面光源装置以及液晶显示装置的制作方法

专利名称：面光源装置以及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及面光源装置以及液晶显示装置，特别是，涉及使光高效地射入厚度比光源更薄的导光板的面光源装置的构造。

背景技术：
图1是表示使用边缘照明型的面光源装置的现有的液晶显示装置的示意图。该液晶显示装置11由面光源装置12和液晶面板15构成。
面光源装置12将使用LED的点光源18与由透明树脂形成的导光板17的端面(光入射面)相对而配置，在导光板17的上表面(光出射面)重叠扩散板13和两个棱镜片14，并且使反射板16与导光板17的下表面相对。另外，点光源18安装在基板20上。液晶面板15隔着垫片19(黑框)配置在棱镜片14之上。
从点光源18射出的光从导光板17的端面射入导光板17内，在导光板17内传播并扩散，从导光板17大致整个上表面射出。从导光板17的上表面射出的光透过扩散板13以及棱镜片14而从背面侧照亮液晶面板15。另外，从导光板17的下表面漏出的光被反射板16反射而再次返回导光板17内，对光进行再利用。
在这样的面光源装置12中，除了要求亮度均匀、高亮度以及低成本之外，还要求发光面积大(发光面以外的面积小)以及厚度薄。特别是，在组装到便携式设备中时，随着便携式设备的薄型化，对面光源装置12的薄型化的要求也越来越高。
通常的面光源装置的各部件尺寸如下。
基板与点光源的厚度之和600μm 点光源的光出射窗的高度300μm 棱镜片的厚度 62μm(每一片) 扩散板的厚度 55μm 导光板的厚度 300～650μm 反射板的厚度60μm 垫片的厚度55μm 由此，面光源装置的厚度在点光源侧为600μm左右，在导光板侧，除了垫片的厚度之外，为539μm～889μm左右。因此，希望将占据面光源装置大部分面积的导光板侧的厚度减薄。
占据面光源装置大部分厚度(以下，在单称面光源装置的厚度时，指的是面光源装置在导光板侧的厚度)的是导光板。但是，若使导光板的厚度比点光源的光出射窗的高度小，则从点光源射出的光中不射入导光板的光增加，面光源装置的光利用率下降。因此，导光板的厚度受到点光源的光出射窗的高度的制约，难以使面光源装置的厚度比点光源的光出射窗的高度小。同样地，在光源为冷阴极管时，难以使导光板的厚度小于冷阴极管的直径。
(关于专利文献1) 图2是日本特开平5-53111号公报(专利文献1)公开的液晶显示装置21的侧面图。在用于该液晶显示装置21的面光源装置22中，为了使来自萤光管23的光有效地射入厚度比萤光管23薄的导光板，在导光板的厚度薄的部分、即导光板主体24的端部设有锥形部25。锥形部25的端面具有与萤光管23的直径大致相等的高度，萤光管23与该端面相对。从锥形部25的端面射入的光在锥形部25的表面背面全反射而被导向导光板主体24，从导光板主体24的上表面向液晶面板26射出。
专利文献1公开的面光源装置22用于将萤光管23的光不泄漏地导向导光板。因此，使锥形部25端面的高度与萤光管23的直径大致相等，将萤光管23的光不泄漏地导向锥形部25。但是，在面光源装置22中，不能够防止锥形部25的漏光。因此，从锥形部25漏出的光发亮而能够从观察者侧看到，液晶显示装置21的显示部(画面)的边缘以高亮度发光，使显示部的品质下降。
使用图3对该面光源装置22的上述构造不能够防止自锥形部25的漏光的理由进行说明。对在锥形部25最容易漏出的光进行探讨。防止了该最易泄漏的光的漏出，则在面光源装置22中，锥形部25不漏光。最易漏出的光是从萤光管23发出而射入锥形部25的光中入射角α最大的光线L，故而考虑能够使从与锥形部25的端面垂直的方向测定的入射角α最大的光线L在锥形部25不漏光且可尽量减薄导光板主体24的厚度的结构。为了得到这样的结构，如图3所示，只要考虑射入角α最大的光线L在锥形部25的倾斜面上端(A点)全反射之后、在导光板下表面的B点再次全反射并在导光板主体24的与锥形部25相邻的上表面(C)点反射的条件即可。另外，在图3中，在锥形部25的端面部分表示平板状的短部分，但这只是为了附图的方便表示，其长度可以无限地短。
首先，射入导光板的光线的最大入射角α由下式决定。
sinα＝1/n ...(式1) (其中，n为导光板的折射率) 该入射角α最大的光线L射入倾斜角θ的A点的入射角为90°-θ-α，故而在该倾斜面将光线全反射的条件为 θ≤90°-2α...(式2)。
另外，在A点全反射后的光射入锥形部25的下表面的入射角为90°-2θ-α，故而在该下表面的B点将光线全反射的条件为 θ≤45°-α...(式3) 若满足该式3，则在B点全反射后的光在导光板主体24的C点也全反射。
由此，由式2及式3可知，为了使光线L在A点、B点以及C点全反射，只要满足下式即可。
θ≤45°-α...(式4) 但是，若锥形部25的倾斜角θ小，则在锥形部25的倾斜面的上端全反射之后，在导光板的下表面全反射后的光会再次射入到锥形部25的倾斜面而从锥形部25漏光，另外，由于倾斜角θ小则锥形部25的长度变长，故而倾斜角θ在满足式4的范围内尽可能地大为好。因此，倾斜角θ设定为在满足式4的限度内尽可能大的值。即，θ＝45°-α...(式5)。
若将锥形部25的端面高度设为T，将锥形部25的长度设为X，将锥形部25的倾斜面的高低差设为Y，则由图3，锥形部25的长度X和高低差Y成为 X＝Tcot(α+2θ)+(T-Y)cot(α+2θ) ＝(2T-Y)cot(α+2θ) Y＝Xtanθ 这是关于X、Y的求解，若使用式5，则成为下式6、7。
...(式6) ...(式7) 其中，a＝tanα＝tan(45°-θ)。
另外，导光板主体24的厚度t由下式8表示。
...(式8) 作为导光板材料，考虑具有代表性的导光板材料即丙稀酸树脂和聚碳酸酯树脂(PC树脂)，若使导光板的折射率为 n＝1.49(丙稀酸树脂的情况) n＝1.59(聚碳酸酯树脂的情况) 进行计算，则最大的入射角α由式1算得为 α＝42.16°(丙稀酸树脂的情况) α＝38.97°(聚碳酸酯树脂的情况) 由式3算出锥形部3的倾斜角θ为 θ＝2.84°(丙稀酸树脂的情况) θ＝6.03°(聚碳酸酯树脂的情况)。
另外，在专利文献1中，将锥形部25的端面高度记为T＝4.10mm，故而使用该高度T的值和上述α的值，由式6～8如下地求出锥形部25的长度X和高低差Y、导光板主体24的厚度t。在导光板材料为丙稀酸树脂的情况下，T＝4.10mm、α＝42.16°(a＝tanα＝0.91)，故而 X＝7.10mm Y＝0.35mm t＝3.75mm。
同样地，在导光板材料为聚碳酸酯树脂的情况下，T＝4.10mm、α＝38.97°(a＝tanα＝0.81)，故而 X＝6.11mm Y＝0.65mm t＝3.45mm。
图4汇总表示上述的计算结果。根据图4，导光板主体24的厚度t为3.75mm(丙稀酸树脂的情况)或3.45mm(聚碳酸酯树脂的情况)。对此，在专利文献1公开的液晶显示装置21中，相对于锥形部25的端面高度T＝4.10mm，将导光板主体24的厚度记为t＝2.2mm。该t＝2.2mm的值比由上述计算求出的厚度t的值(图4)薄很多，故而必然从锥形部25漏光。
由此，在专利文献1公开的面光源装置22中，不能够防止自锥形部25的漏光。或者，在专利文献1公开的面光源装置22中，至少对于自锥形部25的漏光完全未作考虑。
(关于专利文献2) 图5是表示日本特开2004-69751号公报(专利文献2)的图1公开的面光源装置的立体图。该面光源装置31在导光片32的端部设置形成圆锥形的导光部33，并且将点光源35与导光部33的端面(受光部34)相对而配置。在该面光源装置31中，点光源35和导光板33的受光部34也具有相同程度的高度，将点光源35的光从导光部33射入而导向导光片32。
专利文献2公开的面光源装置31用于将点光源35的光不泄漏地导向导光片32。因此，使受光部34的高度与点光源35的高度大致相等，通过导光部33的锥形将点光源35的光不漏光地导向导光片32。但是，在该面光源装置31中，也不能够防止在形成圆锥状的导光部33的漏光。因此，从导光部33漏出的光明亮而能够从观察者侧看到，液晶显示装置的显示部(画面)一端以高亮度发光，使显示部的品质下降。
图6是表示由通过导光部33的轴心的垂直面剖切后的导光部33以及受光部34的截面的图。使用图6对专利文献2(图1)的面光源装置31也不能够防止自导光部33的漏光进行说明。在专利文献2的面光源装置31中，作为导光板材料使用丙稀酸树脂，故而射入到导光部33的光线L的最大入射角α由图4可知为α＝42.16°，此时导光部33的表面的倾斜角θ为θ＝2.84°。但是，在专利文献2的面光源装置31中，受光部34的高度为3mm，导光片32的厚度为1mm，故而若使导光部33的倾斜角为θ＝2.84°，则导光部33的长度为X＝20.16mm。由此，如图6所示，在导光部33的一倾斜面的上端全反射后的光以90°-(α+3θ)＝39.32°的入射角向另一倾斜面射入。该入射角39.32°比全反射的临界角(42.16°)小，故而射入到另一倾斜面的光线L如图6所示地向外部漏光。
因此，在专利文献2公开的面光源装置31中，虽然能够封入一定的光，但是数10％左右的光从导光部33漏出，漏出的光在显示面发亮而使液晶显示装置的品质变差。另外，在专利文献2中，对于防止这样的漏光未作任何的探讨。
另外，在专利文献2的图3中公开了如下的导光板，即，导光部33的端面(受光部34)为圆形，随着朝向受光部34的相反侧，导光部33扁平地扩展且变薄，参照本发明的图7。但是，在这样的面光源装置中，如图8所示地从受光部34侧观察可知，以图8的K-K所示的截面进行考虑，导光部33的上表面侧的表面和下表面侧的表面大致平行地相对。由此，在这样的导光板中，与专利文献2的图1的情况相同，从导光部33向外漏光。
(关于专利文献3) 图9是日本特开2005-285389号公报(专利文献3)公开的面光源装置的剖面图。该面光源装置41为了使光有效地射入厚度比光源42薄的导光板主体43，将从光入射面侧开始依次减薄的台阶状的入光部44设置在导光板主体43的端部。另外，在入光部44的表面设有光反射板45。
在这种结构的面光源装置41中，如图10所示的光线L1那样，从入光部44漏出的光线在光反射板45反射而再次射入入光部44，在入光部44的界面和光反射板45反复进行反射而导向导光板主体43。
但是，在这样的结构中，如图10所示的光线L2那样地，一部分光被光反射板45吸收而使光利用率下降。另外，通过粘接剂将光反射板45固定在入光部44上时，由粘接剂也吸收了相当的光而造成损失。另外，由于入光部44构成台阶状，故而如图10的光线L1那样反射的光线从光入射面漏出。由此，在这样的构造中，与通过全反射封入光的面光源装置相比，光的利用率差。
另外，在这样的面光源装置中，在入光部44设有光反射板45，故而具有入光部44的厚度增大与光反射板45的厚度相当的量的不良情况。另外，将光反射板45粘附在入光部44的各面时的组装成本增加，导致面光源装置的成本上升。
专利文献1(日本)特开平5-53111号公报 专利文献2(日本)特开2004-69751号公报 专利文献3(日本)特开2005-285389号公报

发明内容
本发明是鉴于上述技术课题而作出的，其目的在于提供一种面光源装置，通过使光导入部的端面厚度与点光源的光出射窗的高度大致相同，可将光导向比点光源的光出射窗的高度薄的导光板，其中，能够进一步减少自光导入部的漏光。
为了实现上述目的，本发明的面光源装置具有点光源和导光板，所述导光板将所述点光源的光从光入射面导入并从光出射面向外部射出，其特征在于，所述点光源设置在与所述导光板的光入射面相对的位置，所述导光板具有光导入部，其用于将从光入射面射入的、来自点光源的光封入；导光板主体，其厚度小于所述光导入部的最大厚度，并且与所述光导入部连续设置，通过光射出部件将被封入的光从光出射面向外部射出，所述光导入部在所述导光板的光出射侧的面或其相反面上设有倾斜面，该倾斜面从厚度比所述导光板主体大的部分的表面向所述导光板主体的表面端倾斜，所述导光板在光出射侧的面或其相反面上设有指向性变换图案，该指向性变换图案将射入到所述光导入部的光在所述导光板的厚度方向上的指向性扩展变换成朝向与导光板的面方向平行的方向倾斜的指向特性。
在本发明的面光源装置中，由于在导光板的使来自点光源的光射入的位置设有厚度大的光导入部，故而能够将从点光源射出的光有效地导入厚度薄的导光板主体内。另外，由于在光导入部设有指向性转换图案，其将射入到光导入部的光在导光板厚度方向上的指向性扩展转换成朝向与导光板的面方向平行的方向倾斜的指向特性，因此，即使增大倾斜面的倾斜角，也能够使射入到光导入部的光较小地漏出，或者理想的是不漏光而向厚度小的导光板主体导光。由此，能够一边抑制光损失一边减薄导光板的厚度。
本发明的面光源装置的一方面，在从与所述导光板的光出射面垂直的方向进行观察时，所述导光板在光出射侧的面或其相反面上设有由以所述点光源附近为中心放射状延伸的多个平面构成的所述指向性变换图案。在该方面中，从与导光板的光出射面垂直的方向观察时，由以点光源为中心放射状延伸的多个平面构成的指向性转换图案设置在导光板上，故而即使增大倾斜面的倾斜角，也能够使射入到光导入部的光的漏光最少，或者理想的是不漏光而向厚度小的导光板主体导光。由此，能够一边抑制光的损失一边减薄导光板的厚度。
本发明的面光源装置的另一方面，由包含以所述点光源为中心放射状延伸的直线且与所述导光板的厚度方向平行的平面剖切的所述指向性转换图案的截面的平均倾斜角，比由与所述平面正交且与所述导光板的厚度方向平行的平面剖切的所述指向性转换图案的截面的平均倾斜角小。在此，所谓以点光源为中心放射状延伸的直线是指，从光出射面侧观察导光板时，将通过点光源的有限宽度的中心的点和规定的图案的点连接的直线。根据该方面，能够使用平均倾斜角的概念对自导光板的漏光进行评价，有助于设计漏光小的面光源装置。
本发明的面光源装置的又一方面，所述指向性转换图案通过由凹部及/或凸部构成的凹凸构造而形成，从形成有所述凹凸构造的区域内的某点向光源方向扫描一定长度时所通过的凹部及/或凸部的数量比向与所述扫描方向正交的方向扫描相同长度时所通过的凹部及/或凸部的数量少。所谓朝向光源的方向的长度是指朝向光源的中心延伸的长度。根据该方面，能够通过凹凸的数量对自导光板的漏光进行评价，有助于设计漏光少的面光源装置。
本发明的面光源装置的再一方面，分别向一方向延伸的凹部和凸部以彼此至少成为两个以上的延伸方向的方式进行配置而形成所述指向性变换图案，所述凹部及/或凸部相对于将各自的位置和所述点光源连接的方向，其各自的延伸方向在±20°以内。所谓与点光源连接的方向是指与点光源的中心连接的方向。若超过±20°，则会降低本发明的效果即减少漏光并改善光利用率的效果。
本发明的面光源装置的其他方面，通过将向一方向延伸的凹部及/或凸部反复排列而形成所述指向性变换图案，从所述点光源观察所述指向性变换图案的形成区域时，该区域的扩展为80°以下。所谓从所述点光源观察是指从点光源的中心观察时的情况。若扩展超过80°，则会降低本发明的效果即减少漏光并改善光利用率的效果。
本发明的面光源装置的一方面，所述指向性变换图案由多个V槽构造构成。在该方面中，由于利用多个V槽结构构成指向性变换图案，故而入射到光导入部的光在导光板的厚度方向上的指向性扩展能够变换成与导光板的面方向平行的方向。
本发明的面光源装置的一方面，从与所述导光板的光出射面垂直的方向观察时，所述指向性变换图案形成在圆弧状的区域。根据该方面，能够在以点光源为中心的圆弧状的区域设置指向性变换图案，故而能够使从点光源向各方向射出的光在光导入部的漏光最小。
本发明的面光源装置的一方面，所述指向性变换图案设置在形成于所述光导入部的倾斜面的至少一部分。若在倾斜面设置指向性变换图案，则能够将倾斜面和指向性变换图案形成在导光板的同一面，导光板的制造容易。
本发明的面光源装置的一方面，所述指向性变换图案设置在所述导光板的与形成有所述倾斜面的面相反侧的面上的、所述光导入部和与所述光导入部相邻的所述导光板主体的相邻区域合并的区域中的至少一部分。若在光导入部和与光导入部相邻的导光板主体的邻接区域的至少一部分设置指向性变换图案，则能够使由指向性变换图案变换了指向性后的光射入倾斜面，能够将倾斜面的漏光抑制到最小限度。
本发明的面光源装置的一方面，所述指向性变换图案设置在所述导光板的与形成有所述倾斜面的面相反侧的面上的、比被所述倾斜面全反射的光在与所述光出射面相反侧的面被第二次全反射的位置更接近所述点光源的区域。根据该方面，能够防止由光导入部的倾斜面反射的光多次射入指向性变换图案，能够防止由于多次射入指向性变换部而向外部漏出，可减小光的损失。
本发明的面光源装置的一方面，所述指向性变换图案形成在所述导光板的与形成有所述倾斜面的面相反侧的面上，将所述导光板主体的厚度设为t，将所述倾斜面的倾斜角设为θ时，所述指向性变换图案配置在比从所述倾斜面与所述导光板主体侧边缘相对的位置朝向所述导光板主体内距离D＝(3·t)/tanθ的位置更接近所述点光源侧。若满足上述条件，能够防止由光导入部的倾斜面反射的光多次射入指向性变换图案，能够防止由于多次射入指向性变换部而向外部漏出，可减小光的损失。
本发明的面光源装置的具有V槽构造的一方面，构成所述指向性变换图案的各V槽构造构成100°以上且140°以下的角度。若构成V槽结构的平面彼此的角度为100°以上且140°以下，则能够减小漏光的比率(＝泄漏光/输入光)。
本发明的面光源装置的一方面，从所述指向性变换图案接近所述点光源侧的边缘中的任意点向所述点光源的光出射窗的一端延伸的方向、与从该任意点向所述光出射窗的中央延伸的方向构成的角度为30°以下，并且，从所述指向性变换图案接近所述点光源一侧的边缘中的任意点向所述点光源的光出射窗的另一端延伸的方向、与从该任意点向所述光出射窗的中央延伸的方向构成的角度为30°以下。根据该方面，即使光源的光出射窗具有有限的大小，也能够将从光出射窗的任意点射出的光封入光导入部而将自光导入部的漏光抑制到最小限度。
本发明的面光源装置的一方面，构成所述指向性变换图案的凹部及/或凸部平面看时的纵横尺寸比为0.5以下。在此，所谓平面看的纵横长宽比是指，从与导光板的光出射面垂直的方向观察指向性变换图案时，构成指向性变换图案的凹部及/或凸部的与纵向(长度方向)垂直的方向(截面形状变换的方向或宽度方向横向)的长度与截面形状不变化的方向或长度方向(纵向)的长度之比，通过使该值小于0.5，能够减少自导光板的漏光。
本发明提供一种液晶显示装置，其具有上述方面的面光源装置、以及液晶面板。上述液晶显示装置使用有本发明的面光源装置，故而通过减薄导光板能够谋求液晶显示装置的薄型化，并且能够抑制面光源装置的光损失并使液晶面板的显示面明亮。
另外，本发明用于解决上述课题的方式具有将以上说明的构成要素适当组合的特征，本发明通过将上述构成要素适当组合而能够进行多种变更。



图1是使用有边缘照明型的面光源装置的现有的液晶显示装置的示意图； 图2是专利文献1公开的液晶显示装置的侧面图； 图3是用于说明在图2的面光源装置中在锥形部产生漏光的理由的图； 图4表示图2的面光源装置的设计例； 图5是表示专利文献2的图1公开的面光源装置的立体图； 图6是表示在图5的面光源装置中由通过导光部的轴心的垂直面剖切后的导光部以及受光部的截面的图； 图7是表示专利文献2的图3公开的面光源装置的立体图； 图8是说明在图7的面光源装置漏光的理由的图； 图9是专利文献3公开的面光源装置的剖面图； 图10是用于说明图9的面光源装置的问题点的图； 图11是表示从点光源射出的光的指向特性S1和射入到导光板的光的指向特性S2的图； 图12(a)是从斜向看到的指向特性S1的图，图12(b)是从y轴的负向正的方向看到的指向特性S1的图； 图13(a)是从斜向看到的指向特性S2的图，图13(b)是从y轴的负向正的方向看到的指向特性S2的图； 图14是在光导入部不产生漏光而设计的导光板的示意剖面图； 图15(a)～(d)是说明图14的导光板的指向特性的图； 图16(a)～(d)是说明图14的导光板的指向特性的图； 图17是在光导入部产生漏光的导光板的示意剖面图； 图18(a)～(c)是说明图17的导光板的指向特性的图； 图19(a)、(b)是利用方向余弦空间表示指向特性S2的图； 图20(a)～(c)是用于说明方向余弦空间和漏光的关系的图； 图21(a)、(b)是利用方向余弦空间表示图14所示的导光板的指向特性S3的图； 图22(a)、(b)是利用方向余弦空间表示图17所示的导光板的指向特性S3的图； 图23是表示本发明第一实施方式的面光源装置的立体图； 图24是表示本发明第一实施方式的面光源装置的示意剖面图； 图25是表示第一实施方式的面光源装置的光导入部的放大立体图； 图26是表示第一实施方式的面光源装置的光导入部的平面图； 图27是表示第一实施方式的面光源装置的光导入部的立体图； 图28是用于说明第一实施方式的面光源装置的光导入部的尺寸的图； 图29是说明指定倾斜的面的方向的图； 图30是具有三维状的锥形部的面光源装置的立体图； 图31(a)是表示由三维状的锥形部反射之前的指向特性S2的图，图31(b)是表示由三维状的锥形部反射之后的指向特性S3的图； 图32(a)是利用方向余弦空间的yz平面表示图31(b)的指向特性S3的图，图32(b)是利用方向余弦空间的xy平面表示该指向特性S3的图； 图33(a)、(b)是表示绕z轴的旋转方向不同的两个倾斜面的图，图33(c)是说明作为两个倾斜面的交线而产生的倾斜面的图； 图34(a)～(c)是表示控制横向的指向性扩展的方法的图； 图35(a)是利用方向余弦空间的yz平面表示考虑了横向的指向性扩展后的指向特性S2的图，图35(b)是利用方向余弦空间的xy平面表示该指向特性S2的图； 图36(a)是利用方向余弦空间的yz平面表示考虑了横向的指向性扩展后的指向特性S3的图，图36(b)是利用方向余弦空间的xy平面表示该指向特性S3的图； 图37(a)是利用方向余弦空间的yz平面表示将横向的指向性扩展扩大后的指向特性S3的图，图37(b)是利用方向余弦空间的xy平面表示该指向特性S3的图； 图38是表示本发明第二实施方式的面光源装置的立体图； 图39(a)是表示指向性变换图案的左端部分的V槽构造的一部分形状的示意图，图39(b)是表示指向性变换图案的中央部的V槽结构的一部分形状的示意图，图39(c)是表示指向性变换图案的右端部分的V槽结构的一部分形状的示意图； 图40是表示指向性变换图案的光源侧边缘与光出射窗的中央和端部所成的角度的图； 图41是说明第二实施方式的变形例的示意图； 图42是表示本发明第三实施方式的面光源装置的立体图； 图43(a)是说明第三实施方式的面光源装置的变形例的说明图，图43(b)是由图43(a)的圆标记包围的部分的放大图； 图44是表示本发明第四实施方式的面光源装置的示意剖面图； 图45是表示第四实施方式的变形例的示意剖面图； 图46是表示在第四实施方式的变形例中设置在导光板背面的指向性变换图案的示意图； 图47是表示图45的变形例的模拟用的数值例的图； 图48(a)是表示通过模拟求出图45的变形例的光线的动作的结果的图，图48(b)是表示通过模拟求出无指向性变换图案的比较例的光线的动作的结果的图； 图49是表示第四实施方式的其他变形例的示意剖面图； 图50是表示在导光板的倾斜面相反侧的面设置指向性变换图案的区域的图； 图51是表示本发明第五实施方式的面光源装置的示意平面图； 图52是表示本发明第六实施方式的面光源装置的立体图； 图53(a)～(h)是表示导光板的其他各种形状的示意图； 图54是表示图53(g)所示的导光板的使用方式的示意图； 图55(a)是表示射入到光导入部的光的指向特性的方向余弦空间图，图55(b)是表示由圆锥状的指向性变换图案反射的光的指向特性的方向余弦空间图； 图56(a)、(b)是圆锥状的凹凸构造的平面图以及示意剖面图； 图57(a)、(b)是将圆锥状的凹凸构造拉伸成长圆状的凹凸构造的平面图以及示意剖面图； 图58(a)是具有使光的指向性在与光源方向正交的方向上扩展的指向性变换图案的导光板的示意剖面图，图58(b)是该指向性变换图案的放大剖面图； 图59(a)是具有使光的指向性在与光源方向正交的方向上扩展的另一指向性变换图案的导光板的示意平面图，图59(b)是该指向性变换图案的放大剖面图； 图60(a)是具有使光的指向性在与光源方向正交的方向上扩展的又一指向性变换图案的导光板的示意平面图，图60(b)是该指向性变换图案的放大剖面图； 图61(a)是具有使光的指向性在与光源方向正交的方向上扩展的再一指向性变换图案的导光板的示意平面图，图61(b)是该指向性变换图案的放大剖面图； 图62是具有使光的指向性在与光源方向正交的方向上扩展的其他指向性变换图案的导光板的示意平面图； 图63(a)、(b)是用于说明平均倾斜角的定义的图； 图64(a)是表示指向性变换图案的配置的一例的图，图64(b)是表示沿F线的截面的图，图64(c)是表示沿G线的截面的图，图64(d)是表示沿G’线的截面的图，图64(e)是表示沿G”线的截面的图； 图65是说明与光源方向平行的扫描线F和与垂直于光源方向的方向平行的扫描线G、G’、G”的确定方法的图； 图66(a)～(d)是表示各种截面的指向性变换图案及其平均倾斜角的图； 图67(a)、(b)是说明求得由曲线构成的指向性变换图案的平均倾斜角的方法的图； 图68是表示在以点光源为中心的圆弧状区域放射状地设置的指向性变换图案的图； 图69是表示沿与光源方向平行的扫描线F扫描图68的指向性变换图案时的图案形状、和沿与光源方向正交的方向的扫描线G”、G、G’扫描图68的指向性变换图案时的图案形状的图； 图70是表示在直线状区域相互平行而排列的指向性变换图案的图； 图71是表示沿与光源方向平行的扫描线F扫描图70的指向性变换图案时的图案形状、和沿与光源方向正交的方向的扫描线G”、G、G’扫描图70的指向性变换图案时的图案形状的图； 图72是表示圆弧状排列的指向性变换图案的图； 图73(a)、(b)是表示图72的F方向上的指向性变换图案的截面、和图72的G方向上的指向性变换图案的截面的图； 图74是表示在直线状区域相互平行地排列的指向性变换图案的示意图； 图75(a)、(b)是表示图74的F方向上的指向性变换图案的截面、和图74的G方向上的指向性变换图案的截面的图； 图76是用于说明凹凸结构的延伸方向的角度范围的图； 图77是表示使指向性变换图案的延伸方向相对于光源方向的角度变化时的效率改善效果的变化的图； 图78是用于说明指向性变换图案在平面看时的纵横尺寸比的图； 图79是表示使指向性变换图案的纵横尺寸比变化时的效率改善效果的变化的图； 图80(a)、(b)是用于说明设置指向性变换图案的角度范围(图案扩展角度μ)的图； 图81是表示设置指向性变换图案的角度范围(图案扩展角度μ)和效率改善效果的关系的图； 图82是表示本发明第八实施方式的面光源装置的局部剖切立体图； 图83是第八实施方式的面光源装置的局部剖切平面图； 图84(a)是图82的e1部放大图，图84(b)是图82的e2部放大图； 图85(a)是表示沿图84(a)的光源方向的g1-g1线截面的图，图85(b)是表示沿图84(a)的与光源方向正交的g2-g2线截面的图； 图86是表示第八实施方式的指向性变换图案的一部分的平面图； 图87是表示沿与光源方向平行的扫描线F扫描图86的指向性变换图案时的图案形状、和沿与光源方向正交的方向的扫描线G”、G、G’扫描图86的指向性变换图案时的图案形状的图； 图88(a)是表示通过模拟求出图82及图83的面光源装置的光线的动作的结果的图，图88(b)是表示通过模拟求出无指向性变换图案的比较例的光线的动作的结果的图； 图89是表示本发明第九实施方式的面光源装置的平面图； 图90是表示第九实施方式的变形例的指向性变换图案的一部分的立体图； 图91是表示第十实施方式的液晶显示装置的示意剖面图。
附图标记说明 51点光源 52导光板 53光入射端面 54光出射面 55锥形部 56导光板主体 57倾斜面 58下表面 61面光源装置 62点光源 62a光出射窗 63导光板 64导光板主体 65光导入部 66光入射端面 67倾斜面 68指向性变换图案 68aV槽构造 68b凹凸构造 69光出射面 70光出射部件 71面光源装置 81面光源装置 92凹部 93反射板 98线状光源 121液晶显示装置
具体实施例方式 以下，参照

本发明。首先，为了便于理解本发明的基本概念即方向余弦空间，对现有的面光源装置的光的动作进行详细说明。
图11是表示从点光源51射出的光(空气中)的指向特性S1和射入到导光板52的光的指向特性S2的图。点光源51使用LED，宽度小于导光板52。导光板52形成长方形板状，其折射率由n表示。另外，将与导光板52的光入射端面53垂直且朝向导光板内部的方向定义成x轴，将与导光板52的光出射面54垂直的方向定义成z轴，将与x轴及z轴垂直的方向(与光入射端面53平行的方向)定义成y轴。
从LED射出的光是在各方向具有均匀的光强度的各向同性的朗伯(余弦)分布，故而从该点光源51射出的光的指向特性S1也为各向同性的朗伯分布。其中，考虑光仅向点光源51的前方射出而以半球状的指向特性进行表示，指向特性在通过x轴的任意平面内具有180°的扩展。图12(a)是从斜向观察该指向特性S1的图，图12(b)是从y轴的负向正的方向观察指向特性S1的图。
这样的指向特性S1的光若从光入射端面53进入导光板52内，则由于光线折射(斯内尔定律)，导光板52内的光的指向特性S2如图13(a)、(b)所示地，被限制在2α＝2×arcsin(1/n)的扩展范围。例如，在导光板52为聚碳酸酯树脂时，折射率n＝1.59，故而α＝38.97°(以下，为了便于说明，设α＝39°)。图13(a)、(b)的指向特性S2的Q方向和R方向的x、y、z成分也是针对于聚碳酸酯树脂制的导光板52的。另外，所谓指向特性，一般是表示光的出射方向和光强度，但本发明只要以有无漏光为可体、即仅以光线方向为研究对象即可，故而指向特性的光线矢量长度都为1，仅表示光线方向。
接着，在图14所示的导光板52中，考虑将光封入内部。导光板52为聚碳酸酯树脂制(折射率n＝1.59)，若锥形部55的端面高度为T＝0.3mm，则不使光从导光板52漏光的条件使用式1～8进行计算，如下 最大入射角α＝39° 锥形部55的倾斜面57的倾斜角θ＝6° 锥形部55的长度X＝0.45mm 锥形部55的倾斜面57的高低差Y＝0.05mm 导光板主体56的厚度t＝0.25mm 另外，在图14中，在锥形部55的端面部表示了平板状的短部分，这是为了附图的表示方便，其长度也可以无限地短。
考虑这样的导光板52中zx平面内的光的指向特性的变化。若射入到导光板52的光线方向(与x轴所成的角度以下，所谓光线方向是指与x轴所成的角度)ξ(其中-α≤ξ≤α)的光线在倾斜角θ的倾斜面57全反射，则反射后的光线方向为-ξ-2θ。因此，若进入到导光板52中的-39°～+39°范围的指向特性S2的光中-6°～+39°的光线方向的光线射入倾斜面57，则所有的光线被全反射，反射后的指向特性在-51°～-6°的范围(图15(a))。另外，-39°～-6°范围的光不射入倾斜面57，故而保持-39°～-6°的指向特性不变(图15(b))。另外，-6°～+39°范围的光也不射入倾斜面57而保持-6°～+39°的指向特性不变(图15(c))。由此，将这些各方向的光相加，则锥形部55的倾斜面57与下表面58之间的光的指向特性S3如图15(d)所示地，光线方向在-51°～+39°的范围。
另外，在锥形部55的下表面58中，-51°～+39°的指向特性S3的光中、-51°～0°的光在下表面58不漏光地被全反射，成为0°～+51°范围的光(图16(a))。另外，0°～+39°的光不射入下表面58，故而保持0°～+39°的指向特性不变(图16(b))。另外，-51°～0°的光也不射入锥形部55的下表面58，保持-51°～0°的指向特性不变并进入导光板主体56(图16(c))。由此，将这些各方向的光相加，则在锥形部55的下表面58与导光板主体56之间的光的指向特性S4如图16(d)所示地，光线方向在-51°～+51°的范围。
由以上可知，通过图14的锥形部55，在zx面内从点光源51进入的-39°～39°的光的指向特性扩展到-51°～+51°，但是光既不从锥形部55的倾斜面57漏光也不从下表面58漏光而导向导光板主体56。
接着，在图17所示的导光板52中，不考虑式1～8的条件，而考虑增大锥形部55的倾斜面θ来进一步减小导光板主体56的厚度t的情况。即，各部分的值如下设定 折射率n＝1.59(聚碳酸酯树脂) 锥形部55的端面高度T＝0.3mm 最大入射角α＝39° 锥形部55的倾斜面57的倾斜角θ＝15° 锥形部55的长度X＝0.485mm 锥形部55的倾斜面57的高低差Y＝0.13mm 导光板主体56的厚度t＝0.17mm 关于图17这样的导光板52，与图14的导光板52同样，追踪zx平面内的指向特性的变化。进入导光板52中的点光源51的光的指向特性S2，如图18(a)所示，为-39°～+39°。向倾斜面57射入的光线方向ξ的光线的入射角为90-θ-ξ，故而向倾斜面57射入-39°～+39°的指向特性的光时，其射入角为36°～114°。倾斜面57的全反射的临界角为39°，故而在倾斜面57，入射角为36°～39°(以原本的光线方向ξ，为39°～36°)的光从倾斜面57向外部漏光而成为损失光Ls。由此， 在倾斜面57反射的光的指向性为-66°～-15° 不向倾斜面57射入的光的指向性为-39°～-15° 不向倾斜面57射入的一部分光的指向性为-15°～39°， 因此，将这些光相加，则锥形部55的倾斜面57与下表面58之间的指向特性S3为-66°～39°。
该指向特性S3的光中、-66°～0°的光射入锥形部55的下表面58，但由于其入射角为24°～90°，故而朝向下表面58的入射角为24°～90°(以原本的光线方向ξ，为36°～21°)的光从下表面58向外部漏光而成为损失光Ls。由此，-66°～0°的光中仅-51°～0°的光在下表面58被全反射而成为0°～+51°的光，与不被下表面58反射的-66°～39°的光相加而成为-66°～+51°的指向特性的光，导向导光板主体56。并且，在导光板主体56的上表面再次漏光而成为损失光Ls，如图18(b)所示，-51°～+51°的指向特性S4的光在导光板主体56内导光。
由此，如图18(a)所示，在这样的导光板52中，进入到导光板52的-39°～39°的光中斜线区域的光(21°～39°的光)从锥形部55的倾斜面57和下表面58漏光而成为损失。
这样，在设有在导光板52的宽度方向上具有相同形状的二维状的锥形部的面光源装置中，若为了不使光从锥形部漏光，则需要满足上述式1及式5～8而进行设计，若导光板主体比由式8决定的厚度t薄，则产生漏光。由此，在现有构造的导光板中，不能够在使自锥形部的漏光最小的同时将薄导光板主体的厚度减薄。
本发明避免上述制约而将锥形部的漏光抑制在最小限度，理想的是，不漏光并能够将导光板薄型化。
接着，说明有助于理解本发明的方向余弦空间的概念，并且将图14及图17所示的导光板的漏光的有无与方向余弦空间的指向特性相关联进行表示。
所谓方向余弦空间是指将光的指向特性(光线的方向)作为半径为1的球的表面的区域而表示的空间。例如，图19(a)、图19(b)分别表示了在图13所示的指向特性S2中，将zx平面内的指向特性QR以方向余弦空间的yz平面以及xy平面表示的空间。方向余弦空间外侧的大圆表示半径为1的球G2，内侧的小圆表示半径sinα＝1/n的球G1。
另外，指向特性通常表现为半径为1的球G2表面的面区域。但是，如指向特性S2的xy平面内的光这样地在y轴方向上扩展的光，即使在锥形部55的倾斜面57和下表面58全反射，也只是zx平面内的光线方向变化，光的扩展不变化，与漏光无直接关系。由此，在具有二维的锥形部的导光板中，在考虑有无漏光的情况下，只要考虑zx平面内的指向特性即可，故而以下对指向特性S2、S3等进行探讨时，仅考虑zx平面内的指向特性。
若使用这样的方向余弦空间，则是否从导光板52漏光能够由锥形部55的倾斜面57与下表面58之间的光的指向特性S3是否与图20(b)、(c)的斜线区域重合来进行判定。利用图20(a)对其理由进行说明。
将射入倾斜面57的光的光线方向设为ξ(其中，-α≤ξ≤α)时，在倾斜面57不漏光的条件是 90°-θ-ξ＞α，即90°-θ-α＞ξ...(式9)。
另外，在该倾斜面57全反射的光射入下表面58而不从下表面58漏光的条件是 90°-2θ-ξ＞α，即90°-2θ-α＞ξ...(式10)。
将式9和式10进行比较可知，若在锥形部55的下表面58不漏光，则在锥形部55的倾斜面57也不漏光。
对射入锥形部55的下表面58的光进行探讨。如图20(a)实线标记所示的指向特性S3的光那样地，相对于在下表面58竖立的法线(z轴)以大于α(临界角)的入射角射入的光在下表面58全反射而不向外部漏光。对此，如图20(a)虚线标记所示的指向特性S3的光那样地，相对于在下表面58竖立的法线(z轴)以小于α的入射角射入的光从下表面58向外部漏光。
若由方向余弦空间表示，则与z轴所成的角度小于α的光的区域是图20(b)、(c)的虚线区域。由此，指向特性S3若重合在图20(b)、(c)的斜线区域，则光向外部漏光。
若由方向余弦空间的yz平面以及xy平面表示图14所示的导光板52的指向特性S3，则分别成为图21(a)、图21(b)的QR’那样。在图14的导光板52中，指向特性S3向下侧偏移，R’点与斜线区域相接。因此可知，虽然锥形部55不漏光，但光处于向外部漏光的界限上。
同样地，若由方向余弦空间的yz平面以及xy平面表示图17所示的导光板52的指向特性S3，则分别成为图22(a)、图22(b)的QR”那样。在图17的导光板52中，指向特性S3的光的一部分重合在图22(a)、(b)的斜线区域，重合在斜线区域的光(R”附近的光)向外部漏光。
(实施方式1) 对本发明的第一实施方式进行说明。图23是表示本发明第一实施方式的面光源装置61的立体图，图24是其示意剖面图。面光源装置61由点光源62和导光板63构成。点光源62内设有一个或多个LED，发出白光。LED62b被封入透明密封树脂62c中，透明密封树脂62c除了正面之外被白色树脂62d覆盖，从透明密封树脂62的白色树脂62d露出的正面构成光射出窗62a。该点光源62比导光板63的宽度(图24的纸面进深方向的尺寸)小，与被称为线状光源的冷阴极管相对，将点光源62称为点光源。
另外，所谓点光源并不是严格意义上的点光源。点光源也具有一定的宽度，但是不像冷阴极管那样具有10mm以上的宽度。例如，作为点光源，具有侧图型(サイドビユ一型)的LED等。也可以在一个封装内装入一个以上LED芯片并将多个LED芯片同时密封。同时装入多个芯片时，宽度方向(y轴方向)的开口尺寸为5mm左右，但是与尺寸2英寸左右的导光板的发光面相比是十分小的，故而可视为点光源。另外，也可以是半导体激光元件等这样的、发出平行光的元件。另外，还可以将使用光纤引导的光导入导光板。此时，可将光纤的光出射端视为点光源。
导光板63在导光板主体64的端部设有光导入部65，由丙烯酸树脂、聚碳酸脂树脂(PC)、环烯烃类材料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高折射率的透明树脂成形。以下，导光板63为聚碳酸酯树脂制。
光导入部65是导光板63中厚度较厚的部分，在其端面(光入射端面66)相对配置有点光源62。光导入部65的端面厚度T与光出射窗62a的高度H相同或比其厚，因此，从点光源62射出的光有效地从光入射端面66射入光导入部65中，面光源装置61的光利用率提高。在光导入部65中，在与导光板主体64的光出射面69相同侧的面，使形成圆锥梯形的大致一半的形状的突部突出而加大光导入部65的厚度，该突部的外周面构成倾斜面67，沿该倾斜面67形成有指向性变换图案68。
倾斜面67在光导入部65中，从比导光板主体64更厚的部分的表面向导光板主体64的端倾斜。即，倾斜面67自点光源62远离侧的边缘处于光导入部65与导光板主体64的边界，从垂直于导光板63的方向观察时，将从与点光源62相对的部分到倾斜面67远离点光源62侧的边缘定义为光导入部65。
导光板主体64占据导光板63的大部分面积，其厚度t比光导入部65的厚度T薄，由此，能够谋求导光板63的薄型化。这里所说的实施方式中，导光板主体64形成表面背面平行的平板状，导光板主体64的厚度大致均一。在导光板主体64的与光出射面69相反侧的面上设有光出射部件70。在图23、图24中，作为光出射部件70表示有三角槽状的图案，但是也可以是喷砂加工及将扩散墨影印印刷后的图案、衍射栅图案、任意的凹凸图案、使导光板主体64与光出射面69相反侧的面倾斜的图案(楔形的导光板主体)等，另外，还可以在光出射面69、或光出射面69及其相反面双方设置光出射部件70。
但是，在该面光源装置61中，如图24所示，从点光源62射出的光L从光入射端面66射入光导入部65中，在指向性变换图案68和光导入部65的下表面全反射，或者通过光导入部65而向厚度薄的导光板主体64导光。向导光板主体64导光的光通过光出射部件70全反射和扩散，从光出射面69大致均匀地射出。
图25是表示光导入部65的放大立体图，图26是详细表示光导入部65的平面图。光导入部65从与导光板主体64相同厚度的部分突出有圆锥梯形的一部分即突部。突部的外周面成为从光导入部65的上表面向导光板主体64的光出射面69倾斜的倾斜面67，在倾斜面67形成有排列有多个V槽构造68a的指向性变换图案68。
从与光出射面69垂直的方向观察时，指向性变换图案68成为形成圆弧状的带状区域，在此放射状地排列有相同形状的V槽构造68a。另外，图43这样的一部分被圆弧状的包络线包围、一部分被直线包围的情况也形成在圆弧状区域。比较例也二维地考虑，若延长各V槽构造68a的长度方向，则各延长线在光导入部65的端面的中央部汇集在接近的点上。在三维中，如图27所示，若将V槽构造68a的棱角线以及槽线向上方延长，则各延长线集中在1点U附近。
另外，从V槽构造68a的棱角线方向观察时的山部的顶角(构成V槽构造68a的平面所成的最大夹角)

为120°时，由后述的指向性变换产生的防漏光效果最大。另外，若顶角

为100～140°，则可形成为漏出光/输入光≤20％，另外，若顶角

为110～130°，则可形成为漏出光/输入光≤15％。
对将

设计成120°的例子进行说明。参照图24，其具体的数值如下 光导入部65的端面的厚度T＝0.31mm 导光板主体64的厚度t＝0.18mm 光导入部65的上表面的长度s1＝2.50mm 光导入部65的长度s2＝3.19mm 倾斜面67的倾斜角θ＝15.3°。
另外，在倾斜面67形成有指向性变换图案68时，将通过指向性变换图案68的外侧边缘(例如棱角线)的包络面、或者通过指向性变换图案68的内侧边缘(例如槽线)的包络面、或者通过外侧的包络面与内侧的包络面的中间的包络面考虑为附予指向性变换图案之前的倾斜面67，将垂直于导光板63的上表面的平面与这样求出的倾斜面67相交时的交线的倾斜设为倾斜角θ。
另外，如图28所示，通过各V槽构造68a的上端的包络线成为圆弧，通过槽线的上端的包络线的半径r1为2.50mm，通过棱角线的上端的包络线的半径r2为2.68mm。通过各V槽构造68a的下端的包络线也成为圆弧，通过槽线的下端的包络线的半径r3为2.98mm，通过棱角线的下端的包络线的半径r4为3.19mm。V槽构造68a的上端侧间距p1为0.17mm。V槽构造68a的下端侧的间距p2为0.20mm。另外，v槽构造68a下端在平面看时的山部的顶角

为50°，v槽构造68a下端在平面看时的槽部的顶角

为46.5°。
在第一实施方式的面光源装置61中，如上所述地将倾斜面67的倾斜角θ设计成15.3°这样大的角度，导光板主体64的厚度也为0.18mm这样薄。在现有的具有二维的锥形部的面光源装置中，若将倾斜角和导光板主体的厚度设成这样的值，则能够防止自锥形部的漏光，但是在本实施方式的面光源装置61中可不产生光导入部65的漏光。以下，对其理由进行说明。
在第一实施方式的面光源装置61中，通过排列V槽构造68a而构成三维的锥形构造。即，指向性变换图案68的各面(全反射面)不仅绕y轴旋转，也绕z轴旋转。因此，对三维地倾斜的倾斜面进行探讨。
图29是说明指定倾斜的面的方向的方法的图。在图29中，面F1表示与xy平面平行的面。面F2是将面F1绕y轴倾斜角度β后的面。面F3是将面F2绕z轴旋转角度γ后的面，法线N是垂直于面F3的法线。这样朝向任意方向的面能够由绕y轴的倾斜(倾斜角)β和绕z轴的旋转角γ而确定。例如，若β＝0°，则与面F3不倾斜的情况相同，此时的法线N的方向为(0、0、-1)。另外，若β＝30°，γ＝0°，则法线N的方向为(-0.5、0、-0.87)。
若面F3的法线N的方向变化，则由面F3反射后的反射光的指向特性变化。现在，作为导光板52的锥形部55的倾斜面57，若考虑图30所示的面F3那样地绕y轴倾斜β、然后绕z轴旋转γ后的三维状的平坦面，则通过由锥形部55的倾斜面57全反射而使指向特性旋转。即，作为射入到锥形部55的光的指向特性S2，若考虑图31(a)所示的zx平面内的指向特性QR，则该入射光在三维状的锥形部55的倾斜面57全反射后的指向特性S3向下侧(Rs侧)扩展并绕x轴旋转，成为图31(b)的QsRs那样。图32(a)由方向余弦空间的yz平面表示图31(b)的指向特性S3，图32(b)由方向余弦空间的xy平面表示该指向特性S3。
在具有图17所示的二维状的锥形部55的面光源装置中，若使倾斜面57的倾斜角θ为15°，则如图22(a)、(b)所示，在方向余弦空间的xy平面，指向特性S3与半径sinα的球G1重合，光漏出。对此，在具有图30所示的三维状的锥形部55的面光源装置中，即使使倾斜角β也同样为15°，若使绕z轴的旋转角γ为55°，则指向特性S3绕x轴倾斜的结果，在图22(b)的xy平面中与球G1重合的指向特性S3绕x轴倾斜而如图32(b)所示地不与球G1重合。即，在图22(b)中与球G1重合的指向特性R3的R”点在图32(b)中如Rs点那样地向球G1的边缘移动。由此，根据三维的锥形部，通过将yz平面的纵向的指向性向横向变换，能够将光全部封入到锥形部中，不使光漏出。
通常，作为使光全反射的倾斜面57的倾斜角β使用较大的值，选择适当的旋转角γ的话，则能够消除该倾斜面57的漏光。该现象由于使锥形部55的倾斜面57绕z轴旋转γ时锥形部55的倾斜面的倾斜方向变化，在倾斜面将光向斜向反射，故而射入平坦的倾斜面57的光的入射角被缓和到不超过全反射的临界角的程度。
关于绕z轴的旋转角γ，即使向任意方向旋转，也能够得到同样的防止漏光的效果。例如，无论使倾斜面57绕z轴旋转+55°还是-55°都同样。因此，如图33(a)及图33(b)所示，若设置绕z轴正向旋转的倾斜面57(+)和绕z轴负向旋转的倾斜面57(-)，则能够实现本实施方式的V槽构造68a。由此，决定可防止漏光的角度β、γ，交替排列正向旋转的倾斜面57(+)和负向旋转的倾斜面57(-)，则能够实现排列V槽机构68a的指向性变换图案58，并且能够防止漏光。
另外，正向旋转的倾斜面57(+)与负向旋转的倾斜面57(-)的交线d为V槽构造68a的棱角线或槽线。图33(b)表示从x轴方向看到的倾斜面57(+)、57(-)的交线d的情况，但该交线d相对于导光板主体56的上表面倾斜。由此，将倾斜面57(+)、57(-)交替排列而形成指向性变换图案68时，如图33(c)所示，能够形成与交线d相同的倾斜角的倾斜面67，在倾斜面67的一方可形成厚度薄的导光板主体64，在另一方可形成厚度大的光导入部65。
另外，在以上对指向特性等的说明中使用了正交坐标x、y、z，但在使用点光源62的情况下，由于光以点光源62为中心放射状地射出，故而上述x轴方向可重新解释成光的出射方向(即，圆筒坐标的动径方向)。由此，V槽构造68a不在一直线上排列，而是以每个点光源62为中心圆弧状排列，由此，可构成图23所示结构的面光源装置61。
最后，对从点光源62射出的光的横向扩展进行探讨。射入到光导入部65的光在横向(xy平面)的扩展与纵向的指向性扩展相同，以x轴方向为中心向两侧偏移39°。在二维的锥形部的情况下，无需考虑这样的横向的指向性扩展，但是在三维的锥形部或第一实施方式的导光板63中，在xy平面内光发生全反射，故而需要也考虑横向的指向性。
但是，若详细地探讨可知，无论如何调整V槽构造68a各面的倾斜都不可能将在纵向和横向具有±39°的扩展的指向特性S2的光全部封入到光导入部65中。另外，若详细地探讨可知，若以x轴为中心使射入到光导入部65的光在横向的指向性扩展为±20°以下进行限制，则在光导入部65封入光。
图34(a)～(c)是表示控制横向的指向性扩展的方法的图，都表示从z轴方向观察指向性变换图案68的情况。图34(c)中，将点光源62的光出射窗62a的一端和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段与将光出射窗62a的中央和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段所成的角度为40°。在该例中，由于指向性变换图案68的尺寸减小，故而虽然导光板63的静区(dead space)减小，但是不能够防止漏光。
图34(a)中，将点光源62的光出射窗62a的一端和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段与将光出射窗62a的中央和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段所成的角度为20°。另外，将点光源62的光出射窗62a的另一端和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段与将光出射窗62a的中央和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段所成的角度也为20°。在该例中，由于指向性变换图案68的尺寸增大，故而导光板63的静区增大。但是，由于射入光导入部65时的折射尔使在指向性变换图案68的中央部的光在横向上的扩展小于20°，在自指向性变换图案68的中央偏离的部位，光在横向上的扩展进一步减小，在指向性变换图案68的整体能够防止漏光。根据实验，如图34(a)所示，将指向性变换图案68的内周缘中央与光出射窗62a的两端所成的角度设为40°(±20°)时，可构成为漏出光/输入光≤2％。
另外，图34(b)中，将点光源62的光出射窗62a的一端和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段与将光出射窗62a的中央和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段所成的角度为30°。此时，可使漏出光/输入光≤15％，比图34(a)的情况要差，但是具有封入光的效果和将静区减小的效果。
另外，该角度也可以为20°以下，但若过小，则指向性变换图案68变大，导光板63的静区变大，故而接近20°为好。
如上所述，指向性变换图案68的内周缘与光出射窗62a的两端所成的角度为40°以下地限制横向上的指向性扩展时，射入到光导入部65的光的指向特性S2在方向余弦空间中成为图35(a)及图35(b)所示的样子。在此，纵向的指向特性由连续的曲线表示，但横向的指向特性断续表示。由图35(a)可知，指向特性S2在横向的扩展比在纵向的扩展小。另外，图36(a)利用方向余弦空间的yz平面表示在光导入部65的倾斜面67全反射的光的指向特性S3，图36(b)利用方向余弦空间的xy平面表示指向特性S3。如图36(b)所示，通过将指向特性S2的横向扩展缩小，在方向余弦空间的xy平面中，指向特性S3自半径sinα的球G1偏离而不重合。由此，能够将射入到导光板63的光封入光导入部65，可将漏光抑制在最小限度。
图37(a)、(b)利用方向余弦空间表示图34(b)所示地从点光源62射入的光的扩展为30°(在两侧为60°的扩展)时的指向特性S3。可知在图37的方向余弦空间中，横向扩展的光的一部分与斜线区域重合，扩展20°以上的光的一部分漏出。通过计算，漏光率(＝漏出光/输入光)为15％左右。如图34(b)所示，光的扩展在一侧为30°左右，若将导光板主体的厚度减薄则产生漏光，但是作为面光源装置61的要求，除了薄型化以外，削减静区也是重要的课题，故而即使有一点儿漏光，在实用化方面也是有用的。
制作具有上述的指向性变换图案68的导光板的方法如下。首先，对Cu类材料等容易加工的金属使用金刚石刀片实施槽加工并加工成希望的形状，制作指向性变换图案68的母板(原盤)。接着，以母板为基础实施镀镍等，从母板剥离而得到Ni制的压模。然后，将该压模组装到导光板成型用模具中将指向性变换图案68与导光板同时成形。或者，在成形具有突部的导光板之后，在突部的倾斜面涂敷紫外线固化树脂，利用压模按压而对紫外线固化树脂照射紫外线，将指向性变换图案68与导光板分别成形。
另外，指向性变换图案68的面与面的连接部分(即倾斜面57(+)与倾斜面57(-)之间的棱角线和槽线)考虑实际的成形塌边等而可以形成圆弧面。指向性变换图案68的面与面之间的圆弧越大，超过设计的面的控制范围而容易产生漏光，故而希望使圆弧尽可能地小，面与面之间的连接部分为锐角为好。但是，面与面之间的连接部分形成锐角在实际加工中是不可能的，若由于成形塌边而形成圆弧，则在圆弧的大小上产生偏差，也产生圆弧大的产品。由此，使圆弧面的截面的曲率半径为1μm左右这样地加工模具和压模，即使形成圆弧面也是均匀的圆弧面。即使这样形成半径1μm左右的圆弧，光导入部65的漏光也可抑制在漏出光/输入光≤10％。
(实施方式2) 图38是表示本发明第二实施方式的面光源装置71的立体图。在该面光源装置71中，将指向性变换图案68的上端侧以及下端侧的包络线分别形成直线状。即，光导入部65在导光板63端部的整个宽度上形成，在光导入部65的形成平面状的整个倾斜面形成有指向性变换图案68。其中，设置在指向性变换图案68的V槽构造68a，从垂直于光出射面69的方向观察时，都以点光源62为中心放射状地延伸配置。图39(a)表示指向性变换图案68的左端部分的V槽构造68a的形状，图39(b)表示指向性变换图案68的中央部的V槽构造68a的形状，图39(c)表示指向性变换图案68的右端部分的V槽构造68a的形状。
在这样的指向性变换图案68中，与第一实施方式同样地设计。即，如图40所示，将点光源62的光出射窗62a的一端部和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段与将光出射窗62a的中央和指向性变换图案68的内周侧边缘的中央连接的线段构成的角度为20°以下，理想的是，在指向性变换图案68的中央为20°。该角度由点光源62与指向性变换图案68的上端侧的包络线的距离和光出射窗62a的宽度决定。其中，V槽构造68a的间距根据位置的不同而变化，在指向性变换图案68的中央部，V槽构造68a的间距短，越朝向指向性变换图案68的端部，V槽构造68的间距越长。
在这样的面光源装置71中，指向性变换图案68中央部的V槽构造68a的长度和指向性变换图案68端部的V槽构造68a的长度不同，在端部，V槽构造68a的长度变长。因此，越向端部，光越容易往复而二次射入V槽构造68a，容易产生漏光。由此，效率低于第一实施方式的情况，即使如此也能够得到漏出光/输入光≤10％的效果。
图41是说明第二实施方式的变形例的示意图。在该变形例中，将指向性变换图案68的包络线形成椭圆形。这样，指向性变换图案68自身的形状不作特别限定，但是需要留意将V槽构造68a以点光源62为中心放射状形成，横向的指向性扩展为40°以下。
(实施方式3) 图42是表示本发明第三实施方式的面光源装置81的立体图。在该面光源装置81中具有多个点光源62，与各点光源62相对而设有多个光导入部65。这样设置多个光导入部65时，相邻的指向性变换图案68彼此会相互干涉，故而光导入部65彼此以5～10mm左右的中心间间距配置为好。在这样的实施方式中，使用多个点光源62，故而能够使面光源装置81更加明亮。
图43(a)是说明第三实施方式的面光源装置的变形例的说明图，图43(b)是图43(a)的圆标记包围的部分的放大图。在该变形例中，使点光源62的排列间距为10mm，指向性变换图案68上端侧的包络线形成为直线，指向性变换图案68下端侧的包络线形成为圆弧状。另外，相邻的指向性变换图案68彼此可以稍重合。在这样的变形例中，可实现漏出光/输入光≤5％的效果。
(实施方式4) 图44是表示本发明第四实施方式的面光源装置91的示意剖面图。在该实施方式中，将光导入部65的倾斜面67形成为没有图案的平坦面。另一方面，在导光板63的设有倾斜面67的面的相反侧且比倾斜面67更接近点光源62的位置，在光导入部65设有截面三角形的凹部92，在凹部92的斜面设有排列V槽构造68a的指向性变换图案68。
根据该实施方式，能够有效地封入来自点光源的光，可使漏出光/输入光≤2％，能够将面光源装置81薄型化。在这样的实施方式中，指向性变换图案68位于光源侧，在远离光源的方向上设有倾斜面67，故而与第一实施方式相比，静区扩大。
图45及图46是第四实施方式的变形例，在平坦的倾斜面67上粘贴反射板93，在倾斜面67的相反面，将指向性变换图案68配置在比反射板93更远离点光源62的位置，使指向性变换图案68处于导光板主体64中。在该实施方式中，自倾斜面67漏出的光可被反射板93反射而再次射入光导入部65中。但是，由于粘贴有反射板93的粘贴带等将光吸收，故而在这样的变形例中产生损失，漏出光/输入光≤10％。
图48(a)是表示如图45及图46所示在导光板63的背面侧指向性变换图案68处于导光板主体64中时的光线的动作的模拟结果的图。另外，图48(b)是表示仅在倾斜面67在表面侧和背面侧都无指向性变换图案的比较例的光线的动作的模拟结果的图。在图48(a)、(b)的模拟中，如图47所示，光导入部65的上表面的半径为2.71mm，至倾斜面67的边缘的半径为3.19mm，倾斜面67的倾斜角为15.3°。另外，在图48(a)的模拟中，指向性变换图案68至点光源侧的边缘的半径为2.83mm，指向性变换图案68自点光源远离侧的边缘的半径为3.33mm，指向性变换图案68使顶角(

)为120°的V槽构造68a以点光源62为中心放射状地延伸。另外，图48(a)、(b)所示的光线不仅在图示的截面内，也表示从截面偏离的向不同方向放射状发出的光线。
将图48(a)和图48(b)比较可知，在图48(b)的比较例中，漏光显著，但是在背面设有指向性变换图案68的图48(a)的实施方式中，漏光减小。在图48(a)的情况下，漏光的损失为10％。
另外，图49是表示本发明第四实施方式的其他变形例的剖面图，在指向性变换图案68位于导光板主体64侧的图45的方式中，从倾斜面67中除去反射板93，在该变形例中，为了使除了反射板93之外也不从倾斜面67漏光，使导光板63的折射率为1.59，倾斜面67的倾斜角θ为12.1°以下。若省去反射板93，则与具有反射板93的情况相比，倾斜面67的倾斜角θ减小，故而若使光导入部65及导光板主体64的厚度相同，则基于光导入部65的静区变大，或者若是相同的静区(光导入部65)，则导光板主体64的厚度增加。具体而言，光导入部65的厚度为T＝0.31mm、导光板主体64的厚度为t＝0.18mm时，若各厚度相同，则静区大约增大5％(0.14/3)，若静区相同，则导光板主体64的厚度t大约增加16％(0.029/0.18)。另一方面，若除去反射板93，则不需要附在倾斜面67上的部件，故而静区和厚度有余量时，也可以形成该变形例。
图50表示在导光板63的设有倾斜面67的面相反侧的面上可设置指向性变换图案68的范围。指向性变换图案68可以跨越光导入部65和导光板主体64的与光导入部65相接的区域设置。详细说明，将导光板主体64的厚度设为t，将倾斜面的倾斜角设为θ时，从倾斜面67(光导入部65)与导光板主体64的边界测量，指向性变换图案68朝向导光板主体64侧向导光板主体64内突出的距离不为以下距离D以上为好。
D＝(3·t)/tanθ...(式11) 在此，计算倾斜角θ时，例如图53(b)、(c)所示地倾斜面67形成为台阶状或弯曲面状时，根据将其倾斜面67的开始点(上端)和终止点(下端)连接的直线的倾斜来定义倾斜角θ。另外，在图53(b)这样的台阶状的倾斜面67的情况下，除了作为整体的倾斜角之外，将各台阶的倾斜角中最大的倾斜角设定为不漏光的角度为好。另外，如图53(c)这样弯曲面上的倾斜面67的情况下，弯曲的部分的倾斜角(即，各点的切线的倾斜角)中最大的倾斜角设定成不漏光的角度为好。使一部分光漏出而设定台阶状或弯曲面上的倾斜面67的形状的情况下，会产生由效率降低和漏光引起的亮线的不良影响，但是其程度只要在容许范围内则没有问题。另外，如图38所示倾斜面67不是圆弧状而是直线状的情况下的倾斜角θ由于在各个方向(从点光源62看到的在xy平面内的方向)倾斜角θ的值不同，故而将各个方向的倾斜角θ定义成各个的倾斜角θ。
这是由于在倾斜面67反射之后，射入导光板63的背面的光中最进入导光板主体64的光，如图50虚线所示的光那样地，是与倾斜面67平行的光。该光在指向性变换图案68被反射两次以上时，向导光板63之外漏出，故而指向性变换图案68的端部在导光板63的背面比第二次射入的位置更靠近点光源62侧为好。由图50可知，光在该导光板63的背面第二次射入的位置自导光板主体64的端部的距离为D＝(3·t)/tanθ。由此，为了使光不向指向性变换图案68射入两次以上，指向性变换图案68位于距导光板主体64的端部D以内的区域为好。若指向性变换图案68如图26那样地形成为同心圆的带状，则距离D在二维的任何方向上都相等，形成自导光板主体64的端部向外侧偏离D的同心圆。另一方面，如图38所示在直线状的倾斜面67形成有指向性变换图案68时，在自点光源62的正面方向偏离的区域，倾斜面θ根据从点光源62观察的方向的不同而变化，使点光源62的正面方向(x轴方向)为最大，随着自正面偏离而逐渐减小。因此，适用式11时，距离D在正面方向最小，随着自正面偏离而变大。结果，将在各方向延伸的距离D的前端连接的线越向外侧越长。
另外，若指向性变换图案68向导光板主体64内的突出长度为D以下，则指向性变换图案68也可以处于液晶面板的显示区域内。指向性变换图案68不是使光向外部射出的图案，故而即使处于显示区域中也没有问题。
(实施方式5) 图51是表示本发明第五实施方式的面光源装置96的示意平面图。在该实施方式中，将导光板主体64的角部斜切，沿该切后的端部的边缘直线状地形成有光导入部65。在该光导入部65的倾斜面67通过放射状排列的多个V槽构造68a而形成有指向性变换图案68。
(实施方式6) 图52是表示本发明第六实施方式的面光源装置97的立体图。在该实施方式中，沿导光板主体64的一端边直线状地设有光导入部65。在光导入部65与光入射端面66相对的位置配置有点光源62和使用有楔形导光体99的线状光源98。该线状光源98与由透明树脂构成的楔形导光体99的入射面102相对而配置点光源62，与楔形导光体99的出射面103相对而设置棱镜片101，与其相反面相对而配置有正反射板100。
但是，从点光源62射出的光从入射面102射入楔形导光体99内，在楔形导光体99的出射面103及其相反面全反射并在楔形导光体99的全长上扩展。在其中途，从楔形导光板99的背面漏出的光被正反射板100正反射而再次射入楔形导光体99。以比在出射面103全反射的临界角小的入射角射入的光向与出射面103大致平行的方向射出。然后，从楔形导光体99的出射面103射出的光透过棱镜片101而使光线方向弯曲，向大致垂直于楔形导光体99的出射面103的方向射出。
这样从线状光源98射出大致平行的光而导入导光板63中，故而与其配合，光导入部65的倾斜面67也成为直线状。设于面光源装置97的指向性变换图案68的V槽构造68a也相互平行地排列。
(其他) 图53(a)～(h)表示导光板63的其他形状。图53(a)所示的导光板63中，在光导入部65的上表面没有平坦部分，仅由倾斜面67构成。
在图53(b)所示的导光板63中，从垂直于光出射面的截面观察光导入部65的倾斜面67时，不为直线状，而成为台阶状。并且，在形成台阶状的倾斜面67形成有V槽构造68a排列的指向性变换图案68。
在图53(c)所示的导光板63中，通过弯曲面形成有光导入部65的倾斜面67。并且，在弯曲后的倾斜面67形成有排列V槽构造68a的指向性变换图案68。
在图53(d)所示的导光板63中，使光导入部65的突部向导光板63的光出射面侧相反侧的面突出，并且在两面设有指向性变换图案68。此时，也可以使倾斜面67的倾斜角在背面和表面不同。
在图53(e)所示的导光板63中，导光板主体64以随着远离光源侧而变薄的方式形成楔形。
在图53(f)所示的导光板63中，在光导入部65的光源侧端部设有倒锥形倾斜的倾斜面104。
特别是，如图53(g)所示，。通过设置倒锥形的倾斜面104，光导入部65的端面(光入射端面66)的高度也可以变得小于导光板主体64的厚度。如图54所示，若光入射端面66的光度T小于导光板主体64的厚度t，则点光源62的光出射窗伸出到光入射端面66之外而漏光产生光损失。但是若点光源62的上表面与光导入部65的上表面之间的间隙被使来自点光源62的光反射的部件例如反射片106覆盖，则从点光源62向光入射端面66之外射出的光被反射片106反射而能够从倾斜面106射入光导入部65中。
由此可知，光导入部65的最大厚度若比导光板主体64的厚度大，则本发明不仅适用于光导入部65的光入射端面66的厚度比导光板主体64的厚度大的情况，而且还可适用于光导入部65的光入射端面66的厚度比导光板主体64的厚度小的情况。
在图53(h)所示的导光板63中，在导光板主体64的与光导入部65相反侧的端部设有突出部105(肋)，使导光板63的一部分比光导入部65的厚度大。
(实施方式7) 在以上的实施方式中，考虑了通过大致严密的构造防止光自导光板漏出的方法，但以下，对更加一般的原理进行说明。即，若被指向性变换图案68反射的光的指向性在与光源方向(与点光源62的中心连接的方向)垂直的方向上扩展(即，使纵向的指向性在横向上扩展)，则能够减小倾斜面67或其附近的漏光。以下，对其原理进行说明。
为了便于理解，在此，对在倾斜面67的相反侧的面上设有指向性变换图案68的情况进行说明(例如，参照图49)。另外，倾斜面67的倾斜角设定成不漏光的角度(例如，若将导光板63的折射率设为1.59，则倾斜面67的倾斜角为12.1°)。
射入到光导入部65中的光具有圆锥状的指向特性(参照图13(a))，但是射入位于x轴方向的点的光的指向特性，从垂直于导光板63的z轴方向看时，成为图55(a)所示的指向特性(参照图19(b))。构成指向性变换图案68的凹部及/或凸部(以下称为凸凹构造68b)如图56(a)平面所示、图56(b)截面所示(仅表示一个凸凹构造68b)，如圆锥那样地成为使光各向同性地扩散的形状。向在这样的圆锥状凸凹构造68b射入来自点光源62的光时，如图55(b)所示，通过计算求出由凸凹构造68仅反射一次的光向哪个方向照射。图55(b)也是从z轴方向看到的方向余弦空间。在图56(a)的f1区域反射的光向图55(b)的f1区域射出，被图56(a)的f2区域反射的光向图55(b)的f2区域射出，并且在图56(a)的f3区域反射的光向图55(b)的f3区域射出。在方向余弦空间中位于内侧的圆G2中的光线向导光板63的外部漏出，故而在凸凹构造68b的与点光源62相反侧的斜面(f1区域)反射的光向外部漏光。另外，在f2、f3区域中被图56(a)粗线包围的区域(光源侧的斜面)反射的光中，存在照射到点光源62相反侧的斜面的光。这样两次照射到凸凹构造68b的斜面时，成为向导光板63之外漏出的光，故而在这些区域使光反射并不理想。另外，构成指向性变换图案68的凸凹构造68b包含V槽构造68a等。
如上所述在图56(a)中，在点光源相反侧的斜面(f1区域)反射的光和在由粗线包围的点光源侧的斜面反射的光成为向外部漏出的光，其之外的区域的光成为不向外部漏出的光。因此，为了减小向外部漏出的光，将凸凹构造68b中光漏出的区域的比例减小，将其之外的区域增大即可。即，如图57(a)、(b)所示可知，只要使凸凹构造68b以在与点光源62的中心连接的方向(光源方向)上伸长的方式延伸即可。
作为这样的凸凹构造68b，对照射到凸凹构造68b的光的指向性进行变换以在与光源方向正交的方向上扩展即可，例如，如图58(a)、(b)～图62所示。图58(a)、(b)将形成圆柱形透镜状乃至椭圆槽状(椭圆球面状)的凸凹构造68b以点光源62为中心、按照各凸凹构造68b的长度方向与光源方向大致平行的方式放射状排列，构成指向性变换图案68。图59(a)、(b)是将形成V槽状的凸凹构造68b以点光源62为中心、按照各凸凹构造68b的长度方向与光源方向大致平行的方式放射状排列，构成指向性变换图案68。图60(a)、(b)将形成U槽状的凸凹构造68b以点光源62为中心、按照各凸凹构造68b的长度方向与光源方向大致平行的方式放射状排列，构成指向性变换图案68。图61(a)、(b)中，将形成衍射栅状的凸凹构造68b以点光源62为中心、按照各凸凹构造68b的长度方向与光源方向大致平行的方式放射状排列，构成指向性变换图案68。图62是将从z轴方向看连续弯折那样的凸凹构造68b以点光源62为中心、按照各凸凹构造68b的长度方向与光源方向大致平行的方式放射状排列，构成指向性变换图案68。
如上述原理所说明地，与光源方向平行的方向和与光源方向正交的方向的扩散度的关系只要在正交方向上强即可，故而凸凹构造68b除了图58～图62所示的形状以外，可以为五边形、六边形等多边形及其组合形状，或者多边形和曲面的组合行走。其中，凸凹构造68b在导光板63的表面大致无间隙地设置为好。
另外，在以点光源62为中心同心圆状地配置图案的情况下，与图28所示的同样地，以一个凸凹构造68b的接近点光源62侧的宽度(p1)减小、远离点光源62侧的宽度(p2)增大的方式放射状地扩展。
另外，在图58(a)、(b)这样的具有圆柱形透镜状的凸凹构造68b中，从z轴方向看到的形状可以是在远离点光源62侧的宽度比接近点光源62侧的宽度大，也可以是相同宽度。
(基于平均倾斜角的表示) 接着，考虑将反射后的光的指向性可在与光源方向(与点光源62的中心连接的方向)正交的方向上扩展的指向性变换图案68与平均倾斜角的概念相关联进行表示。
明确平均倾斜角的概念。在此，将与光源方向平行地扫描时的平均倾斜角和在垂直于光源方向的方向上扫描时的平均倾斜角分开来进行说明。首先，说明与光源方向平行地扫描时的平均倾斜角。所谓在光源方向上扫描指向性变换图案68的形状时的平均倾斜角θx*，如图63(a)所示，若将从所通过的各凸凹构造68b的底面测得的倾斜角设为θxi(i＝1、2、...)、将对应的底边的长度设为ΔXi，则由下式定义 θx*＝∑|θxi×ΔXi|/∑|ΔXi|...(式12) 其中，∑是关于i的总和，对绝对值进行求和。
另外，另外所谓在与光源方向正交的方向上扫描时的平均倾斜角θy*，如图63(b)所示，若将从所通过的各凸凹构造68b的底面测得的倾斜角设为θyj(j＝1、2、...)、将对应的底边的长度设为ΔYj，则由下式定义 θy*＝∑|θyj×ΔYj|/∑|ΔYj|...(式13) 其中，∑是关于j的总和，对绝对值进行求和。
在此，计算在与光源方向正交的方向上扫描时的平均倾斜角θy*时，对与在光源方向上扫描而计算平均倾斜角θx*时相等的范围(扫描距离)W进行计算。特别是，在光源方向和与光源方向正交的方向中的任意方向图案周期性反复的情况下，在图案周期性反复的方向上规定的两周期计算平均倾斜角为好。另外，在光源方向和其垂直的方向上图案都呈周期性的情况下，只要将某一方向的两周期作为比较范围即可。另外，在光源方向上和与光源方向正交的方向上图案都不呈周期性的情况下，将500μm左右的范围作为比较范围即可。其中，截面形状的获得不限于两周期和500μm这样的数值，只要作为以整体的截面形状为代表的凸凹，可得到适当的形状，则可进行适当变更。
另外，所谓在光源方向扫描而计算平均倾斜角θx*时的扫描线F和在与光源方向正交的方向上扫描而求出平均倾斜角θy*时的扫描线G，如图64(a)所示，按照任意指向性变换图案68通过最大高度O点的方式进行定义。关于光源方向的平均倾斜角θx*，针对沿着图64(b)的扫描线F的截面，根据上述式12计算平均倾斜角θx*的值。
对此，在与光源方向正交的方向上，如图64(a)所示，在通过O点的扫描线G的基础上，还确定相对于扫描线G向两侧平行移动规定距离δ(例如δ＝50μm)后的扫描线G’、G”。并且，针对沿着图64(c)、(d)、(e)所示的三条扫描线G、G’、G”的截面，计算各自的平均倾斜角θy*的值。将求出的三个值中最大的值作为与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*。
另外，扫描方向自正面方向偏移的情况下，在与光源方向正交的方向扫描时，如图65所示，沿光源方向的扫描线F扫描时在凸凹构造68b的高度最大的O点，光源方向的扫描线F与垂直于光源方向的扫描线G交叉而决定在正交方向上的扫描位置。在光源方向F上不存在成为最大的点而一定的情况下，只要形成在图案形状区域内的扫描线F的中央附近即可。
在决定通过交叉位置的扫描线G之后，如前所述决定向中央的扫描线G两侧分别偏移一定距离δ(50μm)后的扫描线G’、G”，关于三条扫描线G、G’、G”，将计算出的平均倾斜角中最大的值作为与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*。另外，在倾斜面67形成有指向性变换图案68的情况下，除了倾斜面67的影响之外，求出平均倾斜角θx*、θy*并进行比较。
图66(a)～(d)表示各种图案的平均倾斜角的具体例。在此，由于扫描方向不成问题，故而由θ*表示平均倾斜角。图66(a)为倾斜角5°的锯齿状图案，图66(b)为倾斜角3°的锯齿状图案，各自的平均倾斜角θ*＝5°、θ*＝3°。另外，图66(c)为倾斜角5°(底边的长度3∧/8，∧为周期)和倾斜角3°(底边的长度5∧/8)的三角波形图案，平均倾斜角θ*＝3.75°。另外，在图66(d)这样的无V槽得梯形图案中，θ*＝3°。另外，在平坦面中平均倾斜角θ*为0°。
首先对为了减小漏光而将凸凹构造68b相对于点光源在光源方向上形状细长形状为好进行说明，其可使用平均倾斜角来表现。即，凸凹构造68b的形状为在光源方向上比与光源方向正交的方向更加细长的形状，使用上述定义的平均倾斜角θx*、θy*来进行表示的话，则成为下式 与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*＞光源方向的平均倾斜角θx*...(式14) 另外，该平均倾斜角可以扩张成图66所示地由平面构成的形状之外的图案。例如，在凸凹构造68b为曲面的情况下，如图67(a)的细线所示，关于与凸凹构造68b内切或外接的折线形状，计算平均倾斜角|θx1×ΔX1+θx2×ΔX2+...|/|ΔX1+ΔX2+...|，将各折线的长度ΔX1、ΔX2、...接近零时的平均倾斜角的极限值定义成其图案的平均倾斜角。
或者，在图67(b)所示这样的圆柱形透镜状的图案的情况下，可以通过向其两侧引出的切线而使曲面图案近似三角图案，求出平均倾斜角。另外，在微细的随机的扩散图案的情况下，可使其扩散面的粗糙度和平均倾斜角相关。
图68是表示在以点光源62为中心的圆弧状区域放射状设置的凸凹构造68b构成的指向性变换图案68。另外，图69表示沿光源方向的扫描线F扫描该指向性变换图案68时的图案形状、和在与光源方向的扫描线F正交的方向上扫描该指向性变换图案68时的图案形状。沿扫描线G的图案为指向性变换图案68的光源方向中央的截面，沿扫描线G”的图案为自光源方向中央向远离点光源62侧偏离δ(50μm)的位置的截面，沿扫描线G’的图案为从光源方向中央向接近点光源62侧偏离δ(50μm)的位置的截面。
由图69计算在光源方向上扫描时的平均倾斜角θx*时，光源方向F的平均倾斜角为0°。另外，计算在与光源方向正交的方向上扫描时的平均倾斜角θy*时， 与光源方向正交的方向G的平均倾斜角(中央)30.8° 与光源方向正交的方向G’的平均倾斜角(向点光源侧50μm)30.9° 与光源方向正交的方向G”的平均倾斜角(向远离侧50μm)30.7°。
各平均倾斜角θx*、θy*的计算在光源方向和在与光源方向正交的方向上，以与光源方向正交的方向的两周期量的长度进行。由此，在与光源方向正交的方向上，将三个值中最高的30.9°作为与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*。此时，可知满足与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*＞光源方向的平均倾斜角θx*。
图70是表示在直线状区域将相互平行而向一方向延伸的凸凹构造68b排列所构成的指向性变换图案68。另外，图71表示沿光源方向的扫描线F扫描该指向性变换图案68时的图案形状、和在与光源方向的扫描线F正交的方向上扫描该指向性变换图案68时的图案形状。沿扫描线G的图案为沿在扫描线F通过的指向性变换图案68的最高点正交的方向的截面，沿扫描线G”的图案为自通过最高点的位置向远离点光源62侧偏离δ(50μm)的位置的截面，沿扫描线G’的图案为从最高点向接近点光源62侧偏离δ(50μm)的位置的截面。
由图71计算在光源方向上扫描时的平均倾斜角θx*时，光源方向F的平均倾斜角为16.6°。另外，计算在与光源方向正交的方向上扫描时的平均倾斜角θy*时， 与光源方向正交的方向G的平均倾斜角(中央)27.1° 与光源方向正交的方向G’的平均倾斜角(向点光源侧50μm)27.1° 与光源方向正交的方向G”的平均倾斜角(向远离侧50μm)27.1°。
各平均倾斜角的计算在光源方向和在与光源方向正交的方向上，以与光源方向正交的方向的两周期量的长度进行。由此，在与光源方向正交的方向，将三个值中最高的27.1°作为与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*。此时，可知满足与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*＞光源方向的平均倾斜角θx*。
(基于凹凸程度或凹凸数量的表示) 接着，将反射后的光的指向性在相对于光源方向(与点光源62的中心连接的方向)正交的方向上扩展的指向性变换图案68与凹凸程度或凹凸数量的概念相关联进行表示。在构成指向性变换图案68的凹部及/或凸部周期性反复的情况下，能够对光源方向的凹凸程度和垂直于光源的方向上的凹凸程度进行比较。这里所说的凹凸程度是指规定的距离(例如图案的两周期量的长度)中所包含的凹部及/或凸部的数量。
例如图72所示，在与光源方向正交的方向上凸凹构造68b周期性反复的情况下，将与光源方向正交的方向的两周期量所包含的凹凸的数量(凸凹构造68b的数量)和相同距离所包含的光源方向的凹凸的数量进行比较。在凸凹构造68b以一定间距排列成圆弧状时，如图73(b)所示，光源方向的凹凸数量为0个，如图73(a)所示，与光源方向正交的方向上的凹凸数量为2个。
与相同距离中所包含的光源方向上的凹凸数量相比、与光源方向正交的方向上的凹凸数量多的情况下，意味着凸凹构造68b的形状在光源方向上伸长，故而能够减小自导光板63的漏光。
另外，图74表示在直线状区域相互平行而向一方向延伸的凸凹构造68b排列构成的指向性变换图案68。另外，图75表示在光源方向F扫描该指向性变换图案68时的图案形状、和在与光源方向正交的方向G扫描时的图案形状。观察与光源方向正交的方向上反复的两周期量所包含的凹凸的数量，在与光源方向正交的方向上，凹凸的数量为2个，在光源方向上，凹凸的数量为1.7个。因此，该情况下，与光源方向正交的方向上的凹凸数量也比相同距离所包含的光源方向上的凹凸数量多，能够减小自导光板63的漏光。
(图案的延伸方向的角度范围) 接着，对凸凹构造68b的延伸方向的角度范围(倾斜)进行说明。指向性变换图案68的各凸凹构造68b以点光源62为中心放射状排列的情况下，各凸凹构造68b的延伸方向与光源方向平行。但是，也可以如图76所示地，凸凹构造68b从光源方向倾斜配置。其中，指向性变换图案68的延伸方向J相对于光源方向F的角度υ在任意方向都在20°以内(即±20°以内)为好。在此，所谓延伸方向J是指凸凹构造68b的截面形状不变化的方向或者长度方向。另外，根据凸凹构造68b，凸凹变换的方向可以是周期性的也可以不是周期性的。
图77中，使凸凹构造68b的延伸方向J相对于光源方向F构成的角度υ变化并计算此时的效率改善效果。作为模型，从光出射面侧观察，使图26的多个V槽构造68a的一个向相同方向旋转而计算图案倾斜时的效果。所谓效率改善效果是指，从光导入部65向导光板主体64将多少比例的光不漏出而传递的效率，无指向性变换图案68时的效率为零，具有防止漏光的效率改善效果(漏光减少)时为正，相反使防漏光的效果下降(漏光增加)时为负。具体地，在某延伸方向上设有凸凹构造68b时向导光板主体64传递的光量设为Iυ，无图案时向导光板主体64传递的光量设为Io的话，以(Iυ-Io)/Io来进行表示。另外，图77所示的效率改善效果在效率改善效果最高的点上被标准化为1。另外，在该计算中，作为指向性变换图案68利用V槽构造的模型进行计算，但即使指向性变换图案的形状改变，其倾向也不变大。
由图77可知，若角度υ超过20°，则效率改善效果急剧下降，超过25°的话则带来相反效果。由此，各自的指向性变换图案68使延伸方向J相对于光源方向F所成的角度在20°以下为好。
(图案的纵横尺寸比) 如图78所示，从导光板63的上表面观察，指向性变换图案68的凸凹构造68b向一方向延伸时，凸凹构造68b平面看的纵横尺寸比、即指向性变换图案68的截面变换的方向即与纵向垂直的方向或宽度方向(横向)的长度M1与截面不变化的方向或长度方向(纵向＝延伸方向J)的长度M2之比M1/M2为0.5倍以下为好。在此，如图28所示地间距P1与P2的长度不同的情况下，只要将间距p1和p2的平均考虑为长度M1即可。
图79表示对使凸凹构造68b的纵横尺寸比M1/M2变化时的效率改善效果进行计算得到的结果。作为模型，使用图82～图84所示的模型计算效果。图79中也与图77同样，将无指向性变换图案时的效率设为零，将具有防漏光的效率改善效果(漏光减少)时设为正，将相反地使防漏光的效果下降(漏光增加)时设为负，在效率改善效果最高的点标准化为1。若观察该结果可知，若纵横尺寸比M1/M2为0.5以下，则效率改善效果为正，可得到效果，但是若进一步增大则带来相反效果。由此，平面看到的指向性变换图案68的纵横尺寸比为0.5以下为好。
(图案的设置范围) 如图80(a)所示，相对于导光板63的光入射端面66向一方向延伸的指向性变换图案68在有限的区域中反复配置时，其区域在从点光源62的发光中心看80°的扩展范围内为好。将这样从点光源62的发光中心看到的图案的扩展范围称为图案扩展角度μ。另外，该图案的扩展范围相对于点光源62的正面方向大致对称为好，即，从为自正面方向±40°以内的扩展为好。
图81的图表是计算设置指向性变换图案的角度范围(图案扩展角度μ)和效率改善效果的关系的图。作为模型，使用图80(a)所示地相对于点光源62的正面方向平行的V槽构造的模型计算效果。例如，图案扩展角度μ为0°是指，未设置指向性变换图案68的状态，图案扩展角度μ为40°是指，在μ为40°的范围设有指向性变换图案68的状态。效率改善效果为以图案扩展角度μ为50°作为峰值，若比50°进一步扩展，则效率改善效果开始下降，可得到高的效率改善效果时为80°左右。在该实施例的情况下，正面方向的图案与光的行进方向和指向性变换图案的延伸方向大致平行，故而正面附近的效率高，随着自正面偏离而使效率稍下降，但整体的效率受到正面方向的指向性变换图案的支配，故而端部的影响小。另外，在该计算中，作为指向性变换图案68也使用V槽构造的模型，但即使凸凹构造68b的图形变化，其倾向也不增大。
另外，如图80(b)所示，指向性变换图案68的延伸方向的倾斜δ表示相对于点光源62的正面方向倾斜的角度，指向性变换图案68的延伸方向也可以倾斜，但是从效率的观点来看，其倾斜δ在±20°以内为好，在±5°以内更好。
(实施方式8) 图82是表示本发明第八实施方式的面光源装置111的局部剖切立体图，图83是面光源装置111的局部剖切平面图，图84(a)是图82的e1部放大图，图84(b)是图82的e2部放大图。
该面光源装置111的指向性变换图案68设置在倾斜面67上。另外，由图84(a)、(b)的放大图可知，指向性变换图案68将V槽状的凸凹构造68b在圆周方向上排列。并且，凸凹构造68b在内周侧和外周侧排列成双重圆弧状，由凸凹构造68b形成的内周侧的山形形状和外周侧的槽形形状或者内周侧的槽线形状和外周侧的山形形状在光源方向上排列，其之间由微小的多个三角形倾斜面相连。另外，在内周侧的凸凹构造68b的内周缘和外周侧的凸凹构造68b的外周缘形成有微小的箭头形倾斜面。
另外，图85(a)表示沿图84(a)的光源方向的g1-g1线截面，图85(b)表示沿与图84(a)的光源方向正交的方向的g2-g2线。指向性变换图案68沿g2-g2线的截面的顶角为120°，沿g1-g1线的截面的斜面倾斜角为30°。另外，与光源方向正交的方向的凸凹构造68b的长度M1与光源方向的凸凹构造68b的长度M2之比(纵横尺寸比)为M1/M2＝0.5。若纵横尺寸比为0.5以下，则可得到效率改善效果，故而在该实施方式中起到效率改善效果。
图86是表示如上所述地在圆弧状的区域内将凸凹构造68b在内周侧和外周侧排列两列而形成有指向性变换图案68的结构的一部分。图87表示沿光源方向F扫描线该指向性变换图案68时的图案形状、和在与光源方向F正交的方向上扫描该指向性变换图案68时的图案形状。沿扫描线G的图案为通过光源方向的中央的截面，沿扫描线G”的图案为自中央向远离点光源62侧偏离δ(50μm)的位置的截面，沿扫描线G’的图案为从中央向接近点光源62侧偏离δ(50μm)的位置的截面。
由图87计算在光源方向上扫描时的平均倾斜角θx*时，光源方向F的平均倾斜角为14.6°。另外，计算在与光源方向正交的方向上扫描时的平均倾斜角θy*时， 与光源方向正交的方向G的平均倾斜角(中央)30.8° 与光源方向正交的方向G’的平均倾斜角(向点光源侧50μm)30.7° 与光源方向正交的方向G”的平均倾斜角(向远离侧50μm)28.4°。
各平均倾斜角的计算在光源方向和在与光源方向正交的方向上，以与光源方向正交的方向的两周期量的长度进行。由此，在与光源方向正交的方向，将三个值中最高的30.8°作为与光源方向正交的方向的平均倾斜角。此时，可知满足与光源方向正交的方向的平均倾斜角θy*＞光源方向的平均倾斜角θx*。
图88(a)是表示对图82及图83这样的面光源装置111中的光线的动作进行模拟的结果的图。另外，图88(b)是表示对仅在倾斜面67、在表面侧和背面侧都没有指向性变换图案的比较例的光线的动作进行模拟的结果的图。将图88(a)和图88(b)进行比较可知，在图88(b)的比较例中漏光显著，但是在背面设有指向性变换图案68的实施方式中，漏光减小。
(实施方式9) 在如图89所示使用多个点光源62时，与各点光源62对应而在其前方的区域分别设置指向性变换图案68。但是，相邻的点光源62和指向性变换图案68接近，从某点光源62射出的光射入到位于相邻的点光源62前方的指向性变换图案68时，由此容易漏光而成为光损失。因此，为了防止这样的光损失，将点光源62彼此的中心间距离Dc设为

为好。在此，

时从点光源62射出的光的实质扩展，例如只要为

即可。另外，ζ1是从点光源62到指向性变换图案68的设置区域的接近点光源62侧的端部的距离，ζ2是从点光源62到指向性变换图案68的设置区域的远离点光源62侧的端部的距离。或者，只要由形状的制作难易度和求出的效率适当计算指向性变换图案68即可。
另外，图90表示设有排列多个点光源62而在各点光源62的前方大致圆弧状排列的指向性变换图案68的结构。从光导入部65的光入射端面66射入的光具有圆锥状的指向特性，故而从垂直于导光板63的方向观察时，从光入射端面66射入的光的扩展比180°小。由此，在将指向性变换图案68排列成圆弧状的情况下，无需将指向性变换图案68设置在180°的范围，只要设置在比180°小的范围即可。其中，相邻的区域的指向性变换图案68彼此不相互重合。
(实施方式10) 图91是使用有本发明的面光源装置(例如第一实施方式的面光源装置61)的液晶显示装置121的示意剖面图。该液晶显示装置121与导光板63的光出射面侧相对而使扩散板124、棱镜片123以及液晶面板122重合，在导光板63的背面侧配置有反射片125。根据这样的液晶显示装置121，能够产生本发明的面光源装置的特点，并且能够使液晶显示装置121的光利用率提供而容易看到画面，能够谋求液晶显示装置121的薄型化。
权利要求
1.一种面光源装置，其具有点光源和导光板，所述导光板将所述点光源的光从光入射面导入并从光出射面向外部射出，其特征在于，
所述点光源设置在与所述导光板的光入射面相对的位置，
所述导光板具有光导入部，其用于将从光入射面射入的、来自点光源的光封入；导光板主体，其厚度小于所述光导入部的最大厚度，并且与所述光导入部连续设置，通过光射出部件将被封入的光从光出射面向外部射出，
所述光导入部在所述导光板的光出射侧的面或其相反面上设有倾斜面，该倾斜面从厚度比所述导光板主体大的部分的表面向所述导光板主体的表面端倾斜，
所述导光板在光出射侧的面或其相反面上设有指向性变换图案，该指向性变换图案将射入到所述光导入部的光在所述导光板的厚度方向上的指向性扩展变换成朝向与导光板的面方向平行的方向倾斜的指向特性。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，在从与所述导光板的光出射面垂直的方向进行观察时，所述导光板在光出射侧的面或其相反面上设有由以所述点光源附近为中心放射状延伸的多个平面构成的所述指向性变换图案。
3.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，由包含以所述点光源为中心放射状延伸的直线且与所述导光板的厚度方向平行的平面剖切的所述指向性转换图案的截面的平均倾斜角，比由与所述平面正交且与所述导光板的厚度方向平行的平面剖切的所述指向性转换图案的截面的平均倾斜角小。
4.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述指向性转换图案通过由凹部及/或凸部构成的凹凸构造而形成，
从形成有所述凹凸构造的区域内的某点向光源方向扫描一定长度时所通过的凹部及/或凸部的数量比向与所述扫描方向正交的方向扫描相同长度时所通过的凹部及/或凸部的数量少。
5.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，
分别向一方向延伸的凹部和凸部以彼此至少成为两个以上的延伸方向的方式进行配置而形成所述指向性变换图案，
所述凹部及/或凸部相对于将各自的位置和所述点光源连接的方向，其各自的延伸方向在±20°以内。
6.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，通过将向一方向延伸的凹部及/或凸部反复排列而形成所述指向性变换图案，
从所述点光源观察所述指向性变换图案的形成区域时，该区域的扩展为80°以下。
7.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述指向性变换图案由多个V槽构造构成。
8.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，从与所述导光板的光出射面垂直的方向观察时，所述指向性变换图案形成在圆弧状的区域。
9.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述指向性变换图案设置在形成于所述光导入部的倾斜面的至少一部分。
10.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述指向性变换图案设置在所述导光板的与形成有所述倾斜面的面相反侧的面上的、所述光导入部和与所述光导入部相邻的所述导光板主体的相邻区域合并的区域中的至少一部分。
11.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述指向性变换图案设置在所述导光板的与形成有所述倾斜面的面相反侧的面上的、比被所述倾斜面全反射的光在与所述光出射面相反侧的面被第二次全反射的位置更接近所述点光源的区域。
12.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，所述指向性变换图案形成在所述导光板的与形成有所述倾斜面的面相反侧的面上，
将所述导光板主体的厚度设为t，将所述倾斜面的倾斜角设为θ时，所述指向性变换图案配置在比从所述倾斜面与所述导光板主体侧边缘相对的位置朝向所述导光板主体内距离D＝(3·t)/tanθ的位置更接近所述点光源侧。
13.如权利要求7所述的面光源装置，其特征在于，构成所述指向性变换图案的各V槽构造构成100°以上且140°以下的角度。
14.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，从所述指向性变换图案接近所述点光源侧的边缘中的任意点向所述点光源的光出射窗的一端延伸的方向、与从该任意点向所述光出射窗的中央延伸的方向构成的角度为30°以下，
并且，从所述指向性变换图案接近所述点光源一侧的边缘中的任意点向所述点光源的光出射窗的另一端延伸的方向、与从该任意点向所述光出射窗的中央延伸的方向构成的角度为30°以下。
15.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于，构成所述指向性变换图案的凹部及/或凸部平面看时的纵横尺寸比为0.5以下。
16.一种液晶显示装置，其具有权利要求1～15中任一项所述的面光源装置、以及液晶面板。
全文摘要
一种面光源装置及液晶显示装置。导光板(63)由光导入部(65)和导光板主体(64)构成，光导入部(65)位于与点光源(62)相对的位置，用于将来自点光源的光封住，导光板主体(64)的厚度比光导入部的点光源侧一端的厚度小，并且通过光射出机构(70)将被封入的光从光射出面向外部射出。光导入部(65)具有从其表面朝向导光板主体(64)的表面倾斜的倾斜面(67)。在该倾斜面(67)设有指向性变换图案(68)，其将射入到光导入部(65)的光在导光板厚度方向上的指向性扩展变换成向与导光板面方向平行的方向倾斜的指向特性。指向性变化图案(68)具有排列有多个V槽结构(68a)的构造。
文档编号F21V8/00GK101755167SQ20088002522
公开日2010年6月23日 申请日期2008年6月10日 优先权日2007年6月12日
发明者篠原正幸, 田上靖宏, 广田和英, 竹村宏一, 岩瀬拓麻, 石川贵子, 上野佳宏, 大田盛久, 岸本润, 仓田刚大, 高桥幸大, 宫本宽之 申请人:欧姆龙株式会社