面としている。一方、導光板６３の傾斜面６７が設けられている面と反対側において、かつ、傾斜面６７よりも点光源６２に近い位置において、光導入部６５に断面三角形状の凹部９２を設け、凹部９２の斜面にＶ溝構造６８ａが配列した指向性変換パターン６８を設けている。

このような実施形態によれば、点光源６２からの光を効率よく閉じ込めることができ、
漏れ光／入力光 ≦ ２％
とすることができ、面光源装置８１を薄型化することができる。ただし、このような実施形態では、指向性変換パターン６８が光源側にあり、光源から遠い方向に傾斜面６７が設けられるので、第１の実施形態に比べるとデッドスペースが広くなる。

図４５及び図４６は第４の実施形態の変形例であって、平坦な傾斜面６７に反射板９３を貼り付けてあり、傾斜面６７と反対面において指向性変換パターン６８を反射板９３よりも点光源６２から遠い位置に配置して指向性変換パターン６８を導光板本体６４内へ入り込ませてある。この実施形態では、傾斜面６７から漏れた光を反射板９３で反射させて光導入部６５内に再入射させることができる。しかし、反射板９３を貼り付けている粘着テープ等による光の吸収が起きるので、このような変形例ではロスが発生し、
漏れ光／入力光 ≦ １０％
となる。

図４８（ａ）は、図４５及び図４６のように導光板６３の裏面側で指向性変換パターン６８が導光板本体６４内に入り込んでいる場合の光線の挙動をシミュレーションした結果を示す図である。また、図４８（ｂ）は傾斜面６７だけで、表面側にも裏面側にも指向性変換パターンのない比較例における光線の挙動をシミュレーションした結果を示す図である。図４８（ａ）（ｂ）のシミュレーションでは、図４７に示すように、光導入部６５の上面の半径を２.７１ｍｍ、傾斜面６７の縁までの半径を３.１９ｍｍ、傾斜面６７の傾斜角が１５.３°とした。さらに、図４８（ａ）のシミュレーションでは、指向性変換パターン６８の点光源側の縁までの半径が２.８３ｍｍ、指向性変換パターン６８の点光源から遠い側の縁までの半径が３.３３ｍｍであり、指向性変換パターン６８は頂角（φ３）が１２０°のＶ溝構造６８ａが点光源６２を中心として放射状に伸びたものである。なお、図４８（ａ）（ｂ）に表されている光線は、図示されている断面内のものだけではなく、断面から外れて異なる方向へ放射状に出ている光線も表している。

図４８（ａ）と図４８（ｂ）とを比較すると、図４８（ｂ）の比較例では光の漏れが著しいが、裏面に指向性変換パターン６８を設けた図４８（ａ）の実施形態では、光の漏れが小さくなっていることが分かる。図４８（ａ）の場合には、光の漏れによるロスは１０％となっている。

また、図４９は、本発明の第４の実施形態の別な変形例を示す断面図であって、指向性変換パターン６８が導光板本体６４側にある図４５の形態において、傾斜面６７から反射板９３を除いたものである。この変形例では、反射板９３を除いても傾斜面６７から光が漏れないようにするため、導光板６３の屈折率が１.５９として、傾斜面６７の傾斜角θを１２.１°以下にした。反射板９３を省くと、反射板９３があるときに比べて傾斜面６７の傾斜角θが小さくなるので、光導入部６５及び導光板本体６４の厚みが同じであれば、光導入部６５によるデッドスペースが大きくなったり、あるいは、同じデッドスペース（光導入部６５）であれば導光板本体６４の厚みが厚くなる。具体的には、光導入部６５の厚みがＴ＝０.３１ｍｍ、導光板本体６４の厚みがｔ＝０.１８ｍｍのとき、各厚みが同じであればデッドスペースは約５％（０.１４／３）大きくなり、デッドスペースが同じであれば導光板本体６４の厚みｔは１６％（０.０２９／０.１８）厚くなる。一方、反射板９３を除くようにすれば、傾斜面６７につける部材が不要になるので、デッドスペースや厚みに余裕があるときは、この変形例のようにしてもよい。

図５０は、導光板６３の傾斜面６７が設けられている面と反対側の面において、指向性変換パターン６８を設けることのできる範囲を表している。指向性変換パターン６８は、光導入部６５と導光板本体６４の光導入部６５に隣接する領域とに跨って設けられていてもよい。詳細に述べると、導光板本体６４の厚みをｔとし、傾斜面の傾斜角をθとするとき、指向性変換パターン６８は、傾斜面６７（光導入部６５）と導光板本体６４との境界から測って、導光板本体６４側へ向けて次の距離Ｄ以上に導光板本体６４内へ飛び出ないことが望ましい。
Ｄ＝（３・ｔ）／tanθ …（数式１１）

ここで、傾斜角θを計算する際に、例えば図５２（ｂ）（ｃ）のように傾斜面６７が階段状や湾曲面状に形成される場合には、その傾斜面６７の開始点（上端）と終了点（下端）を結んだ直線の傾きによって傾斜角θを定義する。さらに、図５２（ｂ）のような階段状の傾斜面６７の場合には、全体としての傾斜角以外にも、各段の傾斜角のうち最大の傾斜角が光の漏れない角度に設定されることが好ましい。また、図５２（ｃ）のように湾曲面上の傾斜面６７の場合には、湾曲した部分の傾斜角（つまり、各点の接線の傾斜角）のうち最大の傾斜角が光の漏れない角度に設定されることが好ましい。一部の光が漏れてしまうように階段状や湾曲面上の傾斜面６７の形状が設定されている場合には、効率低下や光漏れによる輝線の悪影響が生じるが、その度合いが許容される程度のものであれば問題はない。さらに、図３８のように傾斜面６７が円弧状でなく直線状である場合の傾斜角θは、各方向（点光源６２から見たｘｙ平面内での方向）ごとに傾斜角θの値が異なるため、各方向ごとの傾斜角θをそれぞれの傾斜角θと定義する。

これは次のような理由による。傾斜面６７で反射した後で導光板６３の裏面に入射する光のうち、最も導光板本体６４に入り込む光は、図５０に破線で示した光のように、傾斜面６７と平行な光である。この光が指向性変換パターン６８で２度以上反射されると導光板６３の外に漏れるので、指向性変換パターン６８の端は導光板６３の裏面に２度目に入射する位置よりも点光源６２側へ引っ込んでいることが望ましい。この導光板６３の裏面に光が２度目に入射する位置は、図５０から分かるように導光板本体６４の端から測ってＤ＝（３・ｔ）／tanθの距離にある。よって、指向性変換パターン６８に２度以上光が入射しないためには、指向性変換パターン６８が導光板本体６４の端から測ってＤ以内の領域にあることが望ましい。これは指向性変換パターン６８が図２６のように同心円の帯状に形成されていると、距離Ｄは２次元的にどの方向でも等しくなり、導光板本体６４の端から外側にＤだけ離れた同心円が形成される。一方、図３８のように指向性変換パターン６８が直線状の傾斜面６７に形成されている場合には、点光源６２の正面方向から外れた領域においては傾斜角θは点光源６２から見た方向によって変化し、点光源６２の正面方向（ｘ軸方向）を最大として、正面から外れるにしたがって小さくなる。したがって、数式１１を適用すると、距離Ｄは正面方向で最も小さく、正面から外れるにつれて大きくなる。その結果、各方向において延ばした距離Ｄの先を結んだ線は外側にいくほど長くなるように形成される。

なお、指向性変換パターン６８の導光板本体６４内への突出長がＤ以下であれば、指向性変換パターン６８は液晶パネルの表示エリア内にあってもよい。指向性変換パターン６８は外部に光を出射させるパターンではないので、表示エリア内にあっても問題ないからである。

（実施形態５）
図５１は本発明の第５の実施形態による面光源装置９６を示す概略平面図である。この実施形態では、導光板本体６４のコーナー部を斜めにカットし、このカットした端部の縁に沿って直線状に光導入部６５を形成している。この光導入部６５の傾斜面６７には、放射状に配列された複数のＶ溝構造６８ａによって指向性変換パターン６８を形成している。

（その他）
図５２（ａ）〜（h）は導光板６３のその他の形状を表している。図５２（ａ）に示す導光板６３では、光導入部６５の上面に平坦部分がなく、傾斜面６７のみによって構成されている。

図５２（ｂ）に示す導光板６３では、光導入部６５の傾斜面６７を光出射面に垂直な断面で見たときに直線状とならず、階段状となるようにしている。そして、階段状に形成された傾斜面６７にＶ溝構造６８ａの並んだ指向性変換パターン６８を形成している。

図５２（ｃ）に示す導光板６３では、光導入部６５の傾斜面６７を湾曲面により形成している。そして、湾曲した傾斜面６７にＶ溝構造６８ａの並んだ指向性変換パターン６８を形成している。

図５２（ｄ）に示す導光板６３では、光導入部６５の突部を導光板６３の光出射面側とその反対側の面に突出させ、両面に指向性変換パターン６８を設けている。このとき、裏表で傾斜面６７の傾斜角が異なっていてもよい。

図５２（ｅ）に示す導光板６３では、導光板本体６４が光源側から遠くなるに従って薄くなるようにくさび状に形成されている。

図５２（ｆ）に示す導光板６３では、光導入部６５の光源側端部に逆テーパー状に傾斜した傾斜面１０４を設けている。

特に、図５２（ｇ）に示すように、逆テーパー状の傾斜面１０４を設けることで、光導入部６５の端面（光入射端面６６）の高さが導光板本体６４の厚みよりも小さくなっていても差し支えない。図５３に示すように、光入射端面６６の高さＴが導光板本体６４の厚みｔよりも小さくなっていると、点光源６２の光出射窓が光入射端面６６の外にはみ出て光が漏れて光のロスが発生する。しかし、点光源６２の上面と光導入部６５の上面との間の隙間を、点光源６２からの光を反射させる部材、例えば反射シート１０６で覆っておけば、点光源６２から光入射端面６６の外へ出射された光を反射シート１０６で反射させて傾斜面１０４から光導入部６５内へ入射させることが可能である。

このことからは、本発明は、光導入部６５の最大厚みが導光板本体６４の厚みよりも大きければ、光導入部６５の光入射端面６６の厚みが導光板本体６４の厚みよりも大きい場合だけでなく、光導入部６５の光入射端面６６の厚みが導光板本体６４の厚みよりも小さい場合にも適用できることが分かる。

図５２（ｈ）に示す導光板６３では、導光板本体６４の光導入部６５と反対側の端に突出部１０５（リブ）を設け、導光板６３の一部を光導入部６５の厚みよりも大きくしている。

（実施形態６）
これまでの実施形態においては、ほぼ厳密な構造によって導光板からの光の漏れをなくす方法を考えてきたが、以下においてはより一般化した原理について説明する。すなわち、指向性変換パターン６８で反射された光の指向性を光源方向（点光源６２の中心と結ぶ方向）に対して直交する方向に広げれば（つまり、縦方向の指向性を横方向に広げれば）、傾斜面６７又はその近傍における光の漏れを小さくできる。この原理を以下において説明する。

説明を分かり易くするため、ここでは指向性変換パターン６８が傾斜面６７と反対側の面に設けられている場合について述べる（例えば、図４９参照）。また、傾斜面６７の傾斜角は光の漏れない角度に設定されているものとする（例えば、導光板６３の屈折率を１.５９とすれば、傾斜面６７の傾斜角は１２.１°となる）。

光導入部６５内に入射した光は円錐状の指向特性（図１３（ａ）参照）を有しているが、ｘ軸方向に位置するある点に入射する光の指向特性は、導光板６３に垂直なｚ軸方向から見ると、図５４（ａ）に示すような指向特性となる（図１９（ｂ）参照）。いま、指向性変換パターン６８を構成する凹部及び／又は凸部（以下、凸凹構造６８ｂという。）が、図５５（ａ）に平面を示し、図５５（ｂ）に断面を示す如く（１個の凸凹構造６８ｂのみを表している。）、円錐のように等方的に光を拡散させる形状となっているとする。このような円錐状の凸凹構造６８ｂに、点光源６２からの光が入射したとき、凸凹構造６８ｂで１回だけ反射した光がどの方向に飛ぶかを計算により求めたものが図５４（ｂ）である。図５４（ｂ）もｚ軸方向から見た方向余弦空間である。図５５（ａ）のｆ１領域で反射された光は、図５４（ｂ）のｆ１領域へ出射され、図５５（ａ）のｆ２領域で反射された光は、図５４（ｂ）のｆ２領域へ出射され、図５５（ａ）のｆ３領域で反射された光は、図５４（ｂ）のｆ３領域へ出射される。方向余弦空間において内側の円Ｇ２内にある光線は、導光板６３の外部へ漏れるので、凸凹構造６８ｂの点光源６２と反対側の斜面（ｆ１領域）で反射された光は外部へ漏れる。また、ｆ２、ｆ３領域のうちでも、図５５（ａ）において太線で囲んだ領域（光源側の斜面）で反射された光のうちには、点光源６２と反対側の斜面にあたるものが存在する。このように凸凹構造６８ｂの斜面に２回あたると、導光板６３の外に漏れる光となるので、これら領域で光を反射させることは好ましくない。なお、指向性変換パターン６８を構成する凸凹構造６８ｂは、Ｖ溝構造６８ａ等を含む概念である。

上記のように図５５（ａ）において、点光源と反対側の斜面（ｆ１領域）で反射された光と太線で囲まれた点光源側の斜面で反射された光は、外部へ漏れる光となり、それ以外の領域の光は外部へ漏れない光となる。従って、外部へ漏れる光を小さくするためには、凸凹構造６８ｂのうち光の漏れる領域の割合を小さくし、それ以外の領域を大きくすればよい。すなわち、図５６（ａ）（ｂ）に示すように、凸凹構造６８ｂを点光源６２の中心と結ぶ方向（光源方向）に長くなるように延ばせばよいことが分かる。

このような凹凸構造６８ｂとしては、凹凸構造６８ｂにあたった光の指向性が光源方向に直交する方向で広くなるように変換されるものであればよく、例えば図５７（ａ）（ｂ）〜図６１に示すようなものがある。図５７（ａ）（ｂ）は、シリンドリカルレンズ状ないし楕円溝状（楕円球面状）をした凹凸構造６８ｂを点光源６２を中心として各凹凸構造６８ｂの長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図５８（ａ）（ｂ）は、Ｖ溝状をした凹凸構造６８ｂを点光源６２を中心として各凹凸構造６８ｂの長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図５９（ａ）（ｂ）は、Ｕ溝状をした凹凸構造６８ｂを点光源６２を中心として各凹凸構造６８ｂの長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図６０（ａ）（ｂ）は、回折格子状をした凹凸構造６８ｂを点光源６２を中心として各凹凸構造６８ｂの長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。図６１は、ｚ軸方向から見て蛇行するようにうねった凹凸構造６８ｂを点光源６２を中心として各凹凸構造６８ｂの長手方向が光源方向とほぼ平行となるように放射状に配列して指向性変換パターン６８を構成したものである。

上記原理で説明したように、光源方向と平行な方向と直交する方向との拡散度の関係が直交する方向で強いものであればよいので、凸凹構造６８ｂは、図５７〜図６１に示した形状以外にも、五角形や六角形などの多角形やその組合せ、あるいは多角形と曲面との組合せであってもよい。ただし、凸凹構造６８ｂは、導光板６３の表面にほぼ隙間なく設けられていることが望ましい。

また、点光源６２を中心として同心円状にパターンを配置する場合には、図２８に示したのと同様に、１個の凹凸構造６８ｂの点光源６２に近い側における幅（ｐ１）が小さく、点光源６２から遠い側における幅（ｐ２）が大きくなるように放射状に広がっている。

また、図５７（ａ）（ｂ）のようなシリンドリカルレンズ状を有する凹凸構造６８ｂにおいては、ｚ軸方向から見た形状は点光源６２から遠い側で近い側よりも幅が大きくなっていてもよいし、同じ幅であってもよい。

（平均傾斜角による表現）
つぎに、反射させた光の指向性を光源方向（点光源６２の中心と結ぶ方向）に対して直交する方向に広げることのできる指向性変換パターン６８を平均傾斜角の概念と関連付けることを考える。

平均傾斜角の概念を明らかにする。ここでは、光源方向に平行に走査するときの平均傾斜角と、光源方向と直交する方向に走査するときの平均傾斜角とに分けて説明する。まず、光源方向に平行に走査するときの平均傾斜角を説明する。指向性変換パターン６８の形状を光源方向に走査したときの平均傾斜角θx*とは、図６２（ａ）に示すように、通過する各凸凹構造６８ｂの底面から測った傾斜角をθxi（ｉ＝１，２，…）とし、対応する底辺の長さをΔＸiとすれば、次式で定義される。
θx*＝Σ｜θxi×ΔＸi｜／Σ｜ΔＸi｜ …（数式１２）
但し、Σはｉに関する総和であって、絶対値について総和を求める。

また、光源方向に直交する方向に走査するときの平均傾斜角θy*とは、図６２（ｂ）に示すように、通過する各凸凹構造６８ｂの底面から測った傾斜角をθyj（ｊ＝１，２，…）とし、対応する底辺の長さをΔＹjとすれば、次式で定義される。
θy*＝Σ｜θyj×ΔＹj｜／Σ｜ΔＹj｜ …（数式１３）
但し、Σはｊに関する総和であって、絶対値について総和を求める。

ここで、光源方向と直交する方向に走査したときの平均傾斜角θy*を求める場合には、光源方向に走査して平均傾斜角θx*を求めたときと等しい範囲（走査距離）Ｗについて計算するものとする。特に、光源方向と光源方向に直交する方向のうち、いずれかの方向でパターンが周期的に繰り返されている場合には、パターンが周期的に繰り返されている方向で規定した２周期分において平均傾斜角を計算するのが望ましい。また、光源方向とその直交方向とのいずれでもパターンが周期的である場合には、どちらか一方の方向の２周期分を比較範囲とすればよい。また、光源方向でも光源方向と直交する方向でもパターンがいずれも周期的でない場合は、５００μｍ程度の範囲を比較範囲とすればよい。ただし、断面形状の抽出は、２周期分や５００μｍという数値に限定されることはなく、全体の断面形状を代表する凸凹として適切なものを得ることができる限りにおいて、適宜変更可能である。

また、光源方向に走査して平均傾斜角θx*を求めるときの走査線Ｆと、光源方向と直交する方向に走査して平均傾斜角θy*を求めるときの走査線Ｇとは、図６３（ａ）〔参考例〕に示すように、いずれかの指向性変換パターン６８が最大高さとなるＯ点を通過するように定める。そして、光源方向の平均傾斜角θx*については、図６３（ｂ）のような走査線Ｆに沿った断面について上記数式１２に従って平均傾斜角θx*の値を求める。

これに対し、光源方向と直交する方向においては、図６３（ａ）に示すように、Ｏ点を通過する走査線Ｇに加え、さらに走査線Ｇに対して所定距離δ（例えば、δ＝５０μｍ）だけ両側へ平行移動した走査線Ｇ’、Ｇ”を定める。そして、図６３（ｃ）（ｄ）（ｅ）に示すような３つの走査線Ｇ、Ｇ’、Ｇ”に沿った断面についてそれぞれの平均傾斜角θy*の値を求める。そして、求めた３つの値のうち最も大きな値を光源方向に直交する方向の平均傾斜角θy*とする。

また、走査方向が正面方向からずれた場合、光源方向と直交する方向を走査するときには、図６４〔参考例〕に示すように、光源方向の走査線Ｆに沿って走査したときに凹凸構造６８ｂの高さが最大となるＯ点で光源方向の走査線Ｆと光源方向と直交する方向の走査線Ｇが交差するように直交方向での走査位置を決める。光源方向Ｆに最大となる点がなく一定である場合には、パターン形成領域内における走査線Ｆの中央付近とすればよい。

そして、交差位置を通る走査線Ｇが決まったら、前記のように中央の走査線Ｇの両側にそれぞれ一定距離δ（５０μｍ）だけシフトした走査線Ｇ’、Ｇ”を決め、３つの走査線Ｇ、Ｇ’、Ｇ”について計算した平均傾斜角のうちもっとも大きな値を光源方向と直交する方向における平均傾斜角θy*とする。なお、指向性変換パターン６８が傾斜面６７に形成されている場合には、傾斜面６７の影響を除いて平均傾斜角θx*、θy*を求めて比較する。

種々のパターンについての平均傾斜角の具体例を図６５（ａ）〜（ｄ）に示す。ここでは、走査方向を問題としていないので、平均傾斜角をθ*で表す。図６５（ａ）は傾斜角５゜の鋸刃状パターン、図６５（ｂ）は傾斜角３゜の鋸刃状パターンであって、それぞれ平均傾斜角θ*＝５゜、θ*＝３゜となる。また、図６５（ｃ）は傾斜角５゜（底辺の長さ３Λ／８；Λは周期）と傾斜角３゜（底辺の長さ５Λ／８）の三角波状パターンであって、平均傾斜角θ*＝３.７５゜となる。さらに、図６５（ｄ）のようなＶ溝ないし台形状のパターンでは、θ*＝３゜となる。なお、平坦面では平均傾斜角θ*は０゜である。

光の漏れを小さくするためには、凹凸構造６８ｂを点光源６２に対して光源方向に細長い形状にすることが望ましいことを先に説明したが、このことは平均傾斜角を用いて表現できる。すなわち、凹凸構造６８ｂの形状が光源方向に直交する方向よりも光源方向で細長い形状であるということを、上記のようにして定義される平均傾斜角θx*、θy*を用いて表現すれば、
光源方向に直交する方向の平均傾斜角θy* ＞ 光源方向の平均傾斜角θx*
…（数式１４）
ということになる。

なお、この平均傾斜角は、図６５のように平面で構成された形状以外のパターンに拡張することができる。例えば、凹凸構造６８ｂが曲面である場合には、図６６（ａ）に細線で示すように、凹凸構造６８ｂに内接又は外接する折れ線形状について平均傾斜角｜θx1×ΔX1＋θx2×ΔX2＋…｜／｜ΔX1＋ΔX2＋…｜を求め、各折れ線の長さΔX1、ΔX2、…をゼロに近づけてゆくときの平均傾斜角の極限値をそのパターンの平均傾斜角と定義することができる。

あるいは、図６６（ｂ）に示したようなシリンドリカルレンズ形状のパターンのような場合には、その両側に引いた接線によって曲面パターンを三角パターンで近似して平均傾斜角を求めてもよい。また、微細でランダムな拡散パターンの場合では、その拡散面の粗さと平均傾斜角とを関係付けることができる。

図６７は、点光源６２を中心とする円弧状の領域に放射状に設けられた凸凹構造６８ｂからなる指向性変換パターン６８を表している。また、図６８は、この指向性変換パターン６８を光源方向の走査線Ｆに沿って走査したときのパターン形状と、この指向性変換パターン６８を光源方向の走査線Ｆに直交する方向に走査したときのパターン形状を表している。走査線Ｇに沿ったパターンは、指向性変換パターン６８の光源方向中央における断面であり、走査線Ｇ”に沿ったパターンは、光源方向中央からδ（５０μｍ）だけ点光源６２から遠い側へシフトした位置における断面であり、走査線Ｇ’に沿ったパターンは、光源方向中央からδ（５０μｍ）だけ点光源６２に近づく側へシフトした位置における断面である。

図６８により光源方向に走査したときの平均傾斜角θx*を求めると、
光源方向Ｆの平均傾斜角： ０°
となる。また、光源方向に直交する方向に走査したときの平均傾斜角θy*を求めると、
光源方向と直交する方向Ｇの平均傾斜角（中央）： ３０.８°
光源方向と直交する方向Ｇ’の平均傾斜角（点光源側へ５０μｍ)： ３０.９°
光源方向と直交する方向Ｇ”の平均傾斜角（遠い側へ５０μｍ)： ３０.７°
となる。各平均傾斜角θx*、θy*の計算は、光源方向においても、光源方向と直交する方向においても、光源方向と直交する方向の２周期分の長さで行った。よって、光源方向と直交する方向では、３つの値のうち最も高い３０.９°を光源と直交する方向の平均傾斜角θy*とする。よって、この場合には、光源方向と直交する方向の平均傾斜角θy*＞光源方向の平均傾斜θx*を満足していることが分かる。

図６９は、直線状の領域に、互いに平行となるようにして一方向に延びた凸凹構造６８ｂを配列して構成された指向性変換パターン６８〔参考例〕である。また、図７０は、この指向性変換パターン６８を光源方向に沿った走査線Ｆに沿って走査したときのパターン形状と、この指向性変換パターン６８を光源方向に直交する方向に走査したときのパターン形状を表している。走査線Ｇに沿ったパターンは、走査線Ｆが通る指向性変換パターン６８の最大高さの点で直交する方向に沿った断面であり、走査線Ｇ”に沿ったパターンは最大高さの点を通る位置からδ（５０μｍ）だけ点光源６２から遠い側へシフトした位置における断面であり、走査線Ｇ’に沿ったパターンは最大高さの点からδ（５０μｍ）だけ点光源６２に近づく側へシフトした位置における断面である。

図７０により光源方向に走査したときの平均傾斜角θx*を求めると、
光源方向Ｆの平均傾斜角： １６.６°
となる。また、光源方向に直交する方向に走査したときの平均傾斜角θy*を求めると、
光源方向と直交する方向Ｇの平均傾斜角（中央）： ２７.１°
光源方向と直交する方向Ｇ’の平均傾斜角（点光源側へ５０μｍ)： ２７.１°
光源方向と直交する方向Ｇ”の平均傾斜角（遠い側へ５０μｍ)： ２７.１°
となる。各平均傾斜角の計算は、光源方向においても、光源方向と直交する方向においても、光源方向と直交する方向の２周期分の長さで行った。よって、光源方向と直交する方向では、３つの値のうち最も高い２７.１°を光源と直交する方向の平均傾斜角θy*とする。よって、この場合にも、光源方向と直交する方向の平均傾斜角θy*＞光源方向の平均傾斜θx*を満足していることが分かる。

（凹凸具合もしくは凹凸の数による表現）
つぎに、反射させた光の指向性を光源方向（点光源６２の中心と結ぶ方向）に対して直交する方向に広げることのできる指向性変換パターン６８を凹凸具合もしくは凹凸の数の概念と関連付ける。指向性変換パターン６８を構成する凹部及び／又は凸部が周期的に繰り返されている場合には、光源方向における凹凸具合と光源に直交する方向における凹凸具合を比較することができる。ここでいう凹凸具合とは、所定の距離（例えば、パターンの２周期分の長さ）に含まれる凹部及び／又は凸部の数である。

例えば、図７１に示すように、光源方向に直交する方向で凸凹構造６８ｂが周期的に繰り返している場合には、光源方向に直交する方向の２周期分に含まれる凹凸の数（凸凹構造６８ｂの数）と、同じ距離に含まれる光源方向の凹凸の数とを比較する。凸凹構造６８ｂが円弧状に一定のピッチで並んでいる場合には、図７２（ｂ）に示すように、光源方向における凹凸の数は０個であり、図７２（ａ）に示すように、光源方向と直交する方向における凹凸の数は２個である。

同じ距離に含まれる光源方向における凹凸の数よりも、光源方向と直交する方向における凹凸の数が多い場合には、凸凹構造６８ｂの形状が光源方向で長いことを意味するので、導光板６３からの光の漏れを小さくすることができる。

また、図７３は、直線状の領域に、互いに平行となるようにして一方向に延びた凸凹構造６８ｂが配列した指向性変換パターン６８〔参考例〕を表している。また、図７４は、この指向性変換パターン６８を光源方向Ｆに走査したときのパターン形状と、光源方向に直交する方向Ｇに走査したときのパターン形状を表している。光源方向と直交する方向における繰り返しの２周期分に含まれる凹凸の数を見ると、光源と直交する方向では凹凸の数は２個となるが、光源方向では凹凸の数は、１.７個となっている。従って、この場合にも、同じ距離に含まれる光源方向における凹凸の数よりも、光源方向と直交する方向における凹凸の数が多くなっており、導光板６３からの光の漏れを小さくすることができる構造となっていることがわかる。

（パターンの延在方向の角度範囲）
つぎに、凸凹構造６８ｂの延在方向の角度範囲（傾き）について述べる。指向性変換パターン６８の各凸凹構造６８ｂが点光源６２を中心として放射状に配列している場合には、各凸凹構造６８ｂの延在方向は光源方向と平行となっている。しかし、凸凹構造６８ｂは、図７５に示すように、光源方向から傾けて配置されていてもよい。ただし、指向性変換パターン６８の延在方向Ｊは、光源方向Ｆに対する角度νがいずれの方向でも２０°以内（つまり、±２０°以内）であることが望ましい。ここで、延在方向Ｊとは、凸凹構造６８ｂの断面形状が変化しない方向、あるいは長手方向である。なお、凸凹構造６８ｂにより凸凹が変化する方向は周期的であってもよいし、周期的でなくてもよい。

図７６は、光源方向Ｆに対する凸凹構造６８ｂの延在方向Ｊがなす角度νを変化させ、そのとき効率改善効果を計算したものである。モデルとしては、図２６の複数のＶ溝構造６８ａの１本１本を光出射面側から見てすべて同じ方向へ回転させてパターンが傾いたときの効果を計算している。効率改善効果とは、光導入部６５から導光板本体６４へどれだけの割合の光が漏れなく伝わるかという効率であり、指向性変換パターン６８が無い場合の効率をゼロとし、光漏れ防止の効率改善効果がある（光漏れが減少する）場合をプラス、光漏れ防止の効率を逆に低下させる（光漏れが増加する）場合をマイナスとしてある。具体的には、ある延在方向で凸凹構造６８ｂを設けてある時に導光板本体６４に伝わる光量をＩν、パターン無しで導光板本体６４に伝わる光量をＩoとすれば、（Ｉν−Ｉo）／Ｉo で表される。また、図７６で表した効率改善効果は、最も効率改善効果が高くなるポイントで１に規格化してある。なお、この計算では、指向性変換パターン６８としてＶ溝構造のモデルで計算したが、指向性変換パターンの形が変わっても、その傾向は大きく変わらない。

図７６から分かるように、角度νが２０°を超えると効率改善効果が急激に低下し、２５°を超えると逆効果になる。よって、それぞれの指向性変換パターン６８は、光源方向Ｆに対して延在方向Ｊがなす角度が２０°以下となるようにすることが望ましい。

（パターンのアスペクト比）
また、図７７〔参考例〕に示すように、導光板６３の上面から見て指向性変換パターン６８の凸凹構造６８ｂが一方向に延びているとき、凸凹構造６８ｂの平面視におけるアスペクト比、すなわち指向性変換パターン６８の断面が変化しない方向もしくは長手方向（縦方向＝延在方向Ｊ）の長さＭ２に対する、縦方向に直交する方向であって断面が変化する方向もしくは短手方向（横方向）の長さＭ１の比Ｍ１／Ｍ２が、０.５倍以下であることが望ましい。ここで、図２８に示すようにピッチｐ１とｐ２の長さが異なるような場合には、ピッチｐ１とｐ２の平均を長さＭ１と考えればよい。

図７８は、凸凹構造６８ｂのアスペクト比Ｍ１／Ｍ２を変化させたときの効率改善効果を計算した結果を表す。モデルとしては、図８１〜図８３に示すモデルを用いて効果を計算している。図７８でも、図７６と同様、指向性変換パターンが無い場合の効率をゼロとし、光漏れ防止の効率改善効果がある（光漏れが減少する）場合をプラス、光漏れ防止の効率を逆に低下させる（光漏れが増加する）場合をマイナスとし、最も効率改善効果が高くなるポイントで１に規格化してある。この結果を見れば分かるように、アスペクト比Ｍ１／Ｍ２が０.５以下であれば、効率改善効果がプラスで効果が得られるが、それより大きくなると逆効果になることが分かる。よって、平面視で見た指向性変換パターン６８の縦横のアスペクト比は、０．５以下であることが望ましい。

（パターンの設置範囲）
また、図７９（ａ）〔参考例〕に示すように、導光板６３の光入射端面６６に対して一方向に延びた指向性変換パターン６８が、ある有限の領域において繰り返し配置されている場合、その領域は点光源６２の発光中心から見て８０°の広がりの範囲内にあることが望ましい。このように点光源６２の発光中心から見たパターンの広がりの範囲をパターン広がり角度μというものとする。なお、このパターンの広がりの範囲は、点光源６２の正面方向に関してほぼ対称であること好ましく、つまり正面方向から±４０°以内の広がりであることが好ましい。

図８０のグラフは、指向性変換パターンを設置する角度範囲（パターン広がり角度μ）と効率改善効果の関係を計算したものである。モデルとしては、図７９（ａ）に示すように点光源６２の正面方向に対して平行なＶ溝構造のモデルを用いて効果を計算している。例えば、パターン広がり角度μが０°とは指向性変換パターン６８が設けられていない状態であり、パターン広がり角度μが４０°とは、μが４０°の範囲に指向性変換パターン６８が設けられている状態である。効率改善効果は、パターン広がり角度μが５０°をピークとし、５０°よりも広くなると効率改善効果が低下し始めており、高い効率改善効果が得られるのは８０°程度までである。この実施例の場合、正面方向のパターンはほぼ光の進行方向と指向性変換パターンの延在方向は平行となるため正面付近の効率は高く、正面から外れていくにしたがって少しずつ効率が落ちるが、全体の効率は正面方向の指向性変換パターンが支配的になるため、端のほうの影響は少ない。なお、この計算でも指向性変換パターン６８としてＶ溝構造のモデルを用いたが、凸凹構造６８ｂの形が変わっても、その傾向は大きく変わらない。

また、図７９（ｂ）〔参考例〕に示すように、指向性変換パターン６８の延在方向の傾きσは、点光源６２の正面方向に対して傾いた角度を表しており、指向性変換パターン６８の延在方向は傾いていてもよいが、効率の点からその傾きσは±２０°以内が好ましく、さらには±５°以内がより好ましい。

（実施形態７）
図８１は本発明の第７の実施形態による面光源装置１１１を示す一部破断した斜視図、図８２は面光源装置１１１の一部破断した平面図、図８３（ａ）は図８１のｅ１部拡大図、図８３（ｂ）は図８１のｅ２部拡大図である。

この面光源装置１１１の指向性変換パターン６８は、傾斜面６７に設けられている。また、指向性変換パターン６８は、図８３（ａ）（ｂ）の拡大図から分かるようにＶ溝状の凸凹構造６８ｂが円周方向に配列されている。しかも、凸凹構造６８ｂは、内周側と外周側との２重の円弧状に配列されており、凸凹構造６８ｂによって形成される内周側の山形形状と外周側の谷形形状、あるいは内周側の谷形形状と外周側の山形形状とが光源方向に並んでおり、その間は微小な複数個の三角形状傾斜面によってつながれている。また、内周側の凸凹構造６８ｂの内周縁や外周側の凸凹構造６８ｂの外周縁には微小なやじり状の傾斜面が形成されている。

また、図８４（ａ）は、図８３（ａ）の光源方向に沿ったｇ１−ｇ１線断面を表し、図８４（ｂ）は図８３（ａ）の光源方向と直交する方向に沿ったｇ２−ｇ２線を表している。指向性変換パターン６８のｇ２−ｇ２線に沿った断面における頂角は１２０°となっており、ｇ１−ｇ１線に沿った断面における斜面の傾斜角は３０°となっている。また、光源方向と直交する方向における凸凹構造６８ｂの長さＭ１と光源方向における凸凹構造６８ｂの長さＭ２との比（アスペクト比）は、
Ｍ１／Ｍ２＝０.５
となっている。アスペクト比が０.５以下であれば、効率改善効果が認められたから、この実施形態では、効率改善効果を奏しうる。

図８５は、上記のように円弧状の領域内に内周側と外周側の２列に凸凹構造６８ｂを配列して指向性変換パターン６８を形成したものの一部を表している。図８６は、この凸凹構造６８ｂを光源方向Ｆに走査したときのパターンと、光源方向Ｆに直交する方向に走査したときのパターン形状を表している。走査線Ｇに沿ったパターンは光源方向における中央を通る断面であり、走査線Ｇ”に沿ったパターンは中央からδ（５０μｍ）だけ点光源６２から遠い側へシフトした位置における断面であり、走査線Ｇ’に沿ったパターンは中央からδ（５０μｍ）だけ点光源６２に近づく側へシフトした位置における断面である。

図８６により光源方向に走査したときの平均傾斜角θx*を求めると、
光源方向Ｆの平均傾斜角： １４.６°
となる。また、光源方向に直交する方向に走査したときの平均傾斜角θy*を求めると、
光源方向と直交する方向Ｇの平均傾斜角（中央）： ３０.８°
光源方向と直交する方向Ｇ’の平均傾斜角（点光源側へ５０μｍ)： ３０.７°
光源方向と直交する方向Ｇ”の平均傾斜角（遠い側へ５０μｍ)： ２８.４°
となる。各平均傾斜角の計算は、光源方向においても、光源方向と直交する方向においても、光源方向と直交する方向の２周期分の長さで行った。よって、光源方向と直交する方向では、３つの値のうち最も高い３０.８°を光源と直交する方向の平均傾斜角とする。よって、この場合にも、光源方向と直交する方向の平均傾斜角θy*＞光源方向の平均傾斜θx*を満足していることが分かる。

図８７（ａ）は、図８１及び図８２のような面光源装置１１１における光線の挙動をシミュレーションした結果を示す図である。また、図８７（ｂ）は傾斜面６７だけで、表面側にも裏面側にも指向性変換パターンのない比較例における光線の挙動をシミュレーションした結果を示す図である。図８７（ａ）と図８７（ｂ）とを比較すると、図８７（ｂ）の比較例では光の漏れが著しいが、裏面に指向性変換パターン６８を設けた実施形態では、光の漏れが小さくなっていることが分かる。

（参考例）
図８８に示すように複数個の点光源６２を用いる場合には、各点光源６２に対応させてその前方の領域にそれぞれ指向性変換パターン６８を設ける。しかし、隣どうしの点光源６２や指向性変換パターン６８が接近し、ある点光源６２から出射した光が隣の点光源６２の前方に位置する指向性変換パターン６８に入射すると、そこから光が漏れてロス光となり易い。従って、このようなロス光を防止するためには、点光源６２どうしの中心間距離Ｄｃを、
Ｄｃ ≧ （ζ１＋ζ２）×tanφ
となるようにすることが望ましい。ここで、２φは点光源６２から出射される光の実質的な広がりであって、例えばφ＝３０°とすればよい。また、ζ１は点光源６２から指向性変換パターン６８の設けられている領域の点光源６２に近い側の端までの距離、ζ２は点光源６２から指向性変換パターン６８の設けられている領域の点光源６２から遠い側の端までの距離である。あとは、形状の作りやすさと求める効率から指向性変換パターン６８を適宜設計すればよい。

また、図８９は複数個の点光源６２を並べて各点光源６２の前方に略円弧状に配列された指向性変換パターン６８を設けたものである。光導入部６５の光入射端面６６から入射した光は、円錐状の指向特性を有しているので、導光板６３に垂直な方向から見たとき、光入射端面６６から入射した光の広がりは１８０°よりも小さくなっている。よって、指向性変換パターン６８を円弧状に配列する場合にも、指向性変換パターン６８を１８０°の範囲に設ける必要はなく、１８０°よりも狭い範囲に設けておけば足りる。ただし、隣接する領域の指向性変換パターン６８どうしは互いに重なり合わないようにしている。

（実施形態８）
図９０は、本発明の面光源装置（例えば、第１の実施形態の面光源装置６１）を用いた液晶表示装置１２１の概略断面図である。この液晶表示装置１２１は、導光板６３の光出射面側に対向させて拡散板１２４、プリズムシート１２３及び液晶パネル１２２を重ねてあり、導光板６３の裏面側に反射シート１２５を配置している。このような液晶表示装置１２１によれば、本発明の面光源装置の特徴を生かすことができ、液晶表示装置１２１の光利用効率を向上させて画面を見やすくできると共に液晶表示装置１２１の薄型化を図ることができる。

５１ 点光源
５２ 導光板
５３ 光入射端面
５４ 光出射面
５５ テーパー部
５６ 導光板本体
５７ 傾斜面
５８ 下面
６１ 面光源装置
６２ 点光源
６２ａ 光出射窓
６３ 導光板
６４ 導光板本体
６５ 光導入部
６６ 光入射端面
６７ 傾斜面
６８ 指向性変換パターン
６８ａ Ｖ溝構造
６８ｂ 凹凸構造
６９ 光出射面
７０ 光出射手段
７１ 面光源装置
８１ 面光源装置
９２ 凹部
９３ 反射板
９８ 線状光源
１２１ 液晶表示装置

Claims (10)

1. 点光源と、前記点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、
   前記点光源は、前記導光板の光入射面と対向する位置に設けられ、
   前記導光板は、光入射面から入射した点光源からの光を閉じ込めるための光導入部と、前記光導入部の最大の厚みよりも小さな厚みで、前記光導入部と連続するように設けられていて閉じ込めた光を光出射手段によって光出射面から外部へ出射させるようにした導光板本体とを備え、
   前記光導入部は、前記導光板本体よりも厚みの大きな部分の表面から前記導光板本体の表面の端に向けて傾斜した傾斜面を、前記導光板の光出射側の面またはその反対面に有し、
   前記導光板は、前記光導入部に入射した光の前記導光板の厚み方向における指向性広がりを導光板の面方向と平行な方向に向けて傾いた指向特性に変換させるための指向性変換パターンを、光出射側の面またはその反対面に有し、
   前記指向性変換パターンは、それぞれある１方向に延在した形状を有する複数の凹部及び／又は凸部によって形成され、
   前記凹部及び／又は凸部は、前記延在方向が少なくとも２つ以上の方向となるように配置され、
   前記凹部及び／又は凸部は、それぞれの位置と前記点光源の中心とを結ぶ方向に対して、それぞれの延在方向が±２０°以内であり、
   前記指向性変換パターンは、前記点光源を中心として放射状に延びた方向を含み、かつ、前記導光板の厚さ方向と平行な平面によって断裁される断面の平均傾斜角が、前記平面と直交し、かつ、前記導光板の厚さ方向と平行な平面によって断裁される断面の平均傾斜角よりも小さいことを特徴とする面光源装置。
2. 前記導光板は、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たときに前記点光源近傍を中心として放射状に延在した凹部及び／又は凸部によって構成された前記指向性変換パターンを、光出射側の面またはその反対面に有していることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記凹部及び／又は凸部が形成された領域内のある点から光源の方向へ向かってある長さを走査したときに通過する凹部及び／又は凸部の数が、前記走査方向と直交する方向に向かって同じ長さを走査したときに通過する凹部及び／又は凸部の数よりも少ないことを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
4. 凹部及び／又は凸部の繰り返しによって前記指向性変換パターンが形成され、
   前記指向性変換パターンの形成された領域を前記点光源から見たとき、当該領域の広がりが８０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
5. 前記凹部及び／又は凸部が、Ｖ溝構造であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
6. 隣接する前記Ｖ溝構造どうしの間に形成される山部の頂角が、１００°以上１４０°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。
7. 前記指向性変換パターンは、前記導光板の光出射面に垂直な方向から見たときに円弧状の領域に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
8. 前記指向性変換パターンの前記点光源に近い側の縁のうえ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３０°以下であり、
   かつ、前記指向性変換パターンの前記点光源に近い側の縁のうえ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３０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
9. 前記指向性変換パターンを構成する凹部及び／又は凸部の平面視における縦横のアスペクト比が０.５以下であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
10. 請求項１から９のうちいずれか１項に記載された面光源装置と、液晶パネルとを備えた液晶表示装置。

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