CN102128388B - 面光源装置及液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种面光源装置及液晶显示装置，可降低光源附近的光的泄漏使其更均匀地发光，且通过使窄的指向特性的光射出，可使发光亮度提高。导光基板(38)具有导入点光源(32)的光的光导入部(42)、使光从光射出面(44)向外部射出的导光板主体(41)。在导光板主体(41)的光射出面(44)上设有多个扩散图形(46)。在导光板主体(41)的下表面形成有折射率比导光板(38)低的低折射率层(39)，在低折射率层(39)的下表面形成有反射层(40)。另外，点光源(32)位于与光导入部(42)的端面相对的位置。在光导入部(42)的上表面设有指向性变换部(45)。指向性变换部(45)通过将设为V形槽状的指向性变换图形(48)放射状地排列而构成。

Description

面光源装置及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及面光源装置及液晶显示装置，具体而言，涉及能够消除发光面的亮度不均、同时实现射出光的窄指向性且实现发光面的均匀和高亮度化的面光源装置和使用该面光源装置的液晶显示装置。
背景技术
(专利文献1)
为了将用于液晶显示装置等的背光灯薄型化，需要省略光扩散片材等附加的片材，同时，使导光板自身的厚度变薄。
但是，在使导光板的厚度减薄时，由于导光板如片材那样减薄，所以导光板容易产生翘曲。而且，在导光板容易翘曲时，背光灯的安装变得困难，同时，光有可能从导光板翘曲的位置泄漏。因此，作为防止变薄的导光板翘曲的方法，有在导光板与液晶显示面板之间不夹入空气层，而通过粘接剂等将导光板粘贴在液晶显示面板的背面的方法。
作为在液晶显示面板的背面粘接导光板的液晶显示装置，例如专利文献1的比较例1(参照专利文献1的图3)中有所记述。在该液晶显示装置11中，如图1所示，作为导光板12，使用两面平滑的丙烯酸板(折射率1.49)，并使用折射率比导光板12高的连接层13(折射率1.51的二液固化型硅酮)，将导光板12以不夹持空气层的方式粘贴在散乱型的液晶显示面板14的背面。另外，在与导光板12的两端面相对的位置分别设置有由冷阴极管构成的光源15。
在该液晶显示装置11中，如图2(a)所示，从光源15射出并进入导光板12内的光L从导光板12向连接层13透过，进而向液晶显示面板14入射并被处于散射状态(白浊状态)的像素进行散射，由此，向前方射出，使该像素发光。
但是，在这种液晶显示装置中，由于连接层13的折射率比导光板12的折射率高，因此，如在图2(a)中虚线标示的光L，在连接层13与导光板12的界面上光不会进行全反射。因此，入射到导光板12的光L不能在导光板12内被导光，在光源15的附近从液晶显示面板14射出。其结果是，如图2(b)的亮度分布所示，在光源15附近发光亮度高且明亮，在远离光源15(即，光源15彼此之间的中央部分)中发光亮度低而变暗。
为了消除如上所述的发光亮度的不均匀，在如专利文献1所记载的第一实施例(参照专利文献1的图1)中，如图3所示，在导光板12的表面上局部形成折射率比导光板12低的薄膜16，同时，在接近光源15的位置增大薄膜16的面积率，在远离光源15的位置减小薄膜16的面积率。另外，形成薄膜6的导光板12经由折射率比导光板12高的连接层13粘贴在液晶显示面板14的背面。在此，导光板12由折射率为1.49的丙烯酸板形成，作为薄膜16，使用折射率为1.41的二液固化型硅酮，作为连接层13，使用折射率为1.51的二液固化型硅酮。
在专利文献1的第一实施例中，由于在导光板12的表面形成有薄膜16，所以导光板12内的光通过在导光板12和薄膜16的界面上进行全反射而导入到导光板12内。而且，由于在接近光源15的位置，薄膜16的面积率变大，所以通过薄膜16间从液晶显示面板14射出的光的比率变小，在远离达到的光量少的光源5的位置，由于薄膜16的面积率小，所以通过薄膜16间从液晶显示面板14射出的光的比率变大，其结果，实现液晶显示装置的显示面整体的发光亮度的均匀化。
另外，在专利文献1所记载的第二实施例(参照专利文献1的图2)中，如图4所示，在导光板12的表面局部形成棱镜状的凹凸7，同时，在接近光源15的位置，凹凸17的粗面化的程度低，在远离光源15的位置，凹凸17的粗面化的程度高。另外，形成凹凸17的导光板12经由折射率比导光板12低的连接层13粘贴在液晶显示面板14的背面。在此，导光板12由折射率为1.49的丙烯酸板形成，作为连接层13，使用折射率为1.41的二液固化型硅酮。
在专利文献1的第二实施例中，由于连接层13的折射率比导光板12的折射率低，所以导光板12内的光通过在导光板12表面的平滑的区域内进行全反射，而被封入到导光板12内，在导光板12内进行导光。另一方面，入射到凹凸17的光通过由凹凸17进行散射，向连接层13内透过，进而，以液晶显示面板14处于散射状态的像素进行散射并进行发光。而且，由于在接近光源15的位置，凹凸17的粗面化的程度低，所以，以凹凸17进行散射，从液晶显示面板14射出的光的比率变小，在到达的光量少的远离光源15的位置，凹凸17的粗面化的程度高，因此，通过凹凸17进行散射，从液晶显示面板14射出的光的比率变大，其结果是，在液晶显示装置的显示面整体实现发光亮度的均匀化。
在专利文献1的第一实施例中，在垂直于导光板12的平面内的光的指向特性如图5(a)所示。由于入射到导光板12的正前方的光的广度(指向特性)为±90°，导光板12的折射率为ng＝1.49，因此，入射到导光板12之后的光的广度形成为±arcsin(1/1.49＞＝±42.2°。另外，导光板12与薄膜16的界面的全反射的临界角形成为arcsin(1.41/1.49)＝71.1°。该临界角71.1°在从水平方向测量时为18.9°。
因此，在进入导光板12内的±42.2°的广度的光中的从水平方向测量为18.9°～42.2°的范围的光和-18.9°～-42.2°的范围的光(在图5(b)中画有斜线的范围的光)入射到与薄膜16的界面时，不在与薄膜16的界面上进行反射而透过薄膜6。这样，图5(b)中画有斜线的范围的光在光源15的附近透过薄膜16而不在导光板12内进行导光，因此，从光源15到较远的距离内不能导入足够的光量，不能使发光亮度充分均匀。
即使是在专利文献1的第二实施例中，由于连接层13的折射率与第一实施例的薄膜16相同，都为1.41，因此，进入导光板12内的±42.2°的广度的光中从水平方向测量为18.9°～42.2°的范围的光和-18.9°～-42.2°的范围的光在导光板12的平滑的区域内不进行反射而透过连接层13。这样，在第二实施例的情况下，图5(b)中画有斜线的范围的光也在光源15的附近透过连接层13而不在导光板12内进行导光，因此，从光源15到较远的距离内不能导入足够的光量，不能使发光亮度充分均匀。
如上所述，在专利文献1公开的液晶显示装置中，由于在光源的附近光不容易泄漏，所以光源的附近的发光较亮，在显示面上产生亮度不均，另外，由于光的利用效率降低，所以存在显示面变暗的问题。
另外，在本说明书中，在表示光的指向特性及指向性广度的情况下，使用惯用的标记方法。例如，如上所述，代替光的广度为-42.2°～+42.20(即，将光的广度设定为X时，-42.2x≤+42.2)的记述，而是简单地记述为±42.2°。
(关于专利文献2)
另外，作为通过省略棱镜片材等附加的片材，使导光板的厚度变薄，同时，不产生由附加的片材引起的光的减弱，另外通过使射出光的指向特性变窄而实现显示面的亮度提高的液晶显示装置，在专利文献2中有所公开。
图6是表示公开于专利文献2的液晶显示装置的构造的概略图。该液晶显示装置21在面光源装置22的整面上重叠液晶显示面板23。面光源装置22具备形成楔形的导光板24，在导光板24的下表面重叠有比折射率导光板24低的第一光透过层25，在第一光透过层25的下表面重叠有折射率与导光板24大致相同的光偏向层26。光偏向层26在具有与导光板24几乎相同的折射率的第二光透过层27的背面上与由金属材料构成的微镜28形成为一体。另外，在导光板24的厚度大的侧的端面上相对配置有冷阴极型荧光灯那样的光源29。
在图6中，光路如箭头所示，在该面光源装置22中，从光源29发射的光通过导光板24的侧面进入导光板24内。进入导光板24内的光在导光板24的上表面和下表面之间重复进行全反射，同时在导光板24内进行导光。导光板24内的光每次在形成楔形的导光板24的上表面和下表面进行全反射时，入射到导光板24的下表面时的入射角(光线与直立于导光板24的下表面的法线形成的角度)变小。而且，在入射导导光板24的下表面的光的入射角比第一光透过层25与导光板24的界面的全反射的临界角小时，该光透过导光板24的下表面入射到第一光透过层25，进而入射到第二光透过层27内并由微镜28进行反射，由微镜28反射的光透过第二光透过层27、第一光透过层25及导光板24从导光板24的上表面(光射出面)射出。
在该种构造的面光源装置22中，在导入到导光板24内的光中，只有入射到导光板24的下表面时的入射角比全反射的临界角小的窄范围内的光透过第一及第二光透过层25、27而由微镜28进行反射，因此，能够从面光源装置22射出窄的指向特性的光。
但是，由于该面光源装置22中，折射率比导光板24低的第一光透过层25不经由空气层而粘紧在导光板24的下表面，因此，相当于图5(b)中画有斜线的范围的光如图7所示，在最初入射到导光板24的下表面时，透过第一及第二光透过层25、27而由微镜28进行反射，同时从面光源装置22的正面射出。因此，即使在使用该面光源装置22的情况下，光源29的附近也会产生亮度较高的光，从而产生亮度不均，不能使显示面整体均匀发光。另外，由于在光源29的附近，由于光泄漏而造成光的利用效率降低，所以存在显示面变暗的问题。
专利文献1：(日本)特开平5-88174号公报
专利文献2：(日本)特开2001-110218号公报
发明内容
本发明是鉴于这样的技术课题而提出的，其目的在于提供一种可以降低光源附近的光的泄漏使其更均匀地发光，进而可以通过使窄的指向特性的光射出使发光亮度提高的面光源装置。另外，本发明的另一目的在于提供一种使用该面光源装置的液晶显示装置。
本发明第一方面的面光源装置具备：光源；导光板，其设置在与所述光源相对的位置，使所述光源的光从光入射端面导入并从光射出面向外部射出，其特征在于，所述导光板具备：导光基板，其由透光性材料构成；低折射率层，其粘紧在所述导光基板的与所述光射出面相反侧的面上，且折射率比所述导光基板低；反射层，其粘紧在所述低折射率层的与所述光射出面相反侧的面上，所述导光基板将设置在与所述光源相对的位置的光导入部、和具备将从所述光导入部导光的光向外部射出的所述光射出面的导光板主体作为一体而构成，在所述光导入部的光射出侧的面或其相反侧的面设置有指向性变换部，该指向性变换部用于将从所述光入射端面入射到所述光导入部的光封入在所述导光基板内，在所述导光板主体的所述光射出面侧形成有光控制图形，该光控制图形用于使导光板主体内的光反射并从导光板主体的与所述光射出面相反侧的面向所述低折射率层泄漏，在所述低折射率层与所述反射层的界面或所述反射层的与所述界面相反侧的面形成有光射出装置，该光射出装置用于使向所述低折射率层泄漏出的光反射并从所述光射出面射出。
本发明第一方面的面光源装置中，可以通过指向性变换部使在导光板主体内导光的光的指向特性变窄，可以防止光源的附近的光的泄漏。其结果为，可以使发光面的亮度分布的均匀性提高，另外，由于光的利用效率提高，发光面的亮度提高。另外，可以通过指向性变换部使指向特性变窄的光的一部分透过低折射率层，由此，可使从光射出面射出的光的指向特性更窄，可以使面光源装置的正面亮度提高。另外，通过指向性变换部使导光板主体内的光的指向性变窄，由此，光控制图形或光射出装置的光的控制性也提高。因此，根据该面光源装置，可以实现窄指向性、亮度高、可均匀发光的背光灯。
本发明第二方面的面光源装置具备：光源；导光板，其设置在与所述光源相对的位置，使所述光源的光从光入射端面导入并从光射出面向外部射出，其特征在于，所述导光板具备：导光基板，其由透光性材料构成；低折射率层，其粘紧在所述导光基板的与所述光射出面相反侧的面上，且折射率比所述导光基板低；高折射率层，其粘紧在所述低折射率层的与所述光射出面相反侧的面上，且比折射率所述低折射率层高，反射层，其粘紧在所述高折射率层的与所述光射出面相反侧的面上，所述导光基板将设置在与所述光源相对的位置的光导入部、和具备将从所述光导入部导光的光向外部射出的所述光射出面的导光板主体作为一体而构成，在所述光导入部的光射出侧的面或其相反侧的面设置有指向性变换部，该指向性变换部用于将从所述光入射端面入射到所述光导入部的光封入在所述导光基板内，在所述导光板主体的所述光射出面侧形成有光控制图形，该光控制图形用于使导光板主体内的光反射并从导光板主体的与所述光射出面相反侧的面向所述低折射率层泄漏，在所述高折射率层与所述反射层的界面或所述反射层的与所述界面相反侧的面形成有光射出装置，该光射出装置用于使向所述高折射率层泄漏出的光反射并从所述光射出面射出。
在本发明第二方面的面光源装置中，实现和第一方面的面光源装置相同的作用效果。而且，在第二面光源装置中，低折射率层的光通过进入高折射率层，进一步成为窄指向性的光。而且，在高折射率层指向特性变窄的光通过光射出装置反射并从光射出面射出。其结果为，根据第二方面的面光源装置，可以进一步使射出光为窄指向性，可以使正面亮度提高。
本发明第一或第二方面的面光源装置，其特征在于，折射率比所述导光基板低的第二低折射率层粘紧在所述导光基板的所述光射出面侧的面上。这样实施方式中，由于在光射出面设置第二低折射率层，因此，使通过光射出装置反射的光易于向外部射出。另一方面，即使在光射出面设置第二低折射率层，也可以通过指向性变换部的作用防止导光板主体内的光直接向第二低折射率层侧泄漏。
本发明第一或第二方面的面光源装置中，所述光源为点光源，所述光导入部在与所述导光基板的光射出面侧的面或其相反面的所述光射出面平行的区域形成有指向性变换部，该指向性变换部通过从接近所述点光源的一侧向远离所述点光源的方向延伸的多个图形构成。更具体而言，所述指向性变换部通过设为V形槽状的多个指向性变换图形构成。在由V形槽状的指向性变换图案构成的指向性变换部，优选与通过邻接的所述指向性变换图形形成的山部的棱线垂直的截面的该山部的顶角为107°以上且154以下°。通过将所述山部的顶角设为107°以上且154°以下，可以使导光板的指向性变换效率和导光效率良好。另外，指向性变换图形的山部是指从导光基板突出的部分，山部的顶角为夹着棱线的面彼此之间的狭角。因此，在指向性变换部设于光导入部的光射出面侧的情况下，指向性变换图形的山部的谷线位于与棱线相比更靠近光射出面的相反面的一侧，相反，在指向性变换部设于光导入部的光射出面的相反面的情况下，指向性变换图形的山部的谷线位于与棱线相比更靠近光出射面的一侧。
另外，更具体而言，所述指向性变换部通过以所述点光源或点光源附近的某位置为中心放射状地排列的多个指向性变换图形构成。
另外，该实施方式中，优选的是，从与所述导光板的光射出面垂直的方向观察时，从所述指向性变换部的接近所述点光源一侧的边缘的任意点向所述点光源的光射出窗的一端延伸的方向、与从该任意点向该光射出窗的中央延伸的方向形成的角度为32°以下，而且，从所述指向性变换部的接近所述点光源的一侧的边缘的任意点向所述点光源的光射出窗的另一端延伸的方向、与从该任意点向该光射出窗的中央延伸的方向形成的角度为32°以下。根据这样的实施方式，可以使导光板的指向性变换效率和导光效率良好。
另外，该实施方式中，在沿所述导光板的端缘配置多个所述点光源的面光源装置中，
从与所述导光板的光射出面垂直的方向观察，将通过任一任意的点光源的中心与所述导光板的端缘垂直的方向设定为X轴，将沿所述导光板的端缘设定为Y轴时，与该点光源对应的指向性变换部位于同时满足以下3式的区域内部，即、
X＞O
X≤{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)
X≤{2Y+(2P-W)}/(2tanα)
其中，P：所述点光源间的距离，W：所述点光源的光射出窗的宽度，α：在将导光板的折射率设为ng时，用α＝arcsin(1/ng)表示角度。根据这样的实施方式，在沿导光板的端缘配置多个点光源，在各点光源的前方设置各自的指向性变换部的面光源装置中，在各个指向性变换部可以避免来自不对应的其它的点光源的光入射后进行反射或透过，可以降低来自指向性变换部或光导入部的光的泄漏。
本发明第一或第二方面的面光源直至的再其它实施方式中，所述反射层的所述光射出面侧的面具有作为所述光射出装置的多个倾斜面。该实施方式中，优选的是，邻接的所述倾斜面彼此之间形成的角度为107°以上且136°以下。这是因为，若邻接的倾斜面彼此之间形成的角度位于该范围内，则可以将向±20°以内的方向射出的光的全光量相对于与光射出面44的法线相对向±90°以内的方向射出的光的全光量的比率设为60％以上。
另外，本发明第一或第二方面的面光源直至的再其它实施方式中，优选的是，所述光控制图形由在所述光射出面形成的凸状图形或凹状图形构成，用于使所述凸状图形或所述凹状图形的光反射的面与所述光射出面形成的角度为20°以下。
本发明提供一种液晶显示装置，具备：本发明所述的面光源装置、液晶面板、至少介于所述面光源装置的所述导光板主体与所述液晶面板之间并使所述导光板主体粘紧于所述液晶面板的至少一层的连接层，其特征在于，所述各连接层的任一折射率比所述导光板主体的折射率低。在这样的液晶显示装置中，将面光源装置通过低折射率的连接层安装于液晶面板，因此，即使在薄的面光源装置的情况下，也可以防止面光源装置的挠曲等。而且，通过作为面光源装置使用本发明的面光源装置，可以防止光直接向连接层泄漏，可以将液晶显示装置的显示面进行高亮度化、使亮度分布均匀。
另外，用于解决本发明的所述课题的装置具有适当组合以上说明的构成要素的特征，本发明可以通过这样的构成要素的组合进行更多的变形。
附图说明
图1是表示专利文献1公开的比较例1的液晶显示装置的概略剖面图；
图2(a)是表示入射到图1的液晶显示装置的导光板内的光的动作的图；图2(b)是根据距光源的距离说明液晶显示装置的亮度变化的情形；
图3是表示专利文献1所述第一实施例的液晶显示装置的概略剖面图；
图4是表示专利文献1所述第二实施例的液晶显示装置的概略剖面图；
图5(a)是表示图3所示的液晶显示装置的导光板内的光的指向性的图；图5(b)是表示入射到导光板内的光中透过与薄膜的界面的光的区域的图；
图6是专利文献2公开的液晶显示装置的概略剖面图；
图7是表示用于专利文献2的液晶显示装置的面光源装置的光的动作的图；
图8(a)从光射出面侧观察本发明的实施方式1的面光源装置的立体图；图8(b)是从光射出面的相反侧观察该面光源装置的立体图；
图9(a)是实施方式1的面光源装置的俯视图；图9(b)是表示通过面光源装置的中心的剖面图；
图10(a)、(b)、(c)及(d)是扩散图形的立体图、俯视图、正面图及侧面图；
图11是说明实施方式1的导光板内的光的动作的图；
图12是表示导光板内的光的指向特性的变化的图；
图13是表示沿面光源装置的中心线A-A的光射出面的亮度分布的图；
图14是表示从光射出面射出的光的、从垂直于光射出面的方向观察的指向特性(亮度分布)的图；
图15是将图14的指向特性作为ZX面内的各射出方向的光强度的分布进行表示的图；
图16(a)是表示沿谷线的指向性变化图形的剖面形状的图；图16(b)是表示沿图9(a)的B-B线的剖面的局部的扩大图；
图17(a)及(b)是表示入射到指向性变换部前的光的指向特性的图；图17(c)及(d)是表示通过指向性变换部后的光的指向性的图；
图18(a)是表示入射到光导入部之后的光的指向特性的概略图；图18(b)是表示通过指向性变换部变换了指向特性的概略图；
图19是表示不同形状的指向性变换图形的剖面图；
图20(a)、(b)及(c)是均表示不同的形状的扩散图形的剖面图；
图21是显示偏向图形的光的动作的图；
图22是表示指向特性±20°的范围内包含的光量相对偏向图形47的顶角κ的值的比率的图；
图23(a)～(c)是分别表示实施方式1的变形例的概略图；
图24(a)是表示本发明的实施方式2的面光源装置的概略剖面图；图24(b)及(c)是分别表示实施方式2的变形例的概略图。
图25是表示图24(b)的面光源装置中，从光射出面射出的光的指向特性(从Z方向观察的指向特性)的图；
图26是将图25的X方向的指向特性作为ZX面内的各射出方向的亮度分布进行表示，另外，将图25的Y方向的指向特性作为ZY面内的各射出方向的亮度分布进行表示的图；
图27是表示在偏向图形的顶角κ＝120°的图24(c)的面光源装置中，从光射出面射出的光的指向特性(从Z方向观察的指向特性)的图；
图28是将图27的X方向的指向特性作为ZX面内的各射出方向的亮度分布进行表示，另外，将图27的Y方向的指向特性作为ZY面内的各射出方向的亮度分布进行表示的图；
图29是表示在偏向图形的顶角κ＝112°的图24(c)的面光源装置中，从光射出面射出的光的指向特性(从Z方向观察的指向特性)的图；
图30是将图29的X方向的指向特性作为ZX面内的各出射方向的亮度分布进行表示，另外，将图29的Y方向的指向特性作为ZY面内的各射出方向的亮度分布进行表示的图；
图31是表示本发明的实施方式3的面光源装置的立体图；
图32是表示通过指向性变换图形形成的山部的顶角φ与指向性变换效率、导光效率、变换效率×导光效率的关系的图；
图33是表示预计角θ1与指向性变换效率、导光效率、变换效率×导光效率的关系的图；
图34是用于说明预计角θ1、θ2的图；
图35是表示实施方式3的变形例的面光源装置的立体图；
图36是表示在并列多个点光源构成的情况下，在导光板内从各点光源射出的光到达的范围的概略图；
图37(a)是表示指向性变换部的反复试验的配置的图，图37(b)是表示指向性变换部的优选配置的图；
图38(a)是表示指向性变换部的反复试验的配置的图，图38(b)是表示指向性变换部的优选配置的图；
图39是表示本发明的实施方式4的面光源装置的立体图；
图40(a)是表示本发明的实施方式5的面光源装置的概略图；图40(b)是表示实施方式5的变形例的概略图；
图41(a)是表示实施方式5的其它的变形例的概略图，图41(b)是表示实施方式5的再其它的变形例的概略图；
图42是表示本发明的实施方式6的液晶显示装置的概略图。
附图标记说明
31、51、61、66、71、81～84、91  面光源装置
32  点光源
33  导光板
38  导光基板
39  低折射率层
40  反射层
41  导光板主体
42  光导入部
43  光入射端面
44  光射出面
45  指向性变换部
46  扩散图形
47  偏向图形
48  指向性变换图形
52  高折射率层
72  棒状光源
85  表面侧低折射层
92  液晶面板
具体实施方式
下表面，参照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。
(第一实施方式)
下表面，参照图8～图10说明本发明实施方式1的面光源装置31的构造。图8(a)及(b)分别是表示面光源装置31的表面侧和背面侧的构造的立体图。图9(a)是面光源装置31局部截断断的俯视图。图9(b)是表示穿过面光源31的中心的剖面的图。
面光源装置31由点光源32和导光板33构成。点光源32内置有一个或邻近的多个LED，并发出白色光。例如图9(b)所示，点光源32在透明密封树脂35内密封一个或多个LED34，进而由白色树脂36覆盖除该透明密封树脂35的正面外的各面。透明密封树脂35的正面从白色树脂36露出，成为光射出窗37。而且，从LED 34射出的光直接从光射出窗37射出，或者在透明密封树脂35与白色树脂36的界面反射后从光射出窗37射出。
点光源32并不限于图9(b)所示的结构。在此所说的点光源32并不是严格意义上的点光源，只是相对于被称为线状光源的冷阴极管称为点光源。即，点光源是指相比导光板33的宽度小的光源，点光源32也具有有限的宽度，但并不是如冷阴极管那样具有10mm以上的长度或宽度。
例如，作为其它点光源32有侧视型的LED等。侧视型的LED中，也可以在一封装内封入一个以上的LED芯片，将多个LED芯片同时密封。在将多个LED芯片同时密封时，射出窗的宽度为5mm左右，但由于与导光板的发光区域的宽度为2英寸左右相比非常小，因此，看作为点光源。另外，也可以将使用光纤导入的光导入到导光板。该情况下，将光纤的光射出端面看作为点光源。
导光板33在由透光性材料构成的导光基板38的下表面设有折射率比导光基板38小的透光性材料构成的低折射率层39，在低折射率层39的下表面通过金属薄膜等形成有反射层40。导光基板38的表面和背面成形为平行的板状，概略上可以分为导光板主体41和光导入部42。光导入部42设于导光板主体41的光源侧端部，光导入部42和导光板主体41一体且连续地成形。导光基板38由聚碳酸酯树脂(PC)、丙烯酸树脂、环烯系材料、甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高折射率的透明树脂或高折射率的玻璃成形，其折射率优选为1.5～1.6。另外，导光基板38的厚度优选为0.3mm～0.5mm左右。只要光导入部42的端面(光入射端面43)的厚度比点光源32的光射出窗37的高度厚，则可以将从点光源32射出的光高效地从光入射端面43入射到光导入部42内，从而，使面光源装置31的光利用效率提高。但是，导光基板38优选尽可能地薄，因此，光导入部42的端面的厚度优选为与点光源32的光入射窗37的高度相等。
在光导入部42，在与导光板主体41的光射出面44相同的一侧面(表面)形成有指向性变换部45。指向性变换部45在光导入部42内形成于与导光板主体41邻接的区域。换言之，从与导光板33的光射出面44垂直的方向看，将从位于指向性变换部45的距点光源32远的一侧的边缘到光入射端面43的区域称作光导入部42，将其以外的区域(从位于指向性变换部45的距点光源32远的一侧的边缘到导光板33的光入射端面43的相反侧的端面的区域)称作导光板主体41。光导入部42的背面平滑地形成。指向性变换部45具有使从光入射端面43入射的光的指向特性变化并封入导光基板38内的作用，其详细内容后述。
在导光板主体41的光射出面44凹设有多个用于使从光源侧导来的光全反射并使光的导入方向变化的微细的扩散图形46(光控制图形)。扩散图形46在图8(a)中规则性地配置，但也可以随机配置。或者为在光射出面44的面内得到亮度的均匀性而也可以使用将扩散图形46锯齿状配置、或将扩散图形46放射状(同心圆状)地排列等通常的配置方法。另外，随着远离点光源32，到达的光量减少，因此，为使面光源装置31的发光亮度均匀化，优选随着远离点光源32而扩散图形46的分布密度或数量密度增大。图10(a)、(b)、(c)及(d)是表示扩散图形46的形状的立体图、俯视图(从光源侧看到的)正面图及侧面图。该扩散图形46为由四面的倾斜面构成的钻石形状的凹部。
导光板主体41的背面平滑并和光射出面44平行地形成。在导光板主体41的背面不夹持空气层而使其粘紧于导光板主体41的背面，形成有由折射率比导光板主体41低的透明树脂等形成的低折射率层39。低折射率层39通过甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯树脂(PC)、丙烯酸树脂、环烯系材料等透明树脂或玻璃成形。另外，优选低折射率层39的折射率比导光板主体41低、但为较高的折射率，因此，优选折射率为1.4以上且不足1.5的材料。作为具体例，在由聚碳酸酯树脂构成的导光基板38的下表面形成由聚甲基丙烯酸甲酯构成的低折射率层39。低折射率层3.9的厚度为5μm左右。在低折射率层39的下表面形成有用于使从倾斜方向向低折射率层39的下表面入射的光反射并使其向大致垂直光射出面44的方向射出的微细的偏向图形47(光射出装置)。偏向图形47形成截面为三角形状(棱镜状)的凸部并沿导光基板38的宽度方向较长地延伸，沿与光入射端面43垂直的方向排列。在图8及图9，无间隙地排列偏向图形47，但也可以隔开间隔离散地进行配置。该情况下，偏向图形47也可以为凹状且也可以为凸状，也可以为凹状和凸状的组合。另外，偏向图形47可以以平面构成，也可以以曲面构成。
而且，以覆盖该偏向图形47的方式，在低折射率层39的下表面整个面上形成由Ag或A1等金属蒸镀膜或白色树脂覆盖膜构成的反射层40，通过低折射率层39和反射层40构成背面镜。
(作用效果)
首先，参照图11、图12说明具有上述的构造的面光源装置31的光的动作和其作用效果。对于用于实现这些光的动作且实现其作用效果的具体的构成或条件等，之后进行详述。另外，以下，将垂直于导光基板38的光入射端面43的方向设为X方向、将垂直于光射出面44的方向设为Z方向，将与X方向及Z方向正交的方向设为Y方向。
图11是表示面光源装置31的光的动作的图。另外，图12是说明导光板33内的光的指向特性的变化的图。图12所示的指向特性P1表示点光源32的光入射到光导入部42之后的指向特性。若将导光基板38的折射率设为ng，则入射到光导入部42之后的光的指向性广度以
±α＝±arcsin(1/ng)    (式1)
表示，因此，当ng＝1.59时，则指向特性P1的指向性广度±α＝±39.0°。
若将导光基板38的折射率ng设为1.59，则平坦面49或其背面和空气层的界面的全反射的临界角相同为39.0°，因此，若将其换算为从水平方向(X轴方向)测得的角度，则为51.0°。即，从水平方向测量，51.0°以上的角度的光和-51.0°以下的角度的光从光导入部42和空气层的界面泄漏出。但是，由于入射到光导入部42的光的指向性广度为±39.0°，所以，入射到光导入部42的光在与空气的界面不产生泄漏出，而进行全反射并导入导光板33内。
指向特性P1中实施斜线的区域的光在没有指向性变换部45的情况下，在如在图11中虚线箭头所示的光L3那样到达导光板主体41和低折射率层39的界面时，立即向低折射率层39侧泄漏，由反射层40反射且从光射出面44射出。另一方面，指向特性P1中斜线区域外的光为在与低折射率层39的界面进行全反射的光。即，指向特性P1的斜线区域的光相当于图5(b)的斜线区域内的光。图11所示的光线L1、L2均表示在图12的指向特性P1实施了斜线的区域内的光，如果没有指向性变换部45，则如虚线箭头的光L3那样使光射出面44的点光源附近发光，成为使亮度不均发生的原因。
如果将导光基板38的折射率设为ng、将低折射率层39的折射率设为nl，则导光板主体41和低折射率层39的界面的全反射的临界角γ为
γ＝arcsin(nl/ng)    (式2)
如果将其换算给从水平方向测得的角度β，则，
β＝90°-γ＝90°-arcsin(nl/ng)    (式3)
其中，如果ng＝1.59、nl＝1.4，则β＝28.3°。
因此，入射到光导入部42的指向性广度±α(±39.0°)的光中，-β～+β的范围的光(斜线区域外的光)在光导入部42与空气的界面和在导光板主体41与低折射率层39的界面都进行全反射，不从导光基板38泄漏而导光。与之相对，-a～-β的范围的光L2和+β～+a的范围的光L1(斜线区域的光)，在没有指向性变换部45的情况下，在与空气的界面进行全反射，透过与低折射率层39的界面从光射出面44泄漏出。
在面光源装置31中，使这些光L1、L2通过指向性变换部45反射，由此，变换指向特性且将其封入导光板主体41内。若以指向特性进行说明，则进入光导入部42内之后的指向特性P1通过将光用指向性变换部45进行反射而使垂直于光射出面44的截面内的广度变窄。即，具有通过指向性变换部45变窄的指向特性P2的光的指向性广度γ变小为指向特性P1的斜线区域外的光的指向性广度β左右(优选为γ≤β。)。在指向特性P2为指向特性P1的斜线区域外的狭小的指向特性的情况下，通过指向性变换部45反射后的光(指向特性P2)在导光板主体41与低折射率层39的界面进行全反射，如图11所示的光L1，在不通过扩散图形46进行反射的条件下，则就在导光板主体41的表面(光射出面44)和背面(和低折射率层39的界面)反复进行全反射，同时在导光板主体41内进行导光。
若这样封入导光板主体41内的光通过扩散图形46进行全反射，则该光向下方前进，因此，指向特性P2的方向变化而变为指向特性P3。指向特性P3的斜线区域外的光表示入射角比与低折射率层39的界面的全反射的临界角大的光。指向特性P3的光中斜线区域外的光在与低折射率层39的界面进行全反射，如图11的光L2所示，斜线区域内的光向低折射率层39入射。因此，入射到低折射率层39的光的指向特性如P4变窄。如图11的光L2所示，该指向特性窄的光在反射层40进行反射，朝向光射出面44(指向特性P5)、进而从光射出面44射出外部(指向特性P6)。
其结果为，根据该面光源装置31，通过设置指向性变换部45，可以高精度控制导入到导光板主体41内的光，可以防止在点光源32的附近指向特性P1的斜线区域内的光从光射出面44泄漏出而产生亮度不均。例如，在将导光基板38的折射率设为1.59，将低折射率层39的折射率设为1.4的情况下，如果在导光板33不设置指向性变换部45，则沿面光源装置的中心线A-A(参照图9)的光射出面44的亮度分布成为如图13以细实线所示，点光源32的附近明亮地发光，在面光源装置37产生显著的亮度不均。与之相对，在通过指向性变换部45反射后的指向特性(P2)若将指向性广度γ变窄为28°左右，则沿面光源装置的中心线A-A的光射出面的亮度分布成为如图13以粗实线所示，光射出面44的亮度均匀。而且，如图13所示，通过抑制光从点光源32的附近泄漏出，在光射出面44整体亮度提高。
另外，在导光板主体41的下表面设有低折射率层39和反射层40，因此，由于通过用指向性变换部45进行反射，从而指向特性变窄的光的一部分通过导光板主体41和低折射率层39的界面，由此，指向特性进一步变窄。其结果为，从光射出面44射出的光的指向特性变窄，面光源装置31的正面亮度提高。图14表示从光射出面44射出的光的指向特性(从Z方向观察的指向特性)，但是，可知在X方向可以实现非常狭小的指向特性。另外，图15为表示将该指向特性设为ZX面内的各射出方向的亮度分布的图。根据图15可知，在±20°以内聚集有全射出光的90％以上的光量。另外，图14及图15为将扩散图形46的倾斜角ε设为9.3°，将偏向图形47的顶角κ设为120°的情况下的特性。
因此，根据该面光源装置31，可以通过指向性变换部45将在导光板主体41内进行导光的光的指向特性变窄，可以防止点光源的附近的光泄漏出。其结果为，可以使发光面的亮度分布的均匀性提高，另外，通过提高光的利用效率从而使发光面的亮度提高。另外，通过使由指向性变换部45使指向特性变窄的光的局部透过低折射率层39，由此，可以使从光射出面44射出的光的指向特性更窄，可以使面光源装置31的正面亮度提高。另外，由于通过指向性变换部45使导光板主体41内的光的指向性变窄，从而利用扩散图形46或偏向图形47的光的控制性也提高。因此，根据该面光源装置31，通过窄指向性，亮度变高，可以实现可均匀发光的背光灯。另外，由于不需要棱镜片材等付加的片材，所以可以使面光源装置31或液晶显示装置进行薄型化。
(关于指向性变换部)
下面，说明用于实现上述的光的动作和作用效果的详细内容。首先，说明指向性变换部45的构造。
如图8所示，指向性变换部45设置于矩形区域或带状区域，以放射状地排列设为V形槽状的同一形状的指向性变换图形48而构成。图16(a)为表示沿某指向性变换图形48的谷线截断的导光板33的局部的剖面图。图16(b)为表示沿图9(a)的B-B线的、垂直于各指向性变换图形48的棱线48a的截面的局部的扩大图。光导入部42中的比指向性变换部45更接近点光源32的区域为与光射出面44同面的平坦面(将该平坦的区域称为光导入部42的平坦面49)，指向性变换部45以从光射出面44及平坦面49凹入的方式形成。
设为V形槽状的指向性变换图形48的棱线48a处于包含光射出面44及平坦面49的平面内并沿水平方向延伸。另外，指向性变换图形48的谷线48b以在远离点光源32侧最深，在接近点光源32侧最浅的方式直线地倾斜。在邻接的指向性变换图形48间形成的V形槽部的两端面均为垂直于光射出面44及平坦面49的面。另外，各指向性变换图形48具有相同的形状，距点S等距离的截面(垂直于棱线的剖面)形成相互相等的截面形状。
将各指向性变换图形48的谷线48b向点光源32侧三维地延长的目的地为聚集于某1点或某1点的附近区域。在该实施方式的情况下，延长各指向性变换图形48的谷线48b的目的地聚集于在平坦面49上位于光导入部42的端面(光入射端面43)的中央部的1点或其附近的1点或其1点的附近区域。在该实施方式中，设为将其聚集于位于光导入部42的端面的中央部的1点S。同样，将各指向性变换图形48的棱线48a三维地延长的目的地也聚集于某1点或某1点的附近区域。
另外，指向性变换图形48的谷线48b的倾斜角度(斜度)θ为约1°，该倾斜角度θ的值根据指向性变换图形48的广度(以点S为中心的XY面内的广度角)而变化。另外，在垂直于棱线48a的截面，夹持棱线48a的倾斜角形成的角度(山部的顶角)φ优选107°＜φ＜154°，特别优选120°有左右。
大致而言，指向性变换部45在反射光的前后使光的指向特性绕X轴旋转，或进行倾斜运动。入射到光导入部42的光作为全体具有如图18(a)所示的圆锥状的指向特性P1，如从X轴方向的某点观察，如图17(a)、(b)所示，在Y方向为窄的指向特性的光。若通过指向性变换部45反射该光，则其指向特性如图17(c)、(d)那样旋转。其结果为，在ZX面内的指向性广度变小为γ。作为全体，图18(a)的圆锥状的指向特性P1如图18(b)那样变换为在Z方向收缩的扁平的指向特性P2。因此，若以γ≤β的方式确定指向性变换部45的形状及尺寸，则指向性变换部45反射的光即使在与低折射率层39的界面也不泄漏，也可以将光传播到远处。另外，关于指向性变换部45的详细内容，可以参照(日本)特愿2008-180147或PCT/JP2009/003184(参照文献1)或(日本)特愿2007-155797或PCT/JP2008/61610(参照文献2)。
另外，图17(b)、(d)是从ZX面内看到的光的指向特性，这样的指向特性在XY面内从倾斜方向观察点光源32的情况下，根据观察的方向而上下方向的指向性广度不同。因此，指向性变换部45也可以使图形的形状在正面方向和倾斜方向变化，从图形制造的容易度出发，将各方向的指向性变换图形48设为相同的形状。
另外，若使光的泄漏过完全消失，则指向性变换部45理论上需要具有只有可以在指向性变换部45全部承受-α～-β的范围的光和+β～+α的范围的光的长度或面积，也考虑其它条件，不一定需要由指向性变换部45全部承受这些范围的光。
图8、图9等所示的指向性变换部45从平坦面49或光射出面44凹入，但是，指向性变换部45也可以以从平坦面49或光射出面44突出的方式设置。图19为表示使指向性变换部45突出的例的剖面图。该指向性变换部45以使光导入部42的表面的一部分突出的方式形成，排列的V形槽状的指向性变换图形48的谷线48b为水平，并处于与光射出面44相同的平面内。接近棱线48a的点光源32的侧的一端高度变低，远离棱线48a的点光源32的侧的一端高度变高。因此，指向性变换部45的V形槽随着远离点光源32直线深入，棱线48a也直线状地倾斜。另外，指向性变换部45的两端面相对于平坦面49及光射出面44为垂直面。向点光源32侧延长各棱线48a的目的地为聚集于1点S。
另外，指向性变换部45不管在从光射出面44向上突起的情况下还是从光射出面44向下凹入的情况下，优选指向性变换部45和光射出面44的高度差小。
另外，指向性变换部45或指向性变换图形48也可以具有在此所示的以外的形状。例如，可以为参照文献1所公开的各种形状。另外，这些最适当的设计例也可以参照文献1的记载。
(扩散图形)
下面，说明形成于光射出面44的扩散图形46。扩散图形46实现通过使在导光板主体41内导入的光进行全反射，以对导光板主体41的下表面的入射角变小的方式弯曲光路的作用。图10所示的扩散图形46凹陷为钻石形状，在扩散图形46为凹状的情况下，由于在接近点光源32的前半部反射光，因此，位于远离点光源32的侧的后半部的形状不管为什么形状都没有特别的问题。另一方面，扩散图形46的前半部若需要使光进行反射使其从导光板主体41透过低折射率层39，则需要从导光板主体41透过低折射率层39的光的指向性广度尽可能地窄。因此，扩散图形46中位于接近点光源32的侧的前半部的倾斜角ε优选0°＜ε≤20°。优选该倾斜角为0°＜ε≤10°，更优选为0°＜ε≤5°。但是，向低折射率层39穿透的光的峰值方向可以通过扩散图形46的倾斜角ε、导光基板38的折射率和低折射率层39的折射率的折射率比的组合进行控制，因此，最适宜的倾斜角ε的值必须考虑导光基板38和低折射率层39的折射率比决定。
扩散图形46只要前半部的倾斜角ε位于上述范围就可以，因此，不需要如图10所示那样前半部和后半部对称，也可以如图20(a)所示的扩散图形46那样前半部和后半部非对称。特别是，也可以为如图20(a)所示那样截面为非等边三角形状。另外，如图20(b)所示，扩散图形46也可以从光射出面44突出。在凸状的扩散图形46的情况下，向导光板主体41导入的光由于在扩散图形46的后半部进行全反射，所以，在该情况下，后半部的倾斜角ε只要在上述范围即可。而且，扩散图形46如图20(c)所示，可以由曲面构成。在图20(c)中，使设为圆顶状的扩散图形46突出于光射出面44的表面。
(偏向图形)
图21是表示偏向图形47的光的动作的图。如图21用箭头表示光路所示，偏向图形47及反射层40具有使向低折射率层39入射的光向垂直于光射出面44的方向反射的作用。偏向图形47为设为截面三角形状的棒状的图形，突出于低折射率层39的下表面。偏向图形47考虑易于制作形成作为其原型的模型的理由，截面形状为等腰三角形。另外，偏向图形47的截面为等腰三角形的情况下，位于点光源32的相反侧的斜面具有使来自光源方向的光(在图21用实线表示的光)反射并使其从光射出面44射出的作用。图21的虚线箭头表示到达导光基板38或低折射率层39的端面，在其端面进行反射并返回的光，处于光源侧的斜面具有使该返回光反射并使其从光射出面44射出的作用。
该偏向图形47的顶角κ优选107°以上且136°以下。图22表示该原因。图22表示指向特性在±20°的范围内包含的光量相对偏向图形47的顶角κ的值的比率。图22的横轴表示偏向图形47的顶角κ。另外，图22的纵轴在从光射出面44射出的光的指向特性中，以百分率表示相对光射出面44的法线向±20°以内的方向射出的光的全光量和向±90°以内的方向射出的光的全光量的的比率。该光量的比率为60％以上即可，此时的顶角κ的值从图22可知，为107°以上且136°以下。因此，偏向图形47的顶角κ优选107°以上且136°以下。另外，从光射出面44射出的光的指向特性的峰值方向可以通过偏向图形47的倾斜面的倾斜角v进行控制。
(第一实施方式的变形例)
图23(a)～(c)表示实施方式1的变形例。图23(a)所示的变形例中，在光导入部42的下表面形成有指向性变换部45。在该情况下，在光通过光导入部42的下表面进行反射时，用指向性变换部45变换指向特性。另外，在将指向性变换部45设于光导入部42的下表面的情况下，指向性变换图形48的谷线48b位于比棱线48a更靠近光射出面44的侧。
在图23(b)所示的变形例中，光导入部42的下表面形成指向性变换部45，同时，将低折射率层39及反射层40延长至光导入部42的端面。因为低折射率层39延长至光导入部42端，所以，从指向性变换部45向低折射率层39的光泄漏一部分，相比如专利文献2那样没有指向性变换部45的情况，效率高，而且，由于低折射率层39延长至光导入部42的端面，易于进行制作。因此，即使将低折射率层39及反射层40延长至光导入部42端也没有问题。但是，以点光源32的光从低折射率层39的端面不直接入射到低折射率层39的方式，点光源32的光射出窗37的下端位于比低折射率层39的上表面更靠上的位置。
图23(c)所示的变形例中，在光导入部42的上表面形成指向性变换部45，同时，使低折射率层39及反射层40延长至光导入部42的端面。在这样的方式中，入射到光导入部42的光的一部分不通过指向性变换部45进行变换而直接入射到低折射率层39，入射到低折射率层39的光不向下方泄漏而通过反射层40向上方反射，之后向指向性变换部45入射。
在图23(b)的方式中，将指向性变换部45设于光导入部42与低折射率层39之间，由于光易于泄漏出，设计方面变得困难，因此，在将低折射率层39和反射层40延长至光导入部42端面的情况下，如图23(c)所示，优选使指向性变换部45位于光导入部42与空气的界面。
(第二实施方式)
图24(a)是表示本发明的实施方式2的面光源装置51的概略剖面图。在该面光源装置51中，在实施方式1的面光源装置31中的低折射率层39的下表面与反射层40之间设置具有与导光基板38的折射率同程度的折射率的高折射率层52。低折射率层39由折射率为1.4以上且不足1.5的透明材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯等)形成，具有均一的厚度且为5μm左右的厚度。高折射率层52由折射率为1.5～1.6左右的透明材料(例如折射率为1.59的聚碳酸酯树脂)形成，具有10μm～50μm左右的厚度。在高折射率层52的下表面形成有偏向图形47，在高折射率层52的表面设有反射层40。
即使这样的面光源装置51也可以实现和实施方式1同样的作用效果。另外，在实施方式2的面光源装置51中，通过使向低折射率层39内泄漏的光入射到高折射率层52内，可以使指向特性比低折射率层39内的指向特性进一步变窄，另外，可以利用反射层40进行反射。其结果为，与没有高折射率层52的情况相比，可以将从光射出面44射出的光的指向特性以半值全宽度缩窄约10°。而且，由于可以使用折射率比导光基板38低的透明树脂粘着剂，将在下表面形成有偏向图形47和反射层40的成形品的高折射率层52粘接于导光基板38的下表面，通过固化的低折射率透明粘着剂形成低折射率层39，因此，面光源装置51的制造变得容易。
在实施方式2中，扩散图形46可以如图24(a)在光射出面44凹设成钻石形状或三角形状(彗星图形)，也可以如图24(b)在光射出面44突设钻石形状或三角形状(彗星图形)，也可以如图24(c)在光射出面44的上表面突设圆顶状(爆炸图形)。另外，也可以将低折射率层39或高折射率层52、反射层40延伸至光导入部42的端面。
图25是表示如图24(b)那样突设倾斜角ε＝4°～10°的彗星图形状的扩散图形46且设偏向图形47的顶角κ＝120°的面光源装置中从光射出面44射出的光的指向特性(从Z方向看的指向特性)的图。从图25可知，得到非常窄的指向特性。另外，图26为将图25的X方向的指向特性作为ZX面内的各射出方向的亮度分布进行表示、将图25的Y方向的指向特性作为ZY面内的各射出方向的亮度分布进行表示的图。根据图26，ZX面内的指向特性中，在从光射出面44的法线方向±20°以内聚集全射出光的98％的光量。
图27是表示在如图24(c)突设爆炸图形状的扩散图形46且设偏向图形47的顶角κ＝120°的面光源装置中从光射出面44射出的光的指向特性(从Z方向看的指向特性)的图。从图27也可知，得到非常窄的指向特性。另外，图28是将图27的X方向的指向特性作为ZX面内的各射出方向的亮度分布进行表示、将图27的Y方向的指向特性作为ZY面内的各射出方向的亮度分布进行表示的图。根据图28，在ZX面内的向特性中，在从光射出面44的法线方向±20°以内聚集全射出光的96％的光量。
因此，可知，由于窄指向性，所以设为钻石形状等彗星图形状的扩散图形46比爆炸图形状的扩散图形46的性能好若干。
另外，图29是表示在如图24(c)突设爆炸图形状的扩散图形46且设偏向图形47的顶角κ＝112°的面光源装置中从光射出面44射出的光的指向特性(从Z方向看的指向特性)的图。另外，图30是将图29的X方向的指向特性作为ZX面内的各射出方向的亮度分布进行表示，将图29的Y方向的指向特性作为ZY面内的各射出方向的亮度分布进行表示的图。
表示顶角κ＝120°的情况下的指向特性的图28中，ZX面内的指向特性的峰值方向成为大致0°。同样，在表示顶角κ＝112°的情况下的指向特性的图30中，ZX面内的指向特性的峰值方向也为大致0°。若也结合这里没有表示的模拟结果进行考虑，可知，只要偏向图形47的顶角κ为110°以上且120°以下的范围，则就在ZX面内的指向特性(X方向的指向特性)为大致0°的方向具有峰值。因此，只要设偏向图形47的顶角κ为110°以上且120°以下，对于使面光源装置的正面亮度提高就有效果。
(第三实施方式)
图31是本发明实施方式3的面光源装置61的立体图。面光源装置61特征在于在以每个配置有点光源32的位置为中心的圆弧状的区域设置指向性变换部45。另外，指向性变换图形48为V形槽状，将指向性变换部45的圆弧状区域的中心作为相同的中心而放射状地排列。因此，根据该实施方式，各指向性变换图形48为相同形状，指向性变换图形48或指向性变换部45的设计变得容易。另外，在图31中，指向性变换部45比光射出面44更向上突出，但也可以比光射出面44向下凹陷地设置(未图示)。
另外，在该实施方式中，在与指向性变换图形48的棱线48a垂直的截面，夹着棱线48a的倾斜面形成的角度(山部的顶角)φ优选设为107°＜φ＜154°，特别地优选120°左右。该理由如下。
图32表示由指向性变换图形48形成的山部的顶角φ和指向性变换效率、导光效率、变换效率×导光效率的关系。该关系为设置指向性变换部45的内周缘的半径r1＝2.5mm、指向性变换部45的外周缘的半径r2＝3.8mm的情况，然而，除此之外的情况也表示相同的趋势。山部的顶角φ为邻接的指向性变换图形37间形成的山部的、垂直于棱线38a的截面的顶角(山部的两侧斜面形成的最大夹角)。另外，指向性变换效率表示在向导光板主体41传递到的光的指向性中、在成为目标的指向性的范围多少的光量进入(参照参照文献1)。即，
指向性变换效率＝(设为目标的指向性的范围内的光量)÷(全体的光量)
＝(全体的光量-范围外的光量)÷(全体的光量)。
导光效率表示向导光板主体41传递到的光量相对于入射到光导入部42之后的光的光量的比例。即，
导光效率＝(向导光板主体传递到的光量)÷(入射之后的光量)。
根据图32，在顶角φ＝120°时，指向性变换部45的指向性的变换效率为最高。若顶角φ变得比120°小时，则在指向性变换效率降低的同时，在指向性变换部45产生光泄漏，因为向导光板主体29传递的光的光量减少，所以导光效率也降低。若顶角φ为比120°大，则虽然指向性变换效率降低，但是由于光泄漏减少，所以导光效率提高。
如上，最佳的顶角φ需要考虑指向性变换效率和导光效率这两者决定，因此，优选通过指向性变换效率×导光效率进行评价。该指向性变换效率×导光效率的值优选为：指向性变换效率×导光效率＞0.85，因此，根据图32，只要顶角φ＞92°就可以。另外，进一步优选为：指向性变换效率×导光效率＞0.9，因此，只要107°＜φ＜154°就可以。另外，指向性变换效率×导光效率的值在顶角φ＝120°时成为最大值。
图33表示预计角θ1和指向性变换效率、导光效率、指向性变换效率×导光效率的关系。图33为以顶角φ＝120°通过计算求出的。在此，如图34所示，预计角θ1为由从指向性变换部45的内周缘的中央向点光源32的光射出窗37的一端延伸的线段和从指向性变换部45的内周缘的中央向光射出窗37的中央延伸的线段形成的角度。图33的关系对由从指向性变换部45的内周缘的中央向点光源32的光射出窗37的另一端延伸的线段和从指向性变换部45的内周缘的中央向光射出窗37的中央延伸的线段形成的角度θ2也适用。
根据图33，为了设置指向性变换效率×导光效率＞0.85，只要θ1＜43°就可以。另外，为了设置指向性变换效率×导光效率＞0.9，只要θ1≤32°就可以。另外，在θ1＝22°时，指向性变换效率×导光效率的值为最大值。因此，预计角θ1、θ2优选θ1≤32°、θ2≤32°，特别是，若设θ1＝θ2＝22°，则对使指向性变换效率和导光效率良好，因此，特别优选。
在图31中，扩散图形46相互平行进行配置，但也可以结合指向性变换部45放射状地配置扩散图形46。另外，下表面的偏向图形47也不限于延长为直线状，也可以以大致以点光源32的位置为中心圆弧状地延长。
(第三实施方式的变形例)
图35是表示实施方式3的变形例的面光源装置66的立体图。在该面光源装置66中，沿导光板33的端缘排列多个具有设为圆弧状的指向性变换部45的光导入部42。在与各光导入部42的光入射端面相对的位置分别配置有点光源32。在该面光源装置66中，由于可以使用多个点光源32，因此，可以增高面光源装置66的发光亮度。另外，在邻接的指向性变换部45之间重合配置的情况下，优选消除各指向性变换部45的重合部分，使指向性变换部45之间不重合地进行设置。
另外，在这样使用多个点光源32，沿导光板33的端缘并列多个指向性变换部45的情况下，对于从光入射端面到指向性变换部45的外周缘的距离(半径)r2，在r2≤T/(2tanθ)(其中，T为光导入部42的厚度、θ为指向性变换图形的棱线48a的倾角。)的条件的基础上，进一步进行限制。下面，对此进行说明。
图36是沿垂直的方向观察沿端面并列多个点光源32的光导入部42的概略图。在图36中，从垂直于导光板33的方向观察，通过某点光源32的中心，将沿垂直于导光板33的端面的方向设定X轴，将沿导光板33的光入射端面43设定Y轴。若将导光基板38的折射率设为ng，则从点光源32的光射出窗28射出且从光入射端面43入射到光导入部42的光的广度为±α＝±arcsin(1/ng)。在图36中，分别用Lg表示从各点光源32射出的、穿过光的光导入部42内的指向性广度的端部的光线。在观察夹着某一点光源32(以下、称为正中的点光源32。)的2个点光源32之间的区域(图37的线段E1和E2之间的区域)时，图36所示的区域C为来自任一点光源32的光都不能到达的区域、区域D为只有来自正中的点光源32的光可以到达的区域，区域C及D以外的区域为位于正中的点光源32的两侧的任一点光源32的光到达的区域。
在正中的点光源32的前方配置的指向性变换部45因为只反射正中的点光源32的光且不反射其两侧的点光源32的光，所以，需要其指向性变换部45收纳于合并区域C和区域D的区域内。因此，在正中的点光源32的前方，指向性变换部45收纳于同时满足以下3式的区域内，即，
X＞0  (式4)
X≤{-2Y+(2P-W)}/(2tanα)  (式5)
X≤{2Y+(2P-W)}/(2tanα)   (式6)
在此，P为多个点光源32的排列间距、W为点光源32的光射出窗28的宽度，a＝arcsin(1/ng)，ng为导光基板38的折射率。
另外，区域D的前端J1及区域C的前端J2、J3的X坐标、Y坐标分别为：
J1((2P-W)/(2tanα)、0)
J2((P-W)/(2tanα)、-P/2)
J3((P-W)/(2tanα)、P/2)
例如，P＝6.5mm、ng＝1.59、W＝2mm时，这些坐标为J1(6.8、0)、J2(2.78、-3.25)、J3(2.78、3.25)。
但是，即使在区域C及D内，如图37(a)中用虚线表示的指向性变换部45所示，在区域D的前端J1的附近设置指向性变换部45，从正中的点光源32发出的光的一部分不穿过指向性变换部45而到达导光板主体41。另外，存在可能指向性变换部45的外周缘的高度变得过高，或变得过深。因此，如在图37(a)中实线所示，最大的指向性变换部45优选以其外周缘穿过区域C的前端J2、J3的方式而设定。而且，即使在指向性变换部45的外周缘穿过J2、J3的情况下，sin2α≤(P-W)/(2P-W)[或，ng2≥(2P-W)/(P-W)]的情况下，若指向性变换部45的圆弧方向的长度变长，则如在图37(a)中用实线表示的指向性变换部45所示，指向性变换部45的两端部突出在区域C及D外。
因此，在sin2α≤(P-W)/(2P-W)的情况下，指向性变换部45以外周缘穿过区域C的前端J2、J3，且指向性变换部45从区域C及D不突出的方式而设置，优选如图37(b)分别设置于各点光源32的前方。此时，从光射出窗28的中央到指向性变换部45的外周缘的半径r2可以用下面的式7表示。
r 2 = ( P - W 2 tan α ) 2 + P 2 4 (式7)
指向性变换部45的外周缘的半径r2不仅满足r2＞r1等其它条件，而且相比式7的值较小地设置，因此，在sin2a≤(P-W)/(2P-W)的情况下，指向性变换部45的外周缘的半径r2设置在上述式7表示的值为上限值。由此，半径r2只要满足下面的式8即可。
r 2 ≤ ( P - W 2 tan α ) 2 + P 2 4
...(式8)
另一方面，在sin2α≥(P-W)/(2P-W)[或者，ng2≤(2P-W)/(P-w)]的情况下，以外周缘穿过区域C的前端J2、J3的方式设置指向性变换部45，如图38(a)所示，指向性变换部45突出到区域C及D外。因此，如图38(b)所示，该情况下，需要缩小至将指向性变换部45的外周缘与指向性广度的缘Lg相接。此时的外周缘的半径r2为
r2＝{P-(W/2)}cosα  (式9)
因此，在sin2α≥(P-W)/(2P-W)的情况下，指向性变换部45的外周缘的半径r2可以满足下面的式10表示的条件。
r2≤{P-(W/2)}cosα  (式10)
(第四实施方式)
图39是表示本发明的实施方式4的面光源装置71的立体图。该面光源装置71使用具有与导光基板38的宽度大致相等的长度的棒状光源72。棒状光源72由使用LED的点光源73、透明的楔状导光体74、及棱镜片材75构成。点光源73与楔状导光体74的厚度大的侧的端面相对。从点光源73射出的光从端面进入楔状导光体74内，在楔状导光体74的前面和背面反复进行全反射并向前端方向导光。通过楔状导光体74进行导入的光从楔状导光体74的前面贯通全长向倾斜方向射出。向倾斜方向射出的光通过穿过棱镜片材75而弯曲光路，向相对于导光板33的光入射端面43大致垂直的方向射出。另外，设于楔状导光体74的背后的反射片材76反射从楔状导光体74的背面泄漏的光并使其再入射到楔状导光体74。
因此，从光入射端面43向光导入部42入射的光为大致平行的光，因此，在该面光源装置71中，指向性变换图形48也与光入射端面43垂直的方向相互平行而形成。
(第五实施方式)
图40(a)是表示本发明实施方式5的面光源装置81的立体图。在该面光源装置81中，在导光基板38的上表面设有表面侧低折射层85。表面侧低折射层85和低折射率层39相同由比折射率导光基板38低的透明材料(也可以和低折射率层39相同的折射率的相同材料。)形成，厚度为3～5um左右。扩散图形46内也由表面侧低折射层85埋设，通过使用片材状的表面侧低折射层85，优选在扩散图形46内残留空气层。另外，在表面侧低折射层85的上表面也可以重叠扩散板或棱镜片材等光学片材。另外，在实施方式5，也可以将表面侧低折射层85和低折射率层39及反射层40的一方或双方、特别是低折射率层39及40延长至导光基板38的端面。
图40(b)为变形例，为在低折射率层39的下表面存在高折射率层52的情况。
另外，如图41(a)及(b)所示，从表面侧低折射层85的上表面至到达导光基板38的深度，也可以形成扩散图形46。
另外，在图40(a)、图40(b)、图41(a)及图41(b)中，表面侧低折射层85、低折射率层39、高折射率层52及反射层40的端部也可以到达光导入部42的端面。
(第六实施方式)
图42为表示本发明实施方式6的液晶显示装置91的立体图。该液晶装置是在本发明的面光源装置上直接载置液晶面板92进行一体化。作为表面侧低折射层85，只要使用透明粘接树脂(连接层)，则可以将导光基板38粘接于液晶面板92的下表面进行一体化，即使在薄的面光源装置的情况下，也可以防止挠曲。另外，由于使点光源32的上表面从导光基板38的上表面突出表面侧低折射层85的厚度部分，因此，在导光基板38的上表面，由表面侧低折射层85粘接的液晶面板92的下表面位于点光源32的上表面，液晶面板92变得稳定。

Claims (12)

1.一种面光源装置，具备：光源；导光板，其设置在与所述光源相对的位置，使所述光源的光从光入射端面导入并从光射出面向外部射出，其特征在于，
所述导光板具备：导光基板，其由透光性材料构成；低折射率层，其粘紧在所述导光基板的与所述光射出面相反侧的面上，且折射率比所述导光基板低；反射层，其粘紧在所述低折射率层的与所述光射出面相反侧的面上，
所述导光基板将设置在与所述光源相对的位置的光导入部、和具备将从所述光导入部导光的光向外部射出的所述光射出面的导光板主体作为一体而构成，
在所述光导入部的光射出侧的面或其相反侧的面设置有指向性变换部，该指向性变换部用于将从所述光入射端面入射到所述光导入部的光封入在所述导光基板内，
在所述导光板主体的所述光射出面侧形成有光控制图形，该光控制图形用于使导光板主体内的光反射并从导光板主体的与所述光射出面相反侧的面向所述低折射率层泄漏，
在所述低折射率层与所述反射层的界面或所述反射层的与所述界面相反侧的面形成有光射出装置，该光射出装置用于使向所述低折射率层泄漏出的光反射并从所述光射出面射出，
所述光源为点光源，
在沿所述导光板的端缘配置多个所述点光源的面光源装置中，
从与所述导光板的光射出面垂直的方向观察，将通过任一任意的点光源的中心与所述导光板的端缘垂直的方向设定为X轴，将沿所述导光板的端缘设定为Y轴时，与该点光源对应的指向性变换部位于同时满足以下3式的区域内部，即、
X＞0
X≤{－2Y+(2P－W)}/(2tan α)
X≤{2Y+(2P－W)}/(2tan α)
其中，P：所述点光源间的距离
W：所述点光源的光射出窗的宽度
α：在将导光板的折射率设为ng时，用α＝arcsin(1/ng)表示的角度。
2.一种面光源装置，具备：光源；导光板，其设置在与所述光源相对的位置，使所述光源的光从光入射端面导入并从光射出面向外部射出，其特征在于，
所述导光板具备：导光基板，其由透光性材料构成；低折射率层，其粘紧在所述导光基板的与所述光射出面相反侧的面上，且折射率比所述导光基板低；高折射率层，其粘紧在所述低折射率层的与所述光射出面相反侧的面上，且折射率比所述低折射率层高；反射层，其粘紧在所述高折射率层的与所述光射出面相反侧的面上，
所述导光基板将设置在与所述光源相对的位置的光导入部、和具备将从所述光导入部导光的光向外部射出的所述光射出面的导光板主体作为一体而构成，
在所述光导入部的光射出侧的面或其相反侧的面设置有指向性变换部，该指向性变换部用于将从所述光入射端面入射到所述光导入部的光封入在所述导光基板内，
在所述导光板主体的所述光射出面侧形成有光控制图形，该光控制图形用于使导光板主体内的光反射并从导光板主体的与所述光射出面相反侧的面向所述低折射率层泄漏，
在所述高折射率层与所述反射层的界面或所述反射层的与所述界面相反侧的面形成有光射出装置，该光射出装置用于使向所述高折射率层泄漏出的光反射并从所述光射出面射出，
所述光源为点光源，
在沿所述导光板的端缘配置多个所述点光源的面光源装置中，
从与所述导光板的光射出面垂直的方向观察，将通过任一任意的点光源的中心与所述导光板的端缘垂直的方向设定为X轴，将沿所述导光板的端缘设定为Y轴时，与该点光源对应的指向性变换部位于同时满足以下3式的区域内部，即、
X＞0
X≤{－2Y+(2P－W)}/(2tan α)
X≤{2Y+(2P－W)}/(2tan α)
其中，P：所述点光源间的距离
W：所述点光源的光射出窗的宽度
α：在将导光板的折射率设为ng时，用α＝arcsin(1/ng)表示的角度。
3.如权利要求1或2所述的面光源装置，其特征在于，
折射率比所述导光基板低的第二低折射率层粘紧在所述导光基板的所述光射出面侧的面上。
4.如权利要求1或2所述的面光源装置，其特征在于，
所述光导入部在与所述导光基板的光射出面侧的面或其相反面的所述光射出面平行的区域形成有指向性变换部，该指向性变换部通过从接近所述点光源的一侧向远离所述点光源的方向延伸的多个图形构成。
5.如权利要求4所述的面光源装置，其特征在于，
所述指向性变换部通过设为V形槽状的多个指向性变换图形构成。
6.如权利要求5所述的面光源装置，其特征在于，
在与通过邻接的所述指向性变换图形形成的山部的棱线垂直的截面中，该山部的顶角为107°以上且154°以下。
7.如权利要求4所述的面光源装置，其特征在于，
所述指向性变换部通过以所述点光源或点光源附近的某位置为中心放射状地排列的多个指向性变换图形构成。
8.如权利要求4所述的面光源装置，其特征在于，
从与所述导光板的光射出面垂直的方向观察时，
从所述指向性变换部的接近所述点光源一侧的边缘的任意点向所述点光源的光射出窗的一端延伸的方向、与从该任意点向该光射出窗的中央延伸的方向形成的角度为32°以下，
而且，从所述指向性变换部的接近所述点光源的一侧的边缘的任意点向所述点光源的光射出窗的另一端延伸的方向、与从该任意点向该光射出窗的中央延伸的方向形成的角度为32°以下。
9.如权利要求1或2所述的面光源装置，其特征在于，
所述反射层的所述光射出面侧的面具有作为所述光射出装置的多个倾斜面。
10.如权利要求9所述的面光源装置，其特征在于，
邻接的所述倾斜面彼此之间形成的角度为107°以上且136°以下。
11.如权利要求1或2所述的面光源装置，其特征在于，
所述光控制图形由在所述光射出面形成的凸状图形或凹状图形构成，用于使所述凸状图形或所述凹状图形的光反射的面与所述光射出面形成的角度为20°以下。
12.一种液晶显示装置，具备：权利要求1或2所述的面光源装置、液晶面板、至少介于所述面光源装置的所述导光板主体与所述液晶面板之间并使所述导光板主体粘紧于所述液晶面板的至少一层的连接层，其特征在于，
所述各连接层的任一折射率比所述导光板主体的折射率低。
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