JPWO2012111283A1 - 角度強度分布整形部材及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

面光源装置１００は、面発光導光板１５、第１の光源１８、第２の光源１０１および角度強度分布整形部材１１０を有する。面発光導光板１５は、第１の光入射面１５ｃを有し、第１の光入射面１５ｃから入射した光線Ｌ１１，Ｌ１２を面状の光Ｌ１４として出射する。第１の光源１８は、第１の光入射面１５ｃに対向して配置され、第１の光入射面１５ｃに向けて第１の光線Ｌ１１を出射する。第２の光源Ｌ１０１は、第１の光線Ｌ１１よりも狭い角度強度分布を有する第２の光線Ｌ１２を出射する。角度強度分布整形部材１１０は、第２の光入射面１１０ａを有し、第２の光線Ｌ１２を第２の光入射面１１０ａから入射して第１の光入射面１５ｃに導くと共に、第２の光線Ｌ１２の角度強度分布を変える。

Description

本発明は、面状の発光面を有する面光源装置、および、面光源装置と液晶パネルとを有する液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置が備える液晶表示素子は、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は液晶表示素子を照明する光源として、液晶表示素子の背面にバックライト装置を備えている。バックライト装置の光源として、従来は、ガラス管の内壁に蛍光体を塗布し白色の光を得る冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ）））が主流であった。しかし近年では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））の性能が飛躍的に向上したことに伴い、ＬＥＤを光源に用いたバックライト装置の需要が急速に高まっている。

ＬＥＤと呼ばれる素子には、単色ＬＥＤや白色ＬＥＤ等がある。単色ＬＥＤは、ＬＥＤの直接発光により赤色、緑色、あるいは青色等の単色光を得る。白色ＬＥＤは、パッケージ内に青色のＬＥＤと黄色の蛍光体とを備えている。黄色の蛍光体は青色の光によって励起される。これにより、白色ＬＥＤは、白色光を得る。特に、白色ＬＥＤは発光効率が高く、低消費電力化に有効である。このため、白色ＬＥＤはバックライト装置の光源として広く用いられている。なお、単色とは、一色だけで他の色のまじっていない色のことである。また、単色光とは、波長幅の狭い単一の光のことである。

一方で、白色ＬＥＤはその波長帯域幅が広い。このため、白色ＬＥＤは色再現の範囲が狭いという問題を有する。液晶表示装置は、その液晶表示素子の内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色および青色の波長のスペクトル範囲だけを取り出して、色表現を行っている。白色ＬＥＤのように波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源は、色再現範囲を広げるために、カラーフィルタの表示色の色純度を高める必要がある。つまり、カラーフィルタを透過する波長帯域は狭く設定される。しかし、カラーフィルタを透過する波長帯域を狭く設定すると、光の利用効率が低下する。なぜなら、液晶表示素子の画像表示に用いられない不要な光の量が多くなるからである。また、液晶表示素子の表示面の輝度の低下、さらには液晶表示装置の消費電力の増大につながるという問題が発生する。

白色ＬＥＤは、特に６００ｎｍから７００ｎｍ帯の赤色のスペクトルのエネルギ量が少ない。つまり、波長域幅の狭いカラーフィルタを用いて純赤として好ましい６３０〜６４０ｎｍの波長領域で色純度を高めようとすると、極めて透過光量が減少するという問題が発生する。従って、著しく輝度が低下するという問題が発生する。

このような問題点の改善策として、近年では色純度の高い単色のＬＥＤやレーザを光源に用いたバックライト装置が提案されている。色純度の高いとは、波長幅が狭く単色性に優れていることである。特にレーザは、非常に優れた単色性を有し、また、高い発光効率を有する。このため、レーザ光源を採用して、色再現域が広く高輝度な画像を表示する液晶表示装置の提供が可能となった。また、光源にレーザを採用して、消費電力の低い液晶表示装置の提供が可能となった。

単色のＬＥＤやレーザは、単色光を出射する。このため、単色の光源を用いて白色の光を生成するために、バックライト装置は赤色、緑色および青色の光源を備える必要がある。つまり、バックライト装置は３原色の光を発光する異なる光源を備える必要がある。バックライト装置はこれらの光源から出射される光を混合して白色を生成する。このとき、異なる角度強度分布の光源を用いると、各色の液晶表示素子の表示面上での空間強度分布にむらができる。複数の色の光源を用いて白色を生成する場合、この空間強度分布のむらは、色むらとなって現れる。つまり、各色の光強度むらは、混合して白色を生成する際に色むらとなって現れる。光強度むらは、輝度むらとも呼ばれる。

この問題を解決するために、面内における空間強度分布の均一性を高める必要がある。しかし、発光原理や発光素子の材料特性が異なる光源から出射される光は、発散角や発光効率が異なる。このため、各光源の配置する個数や配置方法は異なる。これらの理由から、それぞれの光源に対応した面内における空間強度分布を均一化する最適な手段を設ける必要がある。

従来のバックライト装置は、各光源の特性に合った専用の導光板を用いて色むら抑制していた。例えば特許文献１では、各色の光源に対し専用の導光板を備えた平面ディスプレイパネル用バックライト装置が提案されている。この平面ディスプレイパネル用のバックライト装置は、色毎に異なる光源と、各色の光源に対応した導光板とを備えている。バックライト装置は、それらの導光板を積層した構成をしている。バックライト装置は、各導光板から出射する単色の面状の光を足し合わせることで白色の照明光を生成する。この構成は、各導光板の構造を対応する光源の特性に最適化できる。従って各色の面内における空間強度分布の均一性を高めることが可能となり、色むらを抑制することが可能となる。なお、面内における空間強度分布とは、任意の平面において、２次元で表される位置に対する光強度の高低を示す分布である。

特開平６−１３８４５９号公報

しかしながら、上記の構成は、積層した複数の導光板を有している。このため、上記の構成は、特に装置の厚み方向におけるバックライト装置の大型化といった問題を有する。

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、光の角度強度分布を細やかに調整することで、コンパクトな構成で光強度むらを抑えた光混合ユニット、面光源装置および液晶表示装置を得ることを目的とする。また、特性の異なる複数の光源を用いた場合でも、色むらを抑えた光混合ユニット、面光源装置および液晶表示装置を得ることを目的とする。なお、バックライト装置は液晶表示素子の表示面を照明する光源であるので面光源装置としての機能を有する。

本発明に係る面光源装置は、第１の光入射面を有し前記第１の光入射面から入射した光線を面状の光として出射する面発光導光板と、前記第１の光入射面に対向して配置され前記第１の光入射面に向けて第１の光線を出射する第１の光源と、前記第１の光線よりも狭い角度強度分布を有する第２の光線を出射する第２の光源と、第２の光入射面を有し前記第２の光線を前記第２の光入射面から入射して前記第１の光入射面に導くと共に、前記第２の光線の角度強度分布を変える角度強度分布整形部材とを備える

本発明は、角度強度分布の異なる光源から出射した光の光強度むらを抑えてコンパクトな面光源装置を提供することができる。

実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る面光源装置の角度強度分布整形部材の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る面光源装置の角度強度分布整形部材の入射面近傍の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る第２の光線の面発光導光板内における角度強度分布を示す特性図である。 実施の形態１に係る第１の光線および第２の光線の面発光導光板内における角度強度分布を示す特性図である。 実施の形態１に係る面発光導光板の微小光学素子の配列を示す平面図である。 実施の形態１に係る面発光導光板の微小光学素子の配列を示す平面図である。 実施の形態１に係る液晶表示装置の制御系の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す構成図である。 実施の形態２に係る面光源装置の角度強度分布整形部材の構成を示す構成図である。 実施の形態２に係る面光源装置の角度強度分布整形部材の構成を示す構成図である。 実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を示す構成図である。 実施の形態３に係る液晶表示装置の構成を示す構成図である。 実施の形態３に係る面光源装置の角度強度分布整形部材の構成を示す構成図である。 実施の形態３に係る面光源装置の角度強度分布整形部材の構成を示す構成図である。

また、次に示す課題もある。近年、液晶表示装置のバックライトユニットとして、光源からの光を薄板状の面発光導光板の側面（光入射面）に入射させ、拡散した光を面発光導光板の前面（発光面）から液晶表示素子（液晶パネル）の背面の全域に向けて出射するサイドライト方式の面光源装置が広く用いられている。しかし、薄板状の面発光導光板の側面という狭い面に対向させて大光量の光源（例えば、ＬＥＤ）を多数設置することは困難であるため、サイドライト方式の面光源装置では、輝度を十分に向上させることが困難であるという問題があった。

この問題の対策として、面光源装置の厚み方向に配列された複数の光源（複数の発光素子列）と、面発光導光板と、複数の光源からの光を面発光導光板の側面（光入射面）に導く光路変更部材（例えば、光反射ミラーなど）を有する面光源装置の提案がある（例えば、特開２００５−２５００２０号公報参照）。

しかしながら、提案された先行文献（特開２００５−２５００２０号公報）の面光源装置では、複数の光源を面発光導光板の側面に対向させ、かつ面発光導光板の厚み方向に配列しているので、面発光導光板の厚みを厚くする必要があり、その結果、面光源装置の厚みが増加するという問題があった。

また、厚みが増加した面光源装置を用いた液晶表示装置では、液晶パネルの表示面の輝度を向上させることはできるが、液晶表示装置の厚みが増加するという問題があった。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る液晶表示装置１（面光源装置１００を含む）の構成を概略的に示す構成図である。また、図２は、図１に示される角度強度分布整形部材１１０の構成を概略的に示す構成図である。図３は、角度強度分布整形部材１１０の光入射面１１０ａをより詳細に示した構成図である。

液晶表示装置１は、矩形の表示面１１ａおよびその反対側の背面１１ｂを持つ液晶表示素子（以下、液晶パネルという。）１１を備えた透過型の液晶表示装置１である。説明を容易にするために、各図中にｘｙｚ直交座標系の座標軸を示す。以下の説明において、液晶パネル１１の表示面１１ａの短辺方向をｙ軸方向（図１が描かれている紙面に垂直な方向）とし、液晶パネル１１の表示面１１ａの長辺方向をｘ軸方向（図１において左右方向）とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸方向（図１における上下方向）とする。また、図１において、左から右に向かう方向を、ｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）とし、その反対方向を、ｘ軸の負方向（−ｘ軸方向）とする。また、図１が描かれている紙面の手前から紙面に向かう方向を、ｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）とし、その反対方向を、ｙ軸の負方向（−ｙ軸方向）とする。さらに、図１において、下から上に向かう方向を、ｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）とし、その反対方向を、ｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）とする。

図１に示されるように、実施の形態１に係る液晶表示装置１は、透過型の液晶パネル１１、第１の光学シート１２、第２の光学シート１３および面光源装置１００を有している。面光源装置１００は、第２の光学シート１３および第１の光学シート１２を通して液晶パネル１１の背面１１ｂに光を照射する面光源装置である。これらの構成要素１１，１２，１３，１００は、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて順に配列されている。

液晶パネル１１の表示面１１ａは、ｘｙ平面に平行な面である。液晶パネル１１の液晶層は、ｘｙ平面に平行な方向に広がる面状の構造を有している。液晶パネル１１の表示面１１ａは、通常、矩形であり、表示面１１ａの隣接する２辺（実施の形態１においては、ｙ軸方向の短辺とｘ軸方向の長辺）は、直交している。ただし、表示面１１ａの形状は、他の形状であってもよい。

図１に示されるように、面光源装置１００は、薄板状の面発光導光板１５、第１の光源１８、第２の光源１０１および角度強度分布整形部材１１０を有している。また、面光源装置１００は、光の進行方向を変更するためにシリンドリカルミラー１０２を有している。なお、必要に応じて、面光源装置１００は、光反射シート１７を有する。面発光導光板１５、光反射シート１７、角度強度分布整形部材１１０は、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて順に配列されている。シリンドリカルミラー１０２は光路変更部材としての機能を有している。角度強度分布整形部材１１０は、第２の光源１０１の角度強度分布を整形する部材としての機能を有している。

第１の光源１８の発光部は、面発光導光板１５の光入射面（側面）１５ｃに対向して配置されている。第１の光源１８は、第１の光線Ｌ１１を出射する。第１の光源１８は、例えば、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子をｙ軸方向に略等間隔で配列した光源装置である。第１の光源１８から出射する第１の光線Ｌ１１は、広い角度強度分布を有している。実施の形態１の第１の光線Ｌ１１は、ｘｙ平面上において、全角１２０度の略ランバート分布の角度強度分布を持つ。第１の光源１８は、光入射面１５ｃのｚ軸方向の長さの範囲内に配置されている。すなわち、第１の光源１８は、面発光導光板１５の厚みの範囲内に配置されることが望ましい。図１には、第１の光源１８から出射した第１の光線Ｌ１１が、直接、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する場合が示されている。しかし、レンズなどの他の光学素子を介して第１の光線Ｌ１１を光入射面１５ｃに入射させてもよい。なお、出射とは、ある方向に向けて光を発することである。なお、光の最高強度の５０％での角度を全角とする。

第２の光源１０１は、光反射シート１７の裏面側（−ｚ軸方向）に配置されている。第２の光源１０１は、例えば、レーザ発光素子をｙ軸方向に略等間隔に配置した光源装置である。第２の光源１０１は、自然数の倍数となる個数のレーザ発光素子を備える。つまり、レーザ発光素子の個数は偶数となる。第２の光源１０１から出射する第２の光線Ｌ１２は、狭い角度強度分布を有している。実施の形態１の第２の光線Ｌ１２は、ｘｙ平面上において、全角３５度の略ガウシアン分布の角度強度分布を持つ。

また、図２に示すように、第２の光源１０１は、第２の光線Ｌ１２を出射する発光部をｚ軸を回転軸として−ｘ軸方向から任意の角度回転した方向に向けて配置される。隣り合う第２光源１０１は、互いにｘ軸に対し同じ角度だけ逆向きに回転して配置される。つまり、隣り合う第２光源１０１は、回転方向のみ正負が異なり、回転角度は全て同じである。第２の光源１０１の第２の光線Ｌ１２を出射する発光部は、角度強度分布整形部材１１０の光入射面１１０ａに対向して配置されている。

角度強度分布整形部材１１０は、ｘｙ平面に平行に配置された板状の部材で構成される。角度強度分布整形部材１１０は、例えば、厚み１ｍｍの板状の部材である。また、ｘ軸方向の大きさは９０ｍｍ、ｙ軸方向の大きさは２５５ｍｍである。角度強度分布整形部材１１０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂の透明材料で作製されている。

図１に示すように、角度強度分布整形部材１１０の光入射面１１０ａは第２の光源１０１の発光部と対向している。また、角度強度整形部材１１０の光出射面１１０ｃはシリンドリカルミラー１０２の反射面１０２ａと対向している。シリンドリカルミラー１０２は、光路変更部材としての機能を有する。

図２は角度強度分布整形部材１１０と第２光源１０１との配置を示した構成図である。図２は角度強度分布整形部材１１０のｘｙ平面における形状を示している。第２光源１０１は６個のレーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆがｙ軸方向に配置されている。図２の左側（図２中−ｙ軸方向）から順にレーザ発光素子１０１ａ、レーザ発光素子１０１ｂ、レーザ発光素子１０１ｃ、レーザ発光素子１０１ｄ、レーザ発光素子１０１ｅ、レーザ発光素子１０１ｆと並ぶ。

角度強度分布整形部材１１０の光入射面１１０ａは、レーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆと対向して、交互にｚ軸回りに回転した凹凸形状となっている。レーザ発光素子１０１ａと対向する面は光入射面１１０ａａである。レーザ発光素子１０１ｂと対向する面は光入射面１１０ａｂである。レーザ発光素子１０１ｃと対向する面は光入射面１１０ａｃである。レーザ発光素子１０１ｄと対向する面は光入射面１１０ａｄである。レーザ発光素子１０１ｅと対向する面は光入射面１１０ａｅである。レーザ発光素子１０１ｆと対向する面は光入射面１１０ａｆである。すなわち、角度強度分布整形部材１１０は、第２の光源１０１のレーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆと対向する同数の光入射面１１０ａａ，１１０ａｂ，１１０ａｃ，１１０ａｄ，１１０ａｅ，１１０ａｆを有している。また、各レーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆから出射する第２の光線Ｌ１２は、対応する光入射面１１０ａａ，１１０ａｂ，１１０ａｃ，１１０ａｄ，１１０ａｅ，１１０ａｆに対して垂直に入射する。

本実施の形態１においては、第２の光源１０１から出射する各第２の光線Ｌ１２の方向はｚ軸を回転軸として−ｘ軸方向から±２０度回転した方向に向けられている。第２の光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｃ，Ｌ１２ｅは、＋ｚ軸方向から見て時計回りに２０度回転している。また、第２の光線Ｌ１２ｂ，Ｌ１２ｄ，Ｌ１２ｆは、＋ｚ軸方向から見て反時計回りに２０度回転している。つまり、ｘｙ平面上で、各レーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆの出射する第２の光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ，Ｌ１２ｃ，Ｌ１２ｄ，Ｌ１２ｅ，Ｌ１２ｆの方向は、第２の光源１０１から光入射面１５ｃに向けての光路に対して２０度傾いている。ここで示した、光路とは、各レーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆの出射する第２の光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ，Ｌ１２ｃ，Ｌ１２ｄ，Ｌ１２ｅ，Ｌ１２ｆをまとめた光束の光路を意味する。第２の光源１０１は、ｘｙ平面上に配置されている。つまり、第２の光源１０１の発光部は、ｘｙ平面上に配置されている。また、対応する光入射面１１０ａａ，１１０ａｃ，１１０ａｅは、ｙｚ平面に対して＋ｚ軸方向から見て時計回りに２０度回転している。対応する光入射面１１０ａｂ，１１０ａｄ，１１０ａｆは、ｙｚ平面に対して＋ｚ軸方向から見て反時計回りに２０度回転している。

角度強度分布整形部材１１０は、光入射面１１０ａに微細光学構造１１１を有している。微細光学構造１１１は、入射する光の進行方向を屈折により変化させる作用を有する。図３に示すように、例えば、微細光学構造１１１は、円柱の側面形状が凹形状として光入射面１１０ａに沿ってｙ軸方向に一定間隔で形成されている。つまり、微細光学構造１１１は、円柱の側面形状が凹形状として光入射面１１０ａに形成されている。微細光学構造１１１の凹形状は、ｙ軸方向に一定間隔で形成されている。ここで、円柱の中心軸はｚ軸と平行である。図３で示した凹形状は、円柱を中心軸を通る平面と平行な面で切断した側面形状である。微細光学構造１１１をｘｙ平面で切断した断面は、第２の光源１０１側に凹形の円弧形状をしている。また、光入射面１１０ａをｚｘ平面で切断した断面は、ｚ軸方向に延びる直線形状をしている。

本実施の形態１に係る角度強度分布整形部材１１０の微細光学構造１１１は、ｘｙ平面上で、半径４０μｍの凹形の円弧形状である。円弧形状の中心は、各光入射面１１０ａａ，１１０ａｂ，１１０ａｃ，１１０ａｄ，１１０ａｅ，１１０ａｆと平行な平面上にある。凹形の深さは２０μｍである。円弧形状の間隔は、円弧の中心の間隔で８０μｍである。

光入射面１１０ａに入射する第２の光線Ｌ１２は、光入射面１１０ａに入射する際に微細光学構造１１１により拡散する。したがって、角度強度分布整形部材１１０に入射した第２の光線Ｌ１２の角度強度分布の全角は、第２の光源１０１から出射した直後の角度強度分布の全角と比べて大きくなる。また、第２の光線Ｌ１２はランダムな方向に進む。ただし、図２においては、第２の光線Ｌ１２の光路を明確にするために、微細光学構造１１１による拡散作用を考慮していない。

第２の光源１０１から出射する第２の光線Ｌ１２は、ｘｙ平面上において、全角が３５度の狭い角度強度分布を有する。角度強度分布の形状は略ガウシアン分布をしている。隣り合うレーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂから出射した各々の第２の光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂは角度強度分布整形部材１１０の中で足し合わされる。隣り合うレーザ発光素子１０１ｃ，１０１ｄから出射した各々の第２の光線Ｌ１２ｃ，Ｌ１２ｄは角度強度分布整形部材１１０の中で足し合わされる。隣り合うレーザ発光素子１０１ｅ，１０１ｆから出射した各々の第２の光線Ｌ１２ｅ，Ｌ１２ｆは角度強度分布整形部材１１０の中で足し合わされる。これにより、第２の光線Ｌ１２の光出射面１１０ｃにおいて、角度強度分布の全角は大きな角度となっている。

具体的に説明すると、レーザ発光素子１０１ａは、レーザ発光素子１０１ｂと隣り合って配置されている。図２中、レーザ発光素子１０１ａは、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に時計回りに２０度回転している。レーザ発光素子１０１ｂは、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に反時計回りに２０度回転している。その結果、第２の光線Ｌ１２ａの光線の軸は、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に時計回りに２０度の方向を向いている。第２の光線Ｌ１２ｂの光線の軸は、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に反時計回りに２０度の方向を向いている。つまり、２つの光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂの光線の軸は、ｘ軸に対し対称な方向を向いている。ここで光線の軸とは、任意の平面における光線の角度強度分布の加重平均となる角度方向の軸である。加重平均となる角度は、各角度に光の強度の重みづけをして平均することで求められる。光強度のピーク位置が角度強度分布の中心からずれている場合、光線の軸は光強度のピーク位置の角度とはならない。光線の軸は、角度強度分布の面積の中の重心位置の角度となる。

これらの光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂを足し合わせた光線の角度強度分布は、光線の軸が−ｘ軸方向を向いている。また、これらの光線を足し合わせた光線の角度強度分布は、元の光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂの角度強度分布より広い全角を有する。また、隣り合う光源１０１ｃ，１０１ｄから出射する光線Ｌ１２ｃ，Ｌ１２ｄを足し合わせた光線も同様に足しあわされる。また、隣り合う光源１０１ｅ，１０１ｆから出射する光線Ｌ１２ｅ，Ｌ１２ｆを足し合わせた光線も同様に足しあわされる。

図４および図５は、実施の形態１における第１の光線Ｌ１１および第２の光線Ｌ１２のｘｙ平面上における角度強度分布を示した特性図である。図４は、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃ上の第２の光線Ｌ１２ａの角度強度分布１２１ａと第２の光線Ｌ１２ｂの角度強度分布１２１ｂとを足し合わせた光線の角度強度分布１２２を示す図である。角度強度分布１２１ａは、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃ上の第２の光線Ｌ１２ａの角度強度分布である。角度強度分布１２１ｂは、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃ上の第２の光線Ｌ１２ｂの角度強度分布である。角度強度分布１２２は、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃ上で第２の光線Ｌ１２ａの角度強度分布と第２の光線Ｌ１２ｂの角度強度分布とを足し合わせた角度強度分布である。横軸は角度［度］を示し、縦軸は光の強度［ａ．ｕ．］を示している。単位ａ．ｕ．は、任意単位系を示している。ここで、角度は−ｘ軸方向からｚ軸を中心に回転した角度である。＋ｚ軸方向から見て、時計まわりをプラス側とし、反時計まわりをマイナス側とする。

図５は、３つの角度強度分布１８０，１２０，１２２を比較する図である。３つの角度強度分布は、面発光導光板１５に入射した第１の光線Ｌ１１の角度強度分布１８０、第２の光源１０１から出射した直後の第２の光線Ｌ１２の角度強度分布１２０および角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃに入射する第２の光線Ｌ１２の角度強度分布１２２である。角度強度分布１８０は、面発光導光板１５に入射した第１の光線Ｌ１１の角度強度分布である。角度強度分布１２０は、第２の光源１０１から出射した直後の第２の光線Ｌ１２の角度強度分布である。角度強度分布１２２は、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃ上の第２の光線Ｌ１２の角度強度分布である。横軸は角度［度］を示し、縦軸は光の強度［ａ．ｕ．］を示している。ここで、角度は−ｘ軸方向からｚ軸を中心に回転した角度である。＋ｚ軸方向から見て、時計まわりをプラス側とし、反時計まわりをマイナス側とする。

図４に示すように、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃにおける第２の光線Ｌ１２ａは、略＋２０度回転した方向に最高強度を有する。これは、第２の光源１０１ａがｚ軸を中心に＋２０度回転して配置されることに起因する。また、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃにおける第２の光線Ｌ１２ａは、第２の光源１０１ａから出射される第２の光線Ｌ１２ａとは異なる角度強度分布を有する。第２の光源１０１ａから出射した直後の第２の光線Ｌ１２ａは全角３５度の略ガウシアン分布である。この第２の光線Ｌ１２ａが角度強度分布整形部材１１０と同等の屈折率の部材に入射するとき、その角度強度分布は屈折により狭められ、全角は略２４度となる。しかしながら、本実施の形態１の角度強度分布整形部材１１０はその光入射面１１０ａａに微細光学構造１１１を有している。第２の光線Ｌ１２ａは微細光学構造１１１により拡散され、角度強度分布１２１ａの全角は約４０度に広げられる。また、角度強度分布１２１ａは、緩やかに変化する形状となる。

角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃにおける第２の光線Ｌ１２ｂは、略−２０度回転した方向に最高強度を有する。これは、第２の光源１０１ｂがｚ軸を中心に−２０度回転して配置されることに起因する。また、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃにおける第２の光線Ｌ１２ｂは、第２の光源１０１ｂから出射される第２の光線Ｌ１２ｂとは異なる角度強度分布を有する。第２の光源１０１ｂから出射した直後の第２の光線Ｌ１２ｂは全角３５度の略ガウシアン分布である。この第２の光線Ｌ１２ｂが角度強度分布整形部材１１０と同等の屈折率の部材に入射するとき、その角度強度分布は屈折により狭められ、全角は略２４度となる。しかしながら、本実施の形態１の角度強度分布整形部材１１０はその光入射面１１０aｂに微細光学構造１１１を有している。第２の光線Ｌ１２ｂは微細光学構造１１１により拡散され、角度強度分布１２１ｂの全角は約４０度に広げられる。また、角度強度分布１２１ｂは、緩やかに変化する形状となる。

以上より、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃにおいて、２つの光線の角度強度分布１２１ａ，１２１ｂは、ｘ軸（角度０度）を中心として対称な形状を有する。また、２つの光線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂを足し合わせた光線の角度強度分布１２２の光線の軸は、ｘ軸（角度０度）上にある。角度強度分布１２２の全角は、約８０度である。

図５に示すように、ｘｙ平面上において、第２の光源１０１から出射した第２の光線Ｌ１２の角度強度分布は、全角の狭い略ガウシアン分布形状である。角度強度分布整形部材１１０を介すことにより、光出射面１１０ｃにおける第２の光線Ｌ１２の角度強度分布１２２は、全角の広い略ランバート分布形状となる。これにより、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ１２は、面発光導光板１５に入射した直後の第１の光線Ｌ１１と略近似した角度強度分布を有する。

角度強度分布整形部材１１０に入射した第２の光線Ｌ１２は、角度強度分布整形部材１１０の中を−ｘ軸方向に向かって進行する。その後、第２の光線Ｌ１２は、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃからシリンドリカルミラー１０２に向かって出射する。シリンドリカルミラー１０２は、光路変更部材としての機能を有する。

シリンドリカルミラー１０２の反射面１０２ａは、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃと対向して配置されている。また、反射面１０２ａは、反射面１０２ａは面発光導光板１５の光入射面１５ｃとも対向して配置されている。図１に示したように、反射面１０２ａのｘｚ平面で切断された断面は、光入射面１５ｃ側に凹形の円弧形状をしている。また、反射面１０２ａのｘｙ平面で切断された断面は、ｙ軸方向に延びる直線状である。なお、反射面１０２ａは、シリンドリカルミラー１０２の反射面である。光入射面１５ｃは面発光導光板１５の端面である。また、シリンドリカルミラー１０２は、光路変更部材としての機能を有する。

図１に示した例では、実施の形態１におけるシリンドリカルミラー１０２は、円筒を円筒の軸（ｙ軸と平行な軸）を通る平面で２個に分割した２分の１円筒形状である。また、シリンドリカルミラー１０２はその凹面側を反射面１０２ａとしている。反射面１０２ａは、円筒を円筒の軸（ｙ軸と平行な軸）を通る平面でｎ個に分割したｎ分の１円筒形状（ｎは１より大きい数）とすることができる。

シリンドリカルミラー１０２の反射面１０２ａには、光を反射する金属膜の層が設けられている。反射面１０２ａの接線の方向は、各位置に応じて異なる。そのため、光束（光線の束であり、大きさを有する光）が反射面１０２ａに入射すると、光束を構成する各光線は入射位置に応じて異なる出射角度で反射する。

シリンドリカルミラー１０２の基材は、アクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ）である。反射面１０２ａは、アルミニウムを蒸着した面である。ただし、シリンドリカルミラー１０２を構成する材料及び形状は、この例に限定されない。例えば、基材に加工性に優れた他の樹脂や金属を採用してもよい。また、光反射面１０２ａに蒸着する金属膜に、銀又は金などの反射率の高い他の金属を採用してもよい。

角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃから−ｘ軸方向に向かって出射した第２の光線Ｌ１２は、シリンドリカルミラー１０２の反射面１０２ａで２回反射する。その後、第２の光線Ｌ１２は、面発光導光板１５の光入射面１５ｃに向かって出射する。−ｘ軸方向に進行する第２の光線Ｌ１２は、反射面１０２ａで反射して、進行方向を＋ｚ軸方向に向ける。この反射は１回目の反射である。＋ｚ軸方向に進行する第２の光線Ｌ１２は、反射面１０２ａで反射して、進行方向を＋ｘ軸方向に向ける。この反射は２回目の反射である。

シリンドリカルミラー１０２はｚｘ平面上において曲率を有している。また、光出射面１１０ｃから出射されシリンドリカルミラー１０２の反射面１０２ａに入射する第２の光線Ｌ１２は、ｚ軸方向において角度強度分布整形部材１１０の厚み（ｚ軸方向の大きさ）と同等の光束の直径を有する。したがった、シリンドリカルミラー１０２の反射面２０２ａに入射した第２の光線Ｌ１２の各光線は入射位置に応じて異なる出射角度で反射する。すなわち、第２の光線Ｌ１２の角度強度分布は広がる。このため、シリンドリカルミラー１０２は、角度強度分布を整形部材としての機能も有する。

面発光導光板１５は、表面１５ａ、背面１５ｂおよび複数の側面を有する。背面１５ｂは表面１５ａと対向する面である。複数の側面は、表面１５ａと背面１５ｂとをつなぐ細長い面である。面発光導光板１５は、透光性の光学部材である。また、面発光導光板１５は、背面１５ｂ上に複数の微小光学素子１６を有している。図１に示すように、本実施の形態１においては、表面１５ａと背面１５ｂとは略平行である。また表面１５ａおよび背面１５ｂの面の両方はｘｙ平面と平行である。表面１５ａおよび背面１５ｂの両方と平行な面を面発光導光板１５の基準平面と呼ぶ。

面発光導光板１５と微小光学素子１６とは光学部材１４を構成している。微小光学素子１６は、面発光導光板１５の光入射面１５ｃから入射した光線を、表面１５ａ側に向ける機能を有する。微小光学素子１６の占める面積が広い領域では、表面１５ａに向かう照明光Ｌ１４の量が多くなる。微小光学素子１６の占める面積が広い領域とは、例えば、１つの微小光学素子１６が広い領域を占める場合や、微小光学素子１６の配列密度が高い領域のことである。このため、面発光導光板１５の光入射面１５ｃから＋ｘ方向に離れるほど、微小光学素子１６が占める面積が増加するように、微小光学素子１６の単位面積当たりの個数および形状を決定することが望ましい。

なお、図１、図６および図７に示す微小光学素子１６の形状および単位面積当たりの個数は一例である。図１および図６に示す微小光学素子１６は、光入射面１５ｃから＋ｘ方向に離れるほど微小光学素子１６の形状を大きくすることで、微小光学素子１６の占める面積を大きくしている。図７に示す微小光学素子１６は、微小光学素子１６の大きさは同じで、光入射面１５ｃから＋ｘ方向に離れるほど微小光学素子１６の配列密度（単位面積当たりの個数）を高くしている。これらのように、微小光学素子１６の占める面積は、微小光学素子１６の単位面積当たりの個数および形状により変えることができる。

面発光導光板１５の表面１５ａは、液晶パネル１１の表示面１１ａに対して平行に配置されている。面発光導光板１５は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５の中心に向けて所定の長さの混合領域１５ｅを備えている。例えば、混合領域１５ｅは、光入射面１５ｃから＋ｘ軸方向に１０ｍｍの領域である。混合領域１５ｅにおいて、面発光導光板１５は、表面１５ａおよび背面１５ｂともに微小光学素子１６のような光学構造を有さず、空気層に面している。光入射面１５ｃから混合領域１５ｅに入射した光は、空気層との界面で全反射しながら＋ｘ軸方向に進む（伝播する）。空気層とは、光学部材を取り巻く空気のことである。空気層との界面とは、空気層と接している表面１５ａ、背面１５ｂなどの面である。

面発光導光板１５は、領域１５ｆの背面１５ｂに微小光学素子１６を有している。領域１５ｆは、混合領域１５ｅの＋ｘ軸方向に隣接する領域である。背面１５ｂは、液晶パネル１１に対して反対側の面である。微小光学素子１６は、混合光線Ｌ１３を照明光Ｌ１４に変える機能を有する。混合光線Ｌ１３は、面発光導光板１５の内部を伝播する第１の光線Ｌ１１と第２の光線Ｌ１２とが混合した光線である。照明光Ｌ１４は、略＋ｚ軸方向に向けて出射する光である。照明光Ｌ１４は、液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて面発光導光板１５から出射する。

面発光導光板１５は、透明材料で作製された部品である。例えば、ｚ軸方向の厚みが４ｍｍの薄板状の部材である。図６および図７に示すように、面発光導光板１５の背面１５ｂには、複数の微小光学素子１６が備えられている。微小光学素子１６は、−ｚ軸方向に突出した半球状の凸レンズ形状の素子である。

なお、面発光導光板１５の材質および微小光学素子１６の材質は、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）とすることができる。ただし、面発光導光板１５の材質および微小光学素子１６の材料は、アクリル樹脂に限定されない。面発光導光板１５の材質および微小光学素子１６の材料としては、光透過率が良く、成形加工性に優れた材料が採用され得る。例えば、アクリル樹脂に代えて、ポリカーボネート樹脂などの別の樹脂材料を採用できる。あるいは、面発光導光板１５の材質および微小光学素子１６の材質は、ガラス材料を採用できる。また、面発光導光板１５の厚みは、４ｍｍに限定されるものではなく、液晶表示装置１の薄型化および軽量化の両方を考慮すると、厚みの薄い面発光導光板１５を採用することが望ましい。

また、微小光学素子１６の形状は、凸レンズ状に限定されず、微小光学素子１６が混合光線Ｌ１３を略＋ｚ軸方向に反射して混合光線Ｌ１３が液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて出射する機能を持つ部材であればよい。混合光線Ｌ１３は、面発光導光板１５の内部を＋ｘ軸方向に進行する光である。この機能を有すれば、微小光学素子１６の形状は、他の形状であってもよい。例えば、微小光学素子１６は、プリズム形状またはランダムな凹凸パターンなどであってもよい。

混合光線Ｌ１３は、面発光導光板１５と空気層との界面で全反射する。そして、混合光線Ｌ１３は、面発光導光板１５の内部を伝播する。混合光線Ｌ１３は、反射をしながら＋ｘ軸方向に進む。しかし、混合光線Ｌ１３が微小光学素子１６に入射すると、微小光学素子１６の曲面で反射して進行方向を変える。混合光線Ｌ１３の進行方向が変化すると、混合光線Ｌ１３の中には、面発光導光板１５の表面と空気層との界面での全反射条件を満たさなくなる光線が生じる。光線が全反射条件を満たさなくなると、光線は、面発光導光板１５の発光面１５ａから液晶パネル１１の背面１１ｂに向かって出射する。

微小光学素子１６の配置密度は、面発光導光板１５の上のｘｙ平面内の位置で変化している。配置密度とは、単位面積当たりの微小光学素子１６の数、または、単位面積当たりの微小光学素子１６の占める面積（大きさ）である。微小光学素子１６の配置密度の変化により、照明光Ｌ１４の面内輝度分布を制御することができる。照明光Ｌ１４は、面発光導光板１５から出射する光である。なお、面内輝度分布とは、任意の平面において、２次元で表される位置に対する輝度の高低を示す分布である。ここでの面内とは、表面１５ａまたは表示面１１ａのことである。

第１の光線Ｌ１１は、例えば、青緑色の光線である。第２の光線Ｌ１２は、例えば、赤色の光線である。第１の光線Ｌ１１および第２の光線Ｌ１２の両方は、面発光導光板１５の光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。混合領域１５ｅは、面発光導光板１５の光入射面１５ｃの近傍に配置されている。混合領域１５ｅは第１の光線Ｌ１１および第２の光線Ｌ１２を混合する機能を有する。第１の光線Ｌ１１および第２の光線Ｌ１２の両方は、混合領域１５ｅを進行することにより混合され、混合光線（例えば、白色の光線）Ｌ１３となる。

混合光線Ｌ１３は、面発光導光板１５の背面１５ｂに備えられた微小光学素子１６により照明光Ｌ１４に変換される。照明光Ｌ１４は、略＋ｚ軸方向に進行し、液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて進む。照明光Ｌ１４は、第２の光学シート１３および第１の光学シート１２を透過して液晶パネル１１の背面１１ｂを照射する。第１の光学シート１２は、面発光導光板１５の表面１５ａから出射した照明光Ｌ１４を、液晶パネル１１の背面１１ｂに向ける機能を持つ。第２の光学シート１３は、照明光Ｌ１４による細かな照明むらなどの光学的な影響を抑制する機能を持つ。

微小光学素子１６は、面発光導光板１５の背面１５ｂのうちの、領域１５ｆに配置されている。領域１５ｆは、光入射面１５ｃから任意の長さだけ離れた位置から側面１５ｄまでの領域である。任意の長さとは、混合領域１５ｅの長さである。微小光学素子１６が配置された領域１５ｆの面積は、液晶パネル１１の有効画像表示領域の面積と略同じである。しかし、液晶パネル１１の有効画像表示領域の面積より幾分大きいことが好ましい。領域１５ｆの中心位置は、液晶パネル１１の有効画像表示領域（ｘｙ平面に平行な領域）の中心位置と同じであることが望ましい。または、領域１５ｆの中心位置は、液晶パネル１１の有効画像表示領域の中心位置の近傍に位置しても構わない。

このような構成により、面発光導光板１５の表面１５ａから出射した照明光Ｌ１４は、液晶パネル１１の有効画像表示領域の全域を照明する。そして液晶パネル１１の表示面１１ａを見る鑑賞者は、表示面１１ａに輝度むらおよび色むらの両方が低減された画像を見ることができる。つまり、液晶パネル１１の表示面１１ａの周辺部が暗くなることを回避することができる。

面光源装置１００は、光反射シート１７を有している。光反射シート１７は、面発光導光板１５の背面１５ｂに対向して配置されている。面発光導光板１５の背面１５ｂから出射した光は、光反射シート１７で反射し、背面１５ｂから面発光導光板１５に入射し、面発光導光板１５の表面１５ａから出射して、照明光Ｌ１４として液晶パネル１１の背面１１ｂを照明する。光反射シート１７としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シートを用いることができる。また、光反射シート１７としては、基板の表面に金属を蒸着した光反射シートを用いてもよい。

図８は、実施の形態１に係る液晶表示装置１の制御系の構成を示すブロック図である。図８に示すように、液晶表示装置１は、液晶パネル１１、液晶パネル駆動部２２、第１の光源１８、第２の光源１０１、光源駆動部２３および制御部２１を有している。液晶パネル駆動部２２は、液晶パネル１１を駆動する。液晶パネル駆動部２２は、液晶パネル制御信号２６に基づいて液晶パネル１１を駆動し、液晶パネル１１に映像を表示させる。光源駆動部２３は、第１の光源１８および第２の光源１０１の両方を駆動する。光源駆動部２３は、光源制御信号２７に基づいて第１の光源１８および第２の光源１０１の両方を駆動して、液晶パネル１１に表示される映像の輝度を調整する。制御部２１は、液晶パネル駆動部２２の動作および光源駆動部２３の動作を制御する。制御部２１は、入力された映像信号２５に画像処理を施し、入力された映像信号２５に基づく液晶パネル制御信号２６および光源制御信号２７の両方を生成する。制御部２１は、液晶パネル制御信号２６を液晶パネル駆動部２２に供給する。制御部２１は、光源制御信号２７を光源駆動部２３に供給する。

液晶パネル駆動部２２は、制御部２１から受け取った液晶パネル制御信号２６に基づいて、液晶パネル１１の液晶層の光透過率を画素単位で変化させる。液晶パネル１１の各画素は、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３つの副画素（第１から第３の副画素）から構成されている。第１の副画素は、赤色の光のみを透過するカラーフィルタを有している。第２の副画素は、緑色の光のみを透過するカラーフィルタを有している。第３の副画素は、青色の光のみを透過するカラーフィルタを有している。

制御部２１は、液晶パネル駆動部２２に、液晶パネル１１の各副画素の光透過率を制御させることで、液晶パネル１１にカラー画像を表示させる。言い換えれば、液晶パネル１１は、面発光導光板１５から入射した照明光Ｌ１４を空間的に変調することで画像光を作り出して、画像光を表示面１１ａから出射する。ここで、画像光とは、画像情報を有する光のことである。

面発光導光板１５は、光源１８，１０１から出射する角度強度分布の異なる光線Ｌ１１，Ｌ１２を入射し、表面１５ａから出射する。第１の光線Ｌ１１の角度強度分布と第２の光線Ｌ１２の角度強度分布との違いは、面内輝度分布の輝度むらの原因となる。また、第１の光源１８および第２の光源１０１が、それぞれ異なる色の光を発する。この場合、面内輝度分布の輝度むらは色むらとなって表示面１１ａに現れてしまう。

しかし、実施の形態１に係る面光源装置１００は、角度強度分布整形部材１１０を用いて、レーザ発光素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆから出射する第２の光線Ｌ１２の非常に狭い角度強度分布を、ＬＥＤ素子から出射する第１の光線Ｌ１１の角度強度分布と略等しくなるように整形する。これにより、面光源装置１００は、表示面１１ａにおける色むらの発生を抑制している。

青緑色の第１の光線Ｌ１１および赤色の第２の光線Ｌ１２の両方は、面発光導光板１５の光入射面１５ｃに入射する。２つの光線Ｌ１１，Ｌ１２は、面発光導光板１５の光入射面１５ｃ近傍に設けられた混合領域１５ｅを伝播することにより混ざり合って白色の混合光線Ｌ１３となる。その後、混合光線Ｌ１３は、微小光学素子１６により液晶パネル１１に向けて面発光導光板１５から出射する。

実施の形態１に係る面発光導光板１５では、各色の光線Ｌ１１，Ｌ１２は、同等の角度強度分布で領域１５ｆに入射する。領域１５ｆは、微小光学素子１６を備えている。したがって、照明光Ｌ１４は、ｘｙ平面において、色むらのない白色の面状の光として面発光導光板１５から出射する。なお、制御部２１が光源駆動部２３を制御して、第１の光線Ｌ１１の輝度と第２の光線Ｌ１２の輝度との割合を調整することができる。

液晶表示装置１は、表示色の色純度を高めることで、色再現範囲を広げることができる。この場合、液晶表示装置１は、液晶パネル１１のカラーフィルタの透過波長帯域の幅を狭く設定しなければならない。しかし、透過波長帯域の幅を狭く設定すると、カラーフィルタを透過する光の透過光量は、減少する。このため、表示色の色純度を高めようとする場合、カラーフィルタを透過する光の透過光量の減少によって輝度が落ちるという問題が発生する。

さらに、従来使用されていた蛍光ランプは、赤色領域の発光スペクトルのピークがオレンジ色の波長領域にある。同様に、黄色蛍光体を利用した白色のＬＥＤも、赤色領域の発光スペクトルのピークがオレンジ色の波長領域にある。すなわち、赤色領域の波長のピークは、赤色領域からずれたオレンジ色の領域にある。特に、赤色において色純度を高めようとすると、極めて透過光量が落ち、著しく輝度が低下してしまう。

実施の形態１に係る液晶表示装置１においては、第１の光源１８は、青緑色の第１の光線Ｌ１１を出射するＬＥＤ素子を有している。青緑色の第１の光線Ｌ１１は、青色と緑色の光とを混ぜている。また、第２の光源１０１は、赤色の第２の光線Ｌ１２を出射する単色のレーザ発光素子を有している。第２の光線Ｌ１２のスペクトルは、例えば、６４０ｎｍ付近にピークを有する。また、第２の光線Ｌ１２の波長幅は、半値全幅で１ｎｍと非常に狭い。つまり、第２の光線Ｌ１２は色純度が高い。このように、第２の光源１０１が、赤色のレーザ発光素子を用いることにより、赤色の色純度を向上させることができる。すなわち、液晶表示装置１は、表示色の色再現範囲を広げることができる。

なお、実施の形態１においては、第２の光源１０１が６４０ｎｍ付近にピークを有するレーザ発光素子を有する場合を説明したが、本発明は、これに限定されない。第２の光源１０１が、より短波長側の赤色レーザ発光素子を使用することにより、波長に対する視感度が上がるため、輝度／投入電力の比を向上することが可能となり、より消費電力低減効果が得られる。輝度／投入電力の比とは、入力される投入電力に対する得られる輝度の割合である。また、より長波長側の赤色レーザ発光素子を使用することにより、色再現範囲を広げ色鮮やかな画像を提供することが可能となる。

スペクトル幅が非常に狭く色純度を向上させることが可能なレーザ発光素子は、非常に狭い角度強度分布を有する。このレーザ発光素子と広い角度強度分布を有するＬＥＤ素子とから白色の面光源を生成する面光源装置においては、それらの素子から出射される光線の角度強度分布の違いから、色むらが問題となる。

しかし、第２の光源１０１から出射した第２の光線Ｌ１２が角度強度分布整形部材１１０を介すことにより、実施の形態１における液晶表示装置１の面光源装置１００は、第２の光線Ｌ１２の角度強度分布の形状を、ＬＥＤ素子から出射する第１の光線Ｌ１１の角度強度分布の形状と同等に整形する。このため、面光源装置１００は、色むらを抑えた白色の面状の光を得ることができる。

なお、照明光Ｌ１４は、第１の光学シート１２および第２光学シート１３などで反射して−ｚ軸方向に進行する場合がある。照明光Ｌ１４は、面発光導光板１５から液晶パネル１１に向けて出射した光である。高輝度化および低消費電力化を実現するためには、それらの反射光を再び液晶パネル１１の照明光として利用する必要がある。実施の形態１に係る液晶表示装置１は、面発光導光板１５の−ｚ軸方向側に光反射シート１７を備えている。光反射シート１７は、−ｚ軸方向に進む光を＋ｚ軸方向に向ける。これにより、液晶表示装置１は、効率的に光を利用することができる。

以上に説明したように、実施の形態１に係る面光源装置１００は、面発光導光板１５、第１の光源１８、第２の光源１０１、角度強度分布整形部材１１０およびシリンドリカルミラー１０２を備えている。そして、第１の光源１８は、面発光導光板１５の光入射面（側面）１５ｃに対向する位置に配置されている。第２の光源１０１は、面発光導光板１５の背面１５ｂ側の位置に配置されている。角度強度分布整形部材１１０およびシリンドリカルミラー１０２の両方は、第２の光線Ｌ１２を光入射面１５ｃに導く光路変更部材としての機能を有する。

このように、実施の形態１に係る面光源装置１００は、光路変更部材によって第２の光線Ｌ１２の進行方向を面発光導光板１５の光入射面１５ｃに向かう方向に変えている。このため、面発光導光板の厚み方向に並ぶ２種類の光源を面発光導光板の光入射面に対向配置させた従来の構成に比べ、面発光導光板１５の厚みを薄くすることができる。

また、実施の形態１に係る面光源装置１００は、角度強度分布整形部材１１０を備えている。これにより、実施の形態１に係る面光源装置１００は、面発光導光板１５の領域１５ｆに入射する直前の第２の光線Ｌ１２の角度強度分布を、領域１５ｆに入射する直前の第１の光線Ｌ１１の角度強度分布に近付けることができる。領域１５ｆは、面発光導光板１５の背面１５ｂに微小光学素子１６を備える領域である。

このように、面光源装置１００は、角度強度分布整形部材１１０を用いて、第２の光線Ｌ１２の角度強度分布を第１の光線Ｌ１１の角度強度分布に近付けている。これにより、第１の光線Ｌ１１が作り出す照明光Ｌ１４の面内輝度分布と、第２の光線Ｌ１２が作り出す照明光Ｌ１４の面内輝度分布との差が抑制される。そして、面光源装置１００は、照明光Ｌ１４の色むらを低減することができる。照明光Ｌ１４は、面発光導光板１５の表面１５ａから出射する面状の光である。また、照明光Ｌ１４は、第１の光線Ｌ１１と第２の光線Ｌ１２とを足し合わせた白色の光である。

また、実施の形態１に係る面光源装置１００を有する液晶表示装置１は、面発光導光板１５の厚みが薄くなるので、薄型化を実現できる。また、液晶表示装置１は、面光源装置１００の色むらを低減することができるので、液晶パネル１１の表示面１１ａの色むらを低減し画質の向上を実現できる。

実施の形態１に係る面光源装置１００によれば、制御部２１は、光源駆動部２３に、第２の光線Ｌ１２の輝度および第１の光線Ｌ１１の輝度を調整させる。制御部２１は、映像信号２５に基づいて各光源Ｌ１１，Ｌ１２の発光量を調整する。これにより、液晶表示装置１は消費電力を低減できる。

また、液晶表示装置１は、光源に少なくとも１種類のレーザ発光素子を採用している。このことにより、液晶表示装置１は、色再現領域を広げ色鮮やかでかつ色むらを抑えた画像を提供することが可能となる。

さらに、実施の形態１に係る面光源装置１００は、角度強度分布整形部材１１０を備えている。このため、２種類の光源１８，１０１を離れた位置に配置することが可能となる。一般に、光源に採用される発光素子は、電気−光変換効率が１０％から５０％までである。光に変換されないエネルギーは、熱となる。ここで、発光素子とは、ＬＥＤ素子およびレーザ発光素子である。

２種類の光源１８，１０１が近くに配置される場合、熱源が狭い領域に集中するため、放熱が困難となる。放熱能力の不足により、２種類の光源１８，１０１の周囲温度が上昇する。一般的に、これらの光源１８，１０１は、周囲温度が上昇するにつれ発光効率が低下する。このため、放熱能力を向上させることが必要である。実施の形態１に係る液晶表示装置１は、２種類の光源１８，１０１が離れて配置されるため、熱源が分散し光源１８，１０１の温度調節が容易になる。このように温度調節を容易にすることで、放熱用の部材を削減でき、面発光装置１００の薄型化も容易となる。

上記の説明では、実施の形態１に係る面発光装置１００は、２つの光線Ｌ１１，Ｌ１２が面発光導光板１５の短辺の側面（光入射面１５ｃ）から入射する構成を採用している。しかし、面発光装置１００は、面発光導光板１５の長辺の側面を光入射面とすることも可能である。これは、光源１８，１０１の配列、シリンドリカルミラー１０２の位置、角度強度分布整形部材１１０、微小光学素子１６の配列および微小光学素子１６の形状などを適切に変更することによって可能となる。

また、上記の説明では、実施の形態１に係る面発光装置１００は、光線Ｌ１１，Ｌ１２が面発光導光板１５の１つの側面（光入射面１５ｃ）から入射する構成を採用している。しかし、面発光装置１００は、面発光導光板１５の対向する２つの側面（例えば、光入射面１５ｃとそれに対向する面１５ｄ）を光入射面とすることも可能である。これは、光源１８，１０１の配列、シリンドリカルミラー１０２の位置、角度強度分布整形部材１１０、微小光学素子１６の配列および微小光学素子１６の形状などを適切に変更することによって可能となる。

また、実施の形態１に係る面発光装置１００の光源駆動部２３は、映像信号２５に基づいて第１の光源１８の出力および第２の光源１０１の出力の両方を個別に制御している。このため、面発光装置１００は、消費電力を低減できる。また、面発光装置１００は、迷光を低減してコントラストを向上させることができる。なぜなら、余分な光を低減することで、迷光を低減することができるからである。なお、迷光とは、光学機器内で、正規の光路以外をたどる光のことで、希望する用途に有害な光である。

実施の形態１に係る液晶表示装置１は、第１の光源１８に青緑色のＬＥＤ素子を採用し、第２の光源１０１に赤色のレーザ発光素子を採用する構成とした。しかし、本発明は、これに限るものではない。例えば、複数の異なる光源を備える液晶表示装置において、広い角度強度分布を有する光源と狭い角度強度分布とを有する光源とを備える場合に、本発明を適用できる。

例えば、第１の光源１８に青緑色の光を放射する蛍光ランプを採用し、第２の光源１０１に赤色のレーザ発光素子を採用する構成でも本発明を適用できる。この場合、蛍光ランプとレーザ発光素子とにより白色の光を生成することができる。また、第１の光源１８に青色のＬＥＤ素子と赤色のＬＥＤ素子とを採用し、第２の光源１０１に緑色のレーザ発光素子を採用する構成でも本発明を適用できる。この場合、ＬＥＤ素子とレーザ発光素子とにより白色の光を生成することができる。さらに、第１の光源１８に緑色のＬＥＤ素子を採用し、第２の光源１０１に青色のレーザ発光素子と赤色のレーザ発光素子とを採用することもできる。

また、上記の説明では、面光源装置１００を液晶表示装置１のバックライトユニットとして用いた場合について説明したが、面光源装置を照明用などの他の用途に用いてもよい。

実施の形態２
図９は、実施の形態２に係る液晶表示装置２（面光源装置２００を含む）の構成を概略的に示す構成図である。実施の形態２に係る面光源装置２００は、実施の形態１の角度強度分布整形部材１１０に代えて、形状の異なる角度強度分布整形部材２１０を備えている。また、実施の形態２に係る面光源装置２００は、実施の形態１のシリンドリカルミラー１０２に代えて、形状の異なるシリンドリカルミラー２０２を備えている。シリンドリカルミラー２０２は、光路変更部材としての機能を有する。実施の形態１で示した図１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。つまり、実施の形態２で示した図９の構成要素のうち、同一の構成要素は、液晶パネル１１、光学シート１２，１３、面発光導光板１５、微小光学素子１６、光源１８および光反射シート１７である。

図１０は、実施の形態２の角度強度分布整形部材２０２を＋ｚ軸方向から見た構成図である。図１０に示すように、角度強度分布整形部材２０２は、３個の角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃがｙ軸方向に並んで配置されている。角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは全て同じ形状をしている。また、角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは全て同じ材料でできている。そのため、角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは全て同じ性能を有する。図１１は、角度強度分布整形部材２１０ａを＋ｚ軸方向から見た構成図である。

角度強度分布整形部材２１０は、ｘｙ平面に平行に配置された板状の部材である。角度強度分布整形部材２１０は、例えば、厚み１ｍｍの板状の部材である。また、ｘ軸方向の大きさは７０ｍｍ、ｙ軸方向の大きさは８５ｍｍである。角度強度分布整形部材２１０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂の透明材料で作製されている。

図１１に示すように、角度強度分布整形部材２１０ａの光入射面２１１ａは２つの光入射面２１１ａａ，２１１ａｂを備えている。光入射面２１１ａａはレーザ発光素子２０１ａと対向している。また光入射面２１１ａｂはレーザ発光素子２０１ｂと対向している。レーザ発光素子２０１ａはｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から反時計回りに１８度回転している。したがって、レーザ発光素子２０１ａから出射する第２の光線Ｌ２２ａの光線の軸は、ｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から反時計回りに１８度回転した方向を向いている。レーザ発光素子２０１ｂはｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から時計回りに１８度回転している。したがって、レーザ発光素子２０１ｂから出射する第２の光線Ｌ２２ｂの光線の軸は、ｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から時計回りに１８度回転した方向を向いている。なお、＋ｚ軸側からｘｙ平面を見て、ｚ軸を中心とし時計回りに回転する方向を＋方向とし、反時計回りに回転する方向を−方向としている。ここで光線の軸とは、任意の平面における光線の角度強度分布の加重平均となる角度方向の軸である。加重平均となる角度は、各角度に光の強度の重みづけをして平均することで求められる。光強度のピーク位置が角度強度分布の中心からずれている場合、光線の軸は光強度のピーク位置の角度とはならない。光線の軸は、角度強度分布の面積の中の重心位置の角度となる。

角度強度分布整形部材２１０ａの光入射面２１１ａａは、第２の光線Ｌ２２ａの光線の軸と直交している。すなわち、第２の光線Ｌ２２ａは光入射面２１１ａａに垂直に入射する。角度強度分布整形部材２１０ａの光入射面２１１ａｂは、第２の光線Ｌ２２ｂの光線の軸と直交している。すなわち、第２の光線Ｌ２２ｂは光入射面２１１ａｂに垂直に入射する。

角度強度分布整形部材２１０ｂの光入射面２１１ａは２つの光入射面２１１ａｃ，２１１ａｄを備えている。光入射面２１１ａｃはレーザ発光素子２０１ｃと対向している。また光入射面２１１ａｄはレーザ発光素子２０１ｄと対向している。レーザ発光素子２０１ｃはｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から反時計回りに１８度回転している。したがって、レーザ発光素子２０１ｃから出射する第２の光線Ｌ２２ｃの光線の軸は、ｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から反時計回りに１８度回転した方向を向いている。レーザ発光素子２０１ｄはｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から時計回りに１８度回転している。したがって、レーザ発光素子２０１ｄから出射する第２の光線Ｌ２２ｄの光線の軸は、ｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から時計回りに１８度回転した方向を向いている。

角度強度分布整形部材２１０ｂの光入射面２１１ａｃは、第２の光線Ｌ２２ｃの光線の軸と直交している。すなわち、第２の光線Ｌ２２ｃは光入射面２１１ａｃに垂直に入射する。角度強度分布整形部材２１０ｂの光入射面２１１ａｄは、第２の光線Ｌ２２ｄの光線の軸と直交している。すなわち、第２の光線Ｌ２２ｄは光入射面２１１ａｄに垂直に入射する。

角度強度分布整形部材２１０ｃの光入射面２１１ａは２つの光入射面２１１ａｅ，２１１ａｆを備えている。光入射面２１１ａｅはレーザ発光素子２０１ｅと対向している。また光入射面２１１ａｆはレーザ発光素子２０１ｆと対向している。レーザ発光素子２０１ｅはｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から反時計回りに１８度回転している。したがって、レーザ発光素子２０１ｅから出射する第２の光線Ｌ２２ｅの光線の軸は、ｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から反時計回りに１８度回転した方向を向いている。レーザ発光素子２０１ｆはｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から時計回りに１８度回転している。したがって、レーザ発光素子２０１ｆから出射する第２の光線Ｌ２２ｆの光線の軸は、ｚ軸を中心として、−ｘ軸方向から時計回りに１８度回転した方向を向いている。

角度強度分布整形部材２１０ｃの光入射面２１１ａｅは、第２の光線Ｌ２２ｅの光線の軸と直交している。すなわち、第２の光線Ｌ２２ｅは光入射面２１１ａｅに垂直に入射する。角度強度分布整形部材２１０ｆの光入射面２１１ａｆは、第２の光線Ｌ２２ｆの光線の軸と直交している。すなわち、第２の光線Ｌ２２ｆは光入射面２１１ａｆに垂直に入射する。

図１１は、角度強度分布整形部材２１０ａを示す構成図である。図１１に示すように、角度強度分布整形部材２１０ａは、光入射面２１１ａａおよび２１１ａｂの両方に微細光学構造１１１を有している。微細光学構造１１１は、入射する光の進行方向を屈折により変化させる作用を有する。図１１に示すように、例えば、微細光学構造１１１は、円柱の側面形状が凹形状として光入射面２１１ａａおよび２１１ａｂの両方に形成されている。微細光学構造１１１の凹形状は、ｙ軸方向に一定間隔で形成されている。ここで、円柱の中心軸はｚ軸と平行である。図１１で示した凹形状は、中心軸を通る平面と平行な平面で円柱を切断した側面形状である。微細光学構造１１１をｘｙ平面で切断した断面は、第２の光源２０１ａ，２０１ｂ側に凹形の円弧形状をしている。また、光入射面２１１ａａ，２１１ａｂをｚｘ平面で切断した断面は、ｚ軸方向に延びる直線形状をしている。角度強度分布整形部材２１０ｂ，２１０ｃは２１０ａと同様の形状を有する。

本実施の形態２に係る角度強度分布整形部材２１０の微細光学構造１１１は、ｘｙ平面上で、半径４０μｍの凹形の円弧形状である。円弧形状の中心は、各光入射面２１１ａａ，２１１ａｂ，２１１ａｃ，２１１ａｄ，２１１ａｅ，２１１ａｆと平行な平面上にある。凹形の深さは２０μｍである。円弧形状の間隔は、円弧の中心の間隔で８０μｍである。

光入射面２１１ａに入射する第２の光線Ｌ２２は、光入射面２１１ａに入射する際に微細光学構造１１１により拡散する。したがって、角度強度分布整形部材２１０に入射した第２の光線Ｌ２２の角度強度分布の全角は、第２の光源２０１から出射した直後の角度強度分布の全角と比べて大きくなる。また、第２の光線Ｌ２２はランダムな方向に進む。

第２の光源２０１から出射する第２の光線Ｌ２２は、ｘｙ平面上において、全角が３５度の狭い角度強度分布を有する。角度強度分布の形状は略ガウシアン分布をしている。角度強度分布整形部材２１０ａに入射した後、レーザ発光素子２０１ａから出射される第２の光線Ｌ２２ａとレーザ発光素子２０１ｂから出射される第２の光線Ｌ２２ｂとは、角度強度分布整形部材２１０ａの中で足し合わされる。つまり、光出射面２１１ｃから出射する光線Ｌ２２の光強度分布は、光線Ｌ２２ａの光強度分布と光線Ｌ２２ｂの光強度分布とを足し合わせた分布となる。

角度強度分布整形部材２１０ｂに入射した後、レーザ発光素子２０１ｃから出射される第２の光線Ｌ２２ｃとレーザ発光素子２０１ｄから出射される第２の光線Ｌ２２ｄとは、角度強度分布整形部材２１０ｂの中で足し合わされる。つまり、光出射面２１１ｃから出射する光線Ｌ２２の光強度分布は、光線Ｌ２２ｃの光強度分布と光線Ｌ２２ｄの光強度分布とを足し合わせた分布となる。

角度強度分布整形部材２１０ｃに入射した後、レーザ発光素子２０１ｅから出射される第２の光線Ｌ２２ｅとレーザ発光素子２０１ｆから出射される第２の光線Ｌ２２ｆとは、角度強度分布整形部材２１０ｃの中で足し合わされる。つまり、光出射面２１１ｃから出射する光線Ｌ２２の光強度分布は、光線Ｌ２２ｅの光強度分布と光線Ｌ２２ｆの光強度分布とを足し合わせた分布となる。

これらのことから、光出射面２１１ｃ上での第２の光線Ｌ２２の角度強度分布の全角は、第２の光源２０１を出射したときよりも大きくなっている。

具体的に説明すると、レーザ発光素子２０１ａは、レーザ発光素子２０１ｂと隣り合って配置されている。図１１中、レーザ発光素子２０１ａは、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に反時計回りに１８度回転している。レーザ発光素子２０１ｂは、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に時計回りに１８度回転している。その結果、第２の光線Ｌ２２ａの光線の軸は、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に反時計回りに１８度の方向を向いている。第２の光線Ｌ２２ｂの光線の軸は、−ｘ軸方向に対してｚ軸を中心に時計回りに１８度の方向を向いている。つまり、２つの光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂａの光線の軸は、ｘ軸に対し対称な方向を向いている。

図１１に示すように、角度強度分布整形部材２１０は、ｙ軸方向の側面に角度強度分布を調整する調整面２１１ｄ，２１１ｅを有する。調整面２１１ｄ，２１１ｅはｘｙ平面上において凹形状の円弧形状をしている。また、ｙｚ平面で切断された断面はｚ軸方向に延びる直線状である。調整面２１１ｄは、第２の光源２０１ａに対して−ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ２２ａの光束のうち、−ｙ軸方向に出射した光線が調整面２１１ｄで反射する。調整面２１１ｅは、第２の光源２０１ｂに対して＋ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ２２ｂの光束のうち、＋ｙ軸方向に出射した光線が調整面２１１ｅで反射する。

調整面２１１ｄ，２１１ｅが無い場合、これらの光線は、第２の光線Ｌ２２ａおよびＬ２２ｂを足し合わせた光束の最も外側の光となる。つまり、これらの光線は、角度強度分布整形部材２１０ａの光出射面２１１ｃにおける角度強度分布の最外角の光線となる。これらの光は、調整面２１１ｄ，２１１ｅで反射して進行方向を変える。このとき、調整面２１１ｄ，２１１ｅに入射する光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂの入射角を調整することにより、光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂの進行方向を調整できる。つまり、調整面２１１ｄ，２１１ｅの形状を変更することにより、第２の光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂを足し合わせた光線の角度強度分布の形状を調整することができる。第２の光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂを足し合わせた光線とは、光出射面２１１ｃから出射する光線である。これらの光線とは、第２の光線Ｌ２２ａの光束のうち−ｙ軸方向に出射した光線と第２の光線Ｌ２２ｂの光束のうち＋ｙ軸方向に出射した光線とである。

このように、隣り合うレーザ発光素子２０１ａ，２０１ｂから出射する２つの第２の光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂの光線の軸は、ｘ軸に対し対称な方向に傾く。２つの第２の光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂを足し合わせた光線の角度強度分布の光線の軸は、ｘ軸に平行である。２つの第２の光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂを足し合わせた光線の角度強度分布の全角は、角度強度分布整形部材２１０に入射する前の全角より大きくなる。レーザ発光素子２０１ｃ，２０１ｄから出射する光線も、同様に角度強度分布の全角を大きくすることができる。レーザ発光素子２０１ｅ，２０１ｆから出射する光線も、同様に角度強度分布の全角を大きくすることができる。

本実施の形態２においては、角度強度分布整形部材２１０ａの調整面２１１ｄ，２１１ｅを凹形状の円弧形状としている。調整面２１１ｄは、第２の光線Ｌ２２ａの−ｙ軸側の光線を＋ｙ軸方向に向けることができる。調整面２１１ｅは、第２の光線Ｌ２２ｂの＋ｙ軸側の光線を−ｙ軸方向に向けることができる。この結果、調整面２１１ｄ，２１１ｅが無かった場合に、第２の光線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂを足し合わせた光線の最外角となる光線の進行方向を、角度中心付近に近づけることができる。

なお、本実施の形態２の角度強度分布整形部材２１０は、調整面２１１ｄ，２１１ｅの形状を凹形の円弧形状とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、調整面２１１ｄ，２１１ｅの形状を凸形状の円弧形状や直線形状としてもよい。また、複数の凹形の円弧形状を複数配列した形状としてもよい。調整面２１１ｄ，２１１ｅの形状は、第２の光線Ｌ２２の角度強度分布を必要な形状とするために変更することができる。

本実施の形態２においては、角度強度分布整形部材２１０は、３つの角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃで構成されている。角度強度分布整形部材２１０ｂ，２１０ｃは角度強度分布整形部材２１０ａと同様の形状および機能を有する。

なお、本実施の形態２においては、角度強度分布整形部材２１０は３つの角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃで構成されるとしたが、本発明は３個に限るものではない。面発光導光板１５の光入射面１５ｃの長辺方向（ｙ軸方向）に配置するのであれば、個数を多くする構成としてもよい。また、光源２０１が備えるレーザ発光素子の数などによっても角度強度分布整形部材２１０の数は増減する。

ｘｙ平面上において、第２の光源２０１から出射した第２の光線Ｌ２２の角度強度分布は、全角の狭い略ガウシアン分布形状である。角度強度分布整形部材２１０を介すことにより、光出射面２１１ｃにおける第２の光線Ｌ２２の角度強度分布は、全角の広い分布形状となる。これにより、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ２２は、面発光導光板１５に入射した直後の第１の光線Ｌ２１と略近似した角度強度分布を有する。

角度強度分布整形部材２１０は、板状部２２１と光折返し部２２２とから構成されている。板状部２２１は、ｘｙ平面に平行に配置されている。光折返し部２２２は、ｘｙ平面に対して約４５度の傾斜を持った傾斜面２１１ｂを有する。傾斜面２１１ｂは、ｙ軸を通りｘｙ平面に対して略４５度の傾斜を持つ平面に対して平行である。角度強度分布整形部材２１０は、例えば、厚み１ｍｍの板状の部材である。角度強度分布整形部材２１０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂の透明材料で作製されている。

第２の光線Ｌ２２の全てが、角度強度分布整形部材２１０の傾斜面２１１ｂで全反射するように、傾斜面２１１ｂに対する第２の光線Ｌ２２の入射角を調整する。これにより、角度強度分布整形部材２０１における光損失は抑制される。

例えば、屈折率１．４９のアクリル樹脂部材から屈折率１．００の空気層に光線が入射する場合には、全反射条件を満足する臨界角θｔは、スネルの法則から、次に示す数式（１）で表される。
θｔ＝ｓｉｎ^−１（１．００／１．４９）≒４２．１６°・・・（１）

第２の光線Ｌ２２の角度強度分布の全角をαとする場合、傾斜面２１１ｂに対する第２の光線Ｌ２２の入射角は、（θｔ＋α／２）以上が望ましい。

図９に示すように、角度強度分布整形部材２１０は、光入射面２１１ａ、傾斜面２１１ｂおよび光出射面２１１ｃを有している。光出射面２１１ｃは、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａに対向している。傾斜面２１１ｂは、ｘｙ平面に対して略４５度の角度で傾斜している。傾斜面２１１ｂは、第２の光線Ｌ２２の進行方向を−ｘ軸方向から略＋ｚ軸方向に変更する。すなわち、第２の光線Ｌ２２は、傾斜面２１１ｂで反射し、進行方向を略＋ｚ軸方向に変える。第２の光線Ｌ２２の屈折は、角度強度分布整形部材２１０と空気層との界面における屈折率差により生じる。

ｚｘ平面上で見た第２の光線Ｌ２２の挙動について説明する。第２の光線Ｌ２２は、第２の光源２０１から出射する。第２の光線Ｌ２２は、角度強度分布整形部材２１０の光入射面２１１ａから角度強度分布整形部材２１０に入射する。第２の光線Ｌ２２は、角度強度分布整形部材２１０と空気層との界面で全反射をし、角度強度分布整形部材２１０内を−ｘ軸方向に進行する。第２の光線Ｌ２２は、傾斜面２１１ｂに達し、傾斜面２１１ｂで反射して略＋ｚ軸方向に進行方向を変える。進行方向を変えた第２の光線Ｌ２２は、光出射面２１１ｃから出射した後に、シリンドリカルミラー２０２で反射して光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。シリンドリカルミラー２０２は光路変更部材としての機能を有する。

シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａは、角度強度分布整形部材２１０の光出射面２１１ｃと対向して配置される。また、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａは、面発光導光板１５の光入射面１５ｃとも対向して配置されている。図９に示したように、反射面２０２ａのｘｚ平面で切断した断面は、光入射面１５ｃ側に凹形の円弧形状をしている。また、反射面２０２ａのｘｙ平面で切断した断面は、ｙ軸方向に延びる直線状である。なお、反射面２０２ａは、シリンドリカルミラー２０２の反射面である。また、シリンドリカルミラー２０２は、光路変更部材である。

図９に示した例では、実施の形態２におけるシリンドリカルミラー２０２は、離心率０．４７の楕円の４分の１筒形状である。その楕円の長軸はｘ軸と平行である。また、シリンドリカルミラー２０２はその凹面側を光反射面２０２ａとしている。反射面２０２ａは、円筒を円筒の軸（ｙ軸と平行な軸）を通る平面でｎ個に分割したｎ分の１円筒形状（ｎは１より大きい数）とすることができる。

シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａには、光を反射する金属膜の層が設けられている。反射面２０２ａの接線の方向は、反射面２０２ａ上の位置に応じて異なる。そのため、光束（光線の束であり、大きさを有する平行光）が反射面２０２ａに入射すると、各光線は入射位置に応じて異なる出射角度で反射する。

シリンドリカルミラー２０２の基材は、アクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ）である。反射面２０２ａは、アルミニウムを蒸着した面である。ただし、シリンドリカルミラー２０２を構成する材料および形状は、この例に限定されない。例えば、基材に加工性に優れた他の樹脂や金属を採用してもよい。また、光反射面２０２ａに蒸着する金属膜に、銀または金などの反射率の高い他の金属を採用してもよい。

ｚｘ平面上で見て、角度強度分布整形部材２１０内を伝播する第２の光線Ｌ２２は、光出射面２１１ｃと面２１１ｆとで全反射しながら−ｘ軸方向に進行する。面２１１ｆは、光出射面２１１ｃと対向する面である。光出射面２１１ｃとそれに対向する面２１１ｆとは平行である。また、第２の光線Ｌ２２の光線の軸はそれらの面に平行である。それらの面とは、光出射面２１１ｃと面２１１ｆとである。

したがって、角度強度分布整形部材２１０内を伝播する第２の光線Ｌ２２の角度強度分布は保存される。つまり、光出射面２１１ｃから出射した第２の光線Ｌ２２のｚｘ平面における角度強度分布は、第２の光源２０１から出射した直後の第２の光線Ｌ２２のｚｘ平面における角度強度分布と同じである。光出射面２１１ｃから出射した後、シリンドリカルミラー２０２に入射した第２の光線Ｌ２２は、光反射面２０２ａで反射し、進行方向を面発光導光板１５の光入射面１５ｃに向ける（略＋ｘ軸方向に向ける）。

第１の光源１８から出射する第１の光線Ｌ２１は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。同様に、第２の光源２０１から出射する第２の光線Ｌ２２は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。第１の光線Ｌ２１は、第１の光源１８から略＋ｘ軸方向（図９における右方向）に、光入射面１５ｃに向けて出射する。このとき、第１の光線２１の光線の軸の軸は、面発光導光板１５の基準平面（図９のｘｙ平面）と略平行である。

第２の光線Ｌ２２は、角度強度分布整形部材２１０の中を伝播し、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａで反射して面発光導光板１５の光入射面１５ｃに向けて出射する。このとき、シリンドリカルミラー２０２は、次に示す２つの機能を有する。第１の機能は、ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ２２の光線の軸を面発光導光板１５の基準平面に対し任意の角度に傾ける機能である。基準平面は図９のｘｙ平面である。第２の機能は、ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ２２の角度強度分布を任意の形状に変える機能である。ｚｘ平面は、面発光導光板１５の基準平面と直交する平面である。以下、ｚｘ平面と平行な面を面発光導光板１５の厚み方向の平面と呼ぶ。ここで、主光線の軸とは任意の平面における角度強度分布の加重平均の角度方向の光線の軸である。

第２の光線Ｌ２２は、シリンドリカルミラー２０２で反射した後、面発光導光板１５に入射する。ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ２２の光線の軸は、面発光導光板１５の基準平面に対し任意の角度で傾いている。第２の光線Ｌ２２は、この角度を有しながら混合領域１５ｅの中を＋ｘ軸方向に伝播する。

ｚｘ平面上で見て第２の光線Ｌ２２は、混合領域１５ｅの表面１５ａと背面１５ｂとで反射をしながら伝播する。このとき、第２の光線Ｌ２２は自らの発散角により発散しながら伝播する。このため、ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ２２は、面発光導光板１５の表面１５ａおよび背面１５ｂで折り返される。そして、第２の光線Ｌ２２は重ね合わせられる。そして、第２の光線Ｌ２２の光束は、面発光導光板１５の厚みと同等の大きさの光束の直径になる。

これにより、混合領域１５ｅから領域１５ｆに出射する第２の光線Ｌ２２のｚｘ平面における角度強度分布は、混合領域１５ｅに入射した際の第２の光線Ｌ２２の角度強度分布とこれを面発光導光板１５の基準平面に対して対称に折り返した角度強度分布とを足し合わせた分布形状となる。

第１の光源１８から出射した第１の光線Ｌ２１は、角度強度分布を変えることなく面発光導光板１５に入射する。このため、面発光導光板１５内に入射した直後の第１の光線Ｌ２１は、広い角度強度分布を有する。一方、第２の光源２０１から出射した第２の光線Ｌ２２は、第１の光線Ｌ２１に対し狭い角度強度分布を有する。広い角度強度分布の第１の光線Ｌ２１と狭い角度強度分布の第２の光線Ｌ２２との両方が、面発光導光板１５に入射すると、面発光導光板１５内で２種類の光線Ｌ２１，Ｌ２２の角度強度分布の差が大きくなる。

しかしながら、本実施の形態２の面光源装置２００は、角度強度分布整形部材２１０により第２の光線Ｌ２２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を、第１の光線Ｌ２１の角度強度分布に略等しい形状とすることができる。また、本実施の形態２の面光源装置２００は、シリンドリカルミラー２０２と混合領域１５ｅとの両方により第２の光線Ｌ２２のｚｘ平面上で見た角度強度分布を、第１の光線Ｌ２１の角度強度分布に略等しい形状とすることができる。

第１の光源１８から出射する第１の光線Ｌ２１は、例えば、青緑色の光線である。第２の光源２０１から出射する第２の光線Ｌ２２は、例えば、赤色の光線である。第１の光線Ｌ２１は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。また、第２の光線Ｌ２２は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。混合領域１５ｅは、第１の光線２１と第２の光線Ｌ２２とを混合する機能を有する。２種類の光線Ｌ２１，Ｌ２２は、角度強度分布整形領域１５ｅを伝播することにより混合され、混合光線Ｌ２３となる。混合光線Ｌ２３は、例えば、白色の光線である。なお、混合領域１５ｅは光入射面１５ｃの近傍に配置されている。

混合光線Ｌ２３は、面発光導光板１５の背面１５ｂに備えられた微小光学素子１６により照明光Ｌ２４に変換される。照明光Ｌ２４は、略＋ｚ軸方向に進行し、液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて進む。照明光Ｌ２４は、第２の光学シート１３および第１の光学シート１２を透過して液晶パネル１１の背面１１ｂを照射する。第１の光学シート１２は、面発光導光板１５の発光面１５ａから出射された照明光Ｌ２４を、液晶パネル１１の背面１１ｂに向ける機能を持つ。第２の光学シート１３は、照明光Ｌ２４による細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能を持つ。

光反射シート１７は、面発光導光板１５の背面１５ｂに対向して配置されている。混合光線Ｌ２３のうちの面発光導光板１５の背面１５ｂから出射した光は、光反射シート１７で反射して、面発光導光板１５の背面１５ｂに向けて進む。その後、その光は、面発光導光板１５を通過して、発光面１５ａから液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて照明光Ｌ２４として出射する。また、混合光線Ｌ２３のうち、微小光学素子１６に入射した光線も、照明光Ｌ２４として出射される。

なお、上記の説明では、角度強度分布整形部材２１０の傾斜面２１１ｂは、ｘｙ平面に対して略４５°の角度で傾斜しているが、本発明は、これに限られるものではない。傾斜面２１１ｂに対する第２の光線Ｌ２２の入射角は、全反射の条件から設定される。全反射の条件は、上述の臨界角θｔおよび第２の光線Ｌ２２の角度強度分布の半角から求められる。

また、第２の光線Ｌ２２の最適な光路を作るために、光出射面２１１ｃ、シリンドリカルミラー２０２および面発光導光板１５などの構成要素と傾斜面２１１ｂとの位置関係によって傾斜面２１１ｂの傾斜角を変更してもよい。また、第２の光線Ｌ２２の最適な光路を作るために、傾斜面２１１ｂの傾斜角に代えてシリンドリカルミラー２０２の配置位置および形状を変更してもよい。

傾斜面２１１ｂの傾斜角やシリンドリカルミラー２０２の配置位置などの調整は、次の３つの目的のために行う。第１の目的は、第２の光線Ｌ２２をシリンドリカルミラー２０２に効率良く入射させ、また、面発光導光板１５に効率良く入射させるためである。第２の目的は、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ２２の光線の軸が、ｚｘ平面上で見て、面発光導光板１５の基準平面に対して任意の角度で傾くことである。第３の目的は、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ２２が、ｚｘ平面上で見て、任意の角度強度分布を有することである。

第２の光源２０１とシリンドリカルミラー２０２との位置関係などは、第２の光線Ｌ２２の角度強度分布、第２の光線Ｌ２２の光束の大きさ（直径）、シリンドリカルミラー２０２の曲率および面発光導光板１５の厚みなどに応じて設定される。また、シリンドリカルミラー２０２と面発光導光板１５との位置関係などは、第２の光線Ｌ２２の角度強度分布、第２の光線Ｌ２２の光束の大きさ（直径）、シリンドリカルミラー２０２の曲率および面発光導光板１５の厚みなどに応じて設定される。したがって、各条件が異なる場合は、各部材の位置関係などを最適化する必要がある。位置関係などとは、各構成要素の配置位置および反射面の傾きなどで、光線の光路を決める各構成要素どうしの関係である。

また、図９において、角度強度分布整形部材２１０は面発光導光板１５と平行に配置されている。また、第２の光線Ｌ２２は第２の光源２０１から面発光導光板１５と平行な方向に出射されている。しかし、本発明はこれに限るものではない。

例えば、図１２に示す面光源装置３００においては、角度強度分布整形部材２１０の光入射面２１１ａは光反射シート１７から離れた位置に配置されている。つまり、角度強度分布整形部材２１０はｘｙ平面に対して傾斜している。これにより、第２の光源２０１やその周辺の部材が大きい場合でも、角度強度分布整形部材２１０の光出射面２１０ｃの位置をシリンドリカルミラー２０２に近接させて配置できる。このため、光出射面２１０ｃから出射した第２の光線Ｌ２２がシリンドリカルミラー２０２に入射するまでの間に生じる得る光損失を抑制することができる。第２の光源２０１の周辺の部材とは、例えば第２の光源２０１の保持部材などである。

なお、角度強度分布整形部材２１０を面発光導光板１５に対し傾けて配置する場合、第２の光源２０１は、第２の光線Ｌ２２の光線の軸が光出射面２１１ｃおよび面２１１ｆと平行となるように配置される。このことにより、光折返し部２２２における光反射角度の制御が容易となる。なお、第２の光源２０１は、角度強度分布整形部材２１０の光入射面２１１ａと対向して配置されている。

また、傾斜面２１１ｂの傾斜角は、次に示す３つの要件を考慮して決められる。第１の要件は、光折返し部２２２に入射する第２の光線Ｌ２２の光線の軸の方向に対する光折返し部２２２から出射する第２の光線Ｌ２２の光線の軸の方向である。第２の要件は、シリンドリカルミラー２０２に入射する第２の光線Ｌ２２の光線の軸の方向に対するシリンドリカルミラー２０２から出射する第２の光線Ｌ２２の光線の軸の方向である。第３の要件は、傾斜面２１１ｂに入射する第２の光線Ｌ２２が傾斜面２１１ｂで全反射の条件を満たすことである。これらの３要件を満たして第２の光線Ｌ２２の光線の軸と傾斜面２１１ｂとの角度を設定することで、傾斜面２１１ｂにおける光損失を抑制することが可能となる。

また、実施の形態２における角度強度分布整形部材２１０の薄型化は、シリンドリカルミラー２０２の小型化につながる。これは、傾斜面２１１ｂから出射する線状の光の厚みが薄くなるためである。また、角度強度分布整形部材２１０の薄型化は、面発光導光板１５の薄型化にもつながる。これは、シリンドリカルミラー２０２のｚ軸方向の寸法が小さくなるためである。そのため、厚みの薄い角度強度分布整形部材２１０を用いることが望ましい。しかし、厚みを薄くすると角度強度分布整形部材２１０の剛性が低下するため、角度強度分布整形部材２１０の剛性が低下しすぎない範囲で薄型化することが望ましい。

角度強度分布整形部材２１０からシリンドリカルミラー２０２に向けて出射される第２の光線Ｌ２２は、角度強度分布整形部材２１０を進行することにより、ｚｘ平面において角度強度分布整形部材２１０の厚みと同じ光束の直径を有する線状の光となる。

また、第２の光線Ｌ２２は、角度強度分布整形部材２１０内を進行する際、光出射面２１１ｃおよび面２１１ｆ２つの面で反射しながら−ｘ軸方向に進む。面２１１ｆは、光出射面２１１ｃと対向する面である。光出射面２１１ｃは２１１ｆと平行である。また、第２の光線Ｌ２２の光線の軸は、光出射面２１１ｃおよび面２１１ｆの２つの面と平行である。

このため、光出射端２１１ｃから出射する第２の光線Ｌ２２は、第２の光源２０１から出射した直後の角度強度分布とほぼ同じ角度強度分布を持つ光線となる。つまり、光出射端２１０ｃから出射する第２の光線Ｌ２２は、角度強度分布整形部材２１０から出射する２次光源とみなすことができる。

一方、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａのｚｘ平面による断面は凹形状の円弧形状をしている。この場合、この反射面２０２ａの円弧形状の接線と第２の光線Ｌ２２の光束を構成する各光線との成す角度は、一定の幅を持つ値となる。つまり、反射面２０２ａは平行光を広げる効果を有する。したがって、本実施の形態２の面光源装置２００，３００は、シリンドリカルミラー２０２によって第２の光線Ｌ２２の角度強度分布の全角を広げることが可能となる。

また、実施の形態２の分割した角度強度分布整形部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃは、実施の形態３で後述する局所点灯制御においても有効である。角度強度分布整形部材２１０により第２の光線Ｌ２２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を細やかに調整することができる。そのため、局所点灯制御時の面状の照明光Ｌ２４において面内の輝度むらや色むらを抑制することが可能となる。

実施の形態３
図１３は、実施の形態３に係る液晶表示装置３（面光源装置４００を含む）の構成を概略的に示す構成図である。実施の形態３に係る面光源装置４００は、実施の形態２の角度強度分布整形部材２１０に代えて、形状の異なる角度強度分布整形部材３１０を備えている。実施の形態１で示した図１および実施の形態２で示した図９の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。つまり、実施の形態３で示した図１３の構成要素のうち、同一の構成要素は、液晶パネル１１、光学シート１２，１３、面発光導光板１５、微小光学素子１６、光源１８、シリンドリカルミラー２０２および光反射シート１７である。

図１４は、実施の形態３の角度強度分布整形部材３１０を＋ｚ軸方向から見た構成図である。図１４に示すように、角度強度分布整形部材３１０は、３個の角度強度分布整形部材３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃがｙ軸方向に並んで配置されている。角度強度分布整形部材３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃは全て同じ形状をしている。図１５は、角度強度分布整形部材３１０ａを＋ｚ軸方向から見た構成図である。

近年、液晶表示装置の低消費電力化や、立体視表示の性能向上を目的として、画像とバックライトの局所点灯制御とを組み合わせた技術が広く展開されている。バックライトの局所点灯とは、液晶表示装置に備えられる面光源装置から発される面状の光を、面方向において部分的に点灯させることである。サイドライト方式の場合、導光板の側面と対向して配置される光源を複数のグループに分割し、グループ毎に点灯制御する。これにより、面発光導光板から発される照明光の面内輝度分布を変化させる。

局所点灯制御により、一部の光源を点灯して面状の照明光をｘｙ平面内で局所的に光らせた場合、面発光導光板に入射する光線の角度強度分布が照明光の面内輝度分布に略投影される。具体的には、照明光の面内輝度分布は、光入射面から光入射面に対向する側面に向けて、光線の角度強度分布と略等しい角度でｘｙ平面内に広がる。光入射面は、点灯する光源と対向する面発光導光板１５の側面である。従って、光線が１種類の場合は、局所点灯制御時の照明光は、ｘｙ平面内で輝度むらを有してしまう。また、異なる色を有する２種類の光線の角度強度分布の間に差異がある場合、局所点灯制御時の照明光は、ｘｙ平面内で色むらを有してしまう。

しかしながら、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０に調整面３１１ｄ，３１１ｅを備える。これにより、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０により第２の光線Ｌ３２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を極め細やかに調整することができる。そのため、局所点灯制御時の面状の照明光Ｌ３４において面内の輝度むらや色むらを抑制することが可能となる。

また、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０により第２の光線Ｌ３２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を、第１の光線Ｌ３１の角度強度分布に略等しい形状とすることができる。特に、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０に調整面３１１ｄ，３１１ｅを備える。これにより、光線Ｌ３２のｘｙ平面における角度強度分布を極め細やかに調整し、より光線Ｌ３１の角度強度分布に近似することが可能である。そのため、局所点灯制御時の面状の照明光Ｌ３４において面内の色むらを抑制することが可能となる。面内の色むらとは、任意の平面において、２次元で表される位置における色むらである。本実施の形態３では、任意の平面はｘｙ平面である。

角度強度分布整形部材３１０は、ｘｙ平面に平行に配置されている。角度強度分布整形部材３１０は、板状の部材である。角度強度分布整形部材３１０は、例えば、厚み１ｍｍの板状の部材である。また、ｘ軸方向の大きさは７０ｍｍ、ｙ軸方向の大きさは８５ｍｍである。角度強度分布整形部材３１０は、例えば、ＰＭＭＡなどのアクリル樹脂の透明材料で作製されている。

図１４に示すように、角度強度分布整形部材３１０ａの光入射面３１１ａａは、レーザ発光素子３０１ａ，３０１ｂと対向している。第２の光線Ｌ３２ａは、レーザ発光素子３０１ａから出射する。第２の光線Ｌ３２ｂは、レーザ発光素子３０１ｂから出射する。第２の光線Ｌ３２ａの光線の軸は、ｘ軸と略平行である。第２の光線Ｌ３２ｂの光線の軸は、ｘ軸と略平行である。

角度強度分布整形部材３１０ｂの光入射面３１１ａｂは、レーザ発光素子３０１ｃ，３０１ｄと対向している。第２の光線Ｌ３２ｃは、レーザ発光素子３０１ｃから出射する。第２の光線Ｌ３２ｄは、レーザ発光素子３０１ｄから出射する。第２の光線Ｌ３２ｃの光線の軸は、ｘ軸と略平行である。第２の光線Ｌ３２ｄの光線の軸は、ｘ軸と略平行である。

角度強度分布整形部材３１０ｃの光入射面３１１ａｃは、レーザ発光素子３０１ｅ，３０１ｆと対向している。第２の光線Ｌ３２ｅは、レーザ発光素子３０１ｅから出射する。第２の光線Ｌ３２ｆは、レーザ発光素子３０１ｆから出射する。第２の光線Ｌ３２ｅの光線の軸は、ｘ軸と略平行である。第２の光線Ｌ３２ｆの光線の軸は、ｘ軸と略平行である。

ここで光線の軸とは、任意の平面における光線の角度強度分布の加重平均となる角度方向の軸である。加重平均となる角度は、各角度に光の強度の重みづけをして平均することで求められる。光強度のピーク位置が角度強度分布の中心からずれている場合、光線の軸は光強度のピーク位置の角度とはならない。光線の軸は、角度強度分布の面積の中の重心位置の角度となる。

図１５は角度強度分布整形部材３１０ａの構成を示す構成図である。図１５に示すように、角度強度分布整形部材３１０ａは、光入射面３１１ａａに微細光学構造３３３を有している。微細光学構造３３３は、入射する光の進行方向を屈折により変化させる作用を有する。図１５に示すように、例えば、微細光学構造３３３は、円柱の側面形状が凹形状として光入射面３１１ａａに形成されている。微細光学構造３３３の凹形状は、ｙ軸方向に一定間隔で形成されている。ここで、円柱の中心軸はｚ軸と平行である。図１５で示した凹形状は、中心軸を通る平面と平行な面で円柱を切断した側面形状である。微細光学構造３３３をｘｙ平面で切断した断面は、第２の光源３０１ａおよび３０１ｂ側に凹形の円弧形状をしている。また、光入射面３１１ａａをｚｘ平面で切断した断面は、ｚ軸方向に延びる直線形状をしている。角度強度分布整形部材３１０ｂ，３１０ｃは、３１０ａと同様の形状を有する。

本実施の形態３に係る角度強度分布整形部材３１０の微細光学構造３３３は、ｘｙ平面上で、半径４０μｍの凹形の円弧形状である。円弧形状の中心は、各光入射面３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ａｃと平行な平面上にある。凹形の深さは２０μｍである。円弧形状の間隔は、円弧の中心の間隔で８０μｍである。

光入射面３１１ａに入射する第２の光線Ｌ３２は、光入射面３１１ａに入射する際に微細光学構造３３３により拡散する。したがって、角度強度分布整形部材３１０に入射した第２の光線Ｌ３２の角度強度分布の全角は、第２の光源３０１から出射した直後の角度強度分布の全角と比べて大きくなる。また、第２の光線Ｌ３２はランダムな方向に進む。なお、角度強度分布整形部材３１０は、角度強度分布整形部材３１０ａ、角度強度分布整形部材３１０ｂおよび角度強度分布整形部材３１０ｃをまとめて表している。光入射面３１１ａは、光入射面３１１ａａ、光入射面３１１ａｂおよび光入射面３１１ａｃをまとめて表している。第２の光線Ｌ３２は、第２の光線Ｌ３２ａ、第２の光線Ｌ３２ｂ、第２の光線Ｌ３２ｃ、第２の光線Ｌ３２ｄ、第２の光線Ｌ３２ｅおよび第２の光線Ｌ３２ｆをまとめて表している。

第２の光源３０１から出射する第２の光線Ｌ３２は、ｘｙ平面上において、全角が３５度の狭い角度強度分布を有する。角度強度分布の形状は略ガウシアン分布をしている。第２の光線Ｌ３２ａは、角度強度分布整形部材３１０ａの中で、第２の光線Ｌ３２ｂと足し合わされる。第２の光線Ｌ３２ａは、レーザ発光素子３０１ａから出射する。第２の光線Ｌ３２ｂは、レーザ発光素子３０１ｂから出射する。第２の光線Ｌ３２ａおよび第２の光線Ｌ３２ｂの両方は、角度強度分布整形部材３１０ａに入射する。

第２の光線Ｌ３２ｃは、角度強度分布整形部材３１０ｂの中で、第２の光線Ｌ３２ｄと足し合わされる。第２の光線Ｌ３２ｃは、レーザ発光素子３０１ｃから出射する。第２の光線Ｌ３２ｄは、レーザ発光素子３０１ｄから出射する。第２の光線Ｌ３２ｃおよび第２の光線Ｌ３２ｄの両方は、角度強度分布整形部材３１０ｂに入射する。

第２の光線Ｌ３２ｅは、角度強度分布整形部材３１０ｃの中で、第２の光線Ｌ３２ｆと足し合わされる。第２の光線Ｌ３２ｅは、レーザ発光素子３０１ｅから出射する。第２の光線Ｌ３２ｆは、レーザ発光素子３０１ｆから出射する。第２の光線Ｌ３２ｅおよび第２の光線Ｌ３２ｆの両方は、角度強度分布整形部材３１０ｃに入射する。

図１５に示すように、角度強度分布整形部材３１０ａは、ｙ軸方向の側面に角度強度分布を調整する調整面３１１ｄ，３１１ｅを有する。調整面３１１ｄ，３１１ｅは、ｘｙ平面上において凹形状の円弧形状をしている。また、ｙｚ平面で切断された断面はｚ軸方向に延びる直線状である。角度強度分布整形部材３１０ｂ，３１０ｃは、角度強度分布整形部材３１０ａと同じ形状であるため、調整面３１１ｄ，３１１ｅを有する。

角度強度分布整形部材３１０ａにおいて、調整面３１１ｄは、第２の光源３０１ａに対して−ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ３２ａの光束のうち、−ｙ軸方向に出射した光線が調整面３１１ｄで反射する。調整面３１１ｅは、第２の光源３０１ｂに対して＋ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ３２ｂの光束のうち、＋ｙ軸方向に出射した光線が調整面３１１ｅで反射する。

調整面３１１ｄ，３１１ｅが無い場合、これらの光線は、第２の光線Ｌ３２ａおよびＬ３２ｂを足し合わせた光束の最も外側の光となる。つまり、これらの光線は、角度強度分布整形部材３１０ａの光出射面３１１ｃにおける角度強度分布の最外角の光線となる。これらの光は、調整面３１１ｄ，３１１ｅで反射して進行方向を変える。このとき、調整面３１１ｄ，３１１ｅに入射する光線Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂの入射角を調整することにより、光線Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂの進行方向を調整できる。つまり、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を変更することにより、第２の光線Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂを足し合わせた光線の角度強度分布の形状を調整することができる。第２の光線Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂを足し合わせた光線とは、光出射面３１１ｃから出射する光線である。なお、これらの光線とは、第２の光線Ｌ３２ａの光束のうち−ｙ軸方向に出射した光線と第２の光線Ｌ３２ｂの光束のうち＋ｙ軸方向に出射した光線とである。

角度強度分布整形部材３１０ｂにおいて、調整面３１１ｄは、第２の光源３０１ｃに対して−ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ３２ｃの光束のうち、−ｙ軸方向に出射した光線が調整面３１１ｄで反射する。調整面３１１ｅは、第２の光源３０１ｄに対して＋ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ３２ｄの光束の内、＋ｙ軸方向に出射した光線が調整面３１１ｅで反射する。

調整面３１１ｄ，３１１ｅが無い場合、これらの光線は、第２の光線Ｌ３２ｃおよびＬ３２ｄを足し合わせた光束の最も外側の光となる。つまり、これらの光線は、角度強度分布整形部材３１０ｂの光出射面３１１ｃにおける角度強度分布の最外角の光線となる。これらの光は、調整面３１１ｄ，３１１ｅで反射して進行方向を変える。このとき、調整面３１１ｄ，３１１ｅに入射する光線Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｄの入射角を調整することにより、光線Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｄの進行方向を調整できる。つまり、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を変更することにより、第２の光線Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｄを足し合わせた光線の角度強度分布の形状を調整することができる。第２の光線Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｄを足し合わせた光線とは、光出射面３１１ｃから出射する光線である。なお、これらの光線とは、第２の光線Ｌ３２ｃの光束のうち−ｙ軸方向に出射した光線と第２の光線Ｌ３２ｄの光束のうち＋ｙ軸方向に出射した光線とである。

角度強度分布整形部材３１０ｃにおいて、調整面３１１ｄは、第２の光源３０１ｅに対して−ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ３２ｅの光束のうち、−ｙ軸方向に出射した光線が調整面３１１ｄで反射する。調整面３１１ｅは、第２の光源３０１ｆに対して＋ｙ軸方向の側面に形成されている。そして、第２の光線Ｌ３２ｆの光束の内、＋ｙ軸方向に出射した光線が調整面３１１ｅで反射する。

調整面３１１ｄ，３１１ｅが無い場合、これらの光線は、第２の光線Ｌ３２ｅおよびＬ３２ｆを足し合わせた光束の最も外側の光となる。つまり、これらの光線は、角度強度分布整形部材３１０ｃの光出射面３１１ｃにおける角度強度分布の最外角の光線となる。これらの光は、調整面３１１ｄ，３１１ｅで反射して進行方向を変える。このとき、調整面３１１ｄ，３１１ｅに入射する光線Ｌ３２ｅ，Ｌ３２ｆの入射角を調整することにより、光線Ｌ３２ｅ，Ｌ３２ｆの進行方向を調整できる。つまり、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を変更することにより、第２の光線Ｌ３２ｅ，Ｌ３２ｆを足し合わせた光線の角度強度分布の形状を調整することができる。第２の光線Ｌ３２ｅ，Ｌ３２ｆを足し合わせた光線とは、光出射面３１１ｃから出射する光線である。なお、これらの光線とは、第２の光線Ｌ３２ｅの光束のうち−ｙ軸方向に出射した光線と第２の光線Ｌ３２ｆの光束のうち＋ｙ軸方向に出射した光線とである。

上記のとおり、本実施の形態３においては、角度強度分布整形部材３１０の調整面３１１ｄ，３１１ｅを凹形状の円弧形状としている。調整面３１１ｄは、第２の光線Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｅの−ｙ軸側の光線を＋ｙ軸方向に向けることができる。調整面３１１ｅは、第２の光線Ｌ３２ｂ，Ｌ３２ｄ，Ｌ３２ｆの＋ｙ軸側の光線を−ｙ軸方向に向けることができる。この結果、調整面３１１ｄ，３１１ｅが無かった場合に、第２の光線Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂを足し合わせた光線の最外角となる光線の進行方向を、角度中心付近に近づけることができる。また、第２の光線Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｄを足し合わせた光線の最外角となる光線の進行方向を、角度中心付近に近づけることができる。第２の光線Ｌ３２ｅ，Ｌ３２ｆを足し合わせた光線の最外角となる光線の進行方向を、角度中心付近に近づけることができる。

なお、本実施の形態３の角度強度分布整形部材３１０は、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を凹形の円弧形状とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を凸形状の円弧形状や直線形状としてもよい。また、複数の凹形の円弧形状を複数配列した形状としてもよい。調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状は、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布を必要な形状とするために変更することができる。

本実施の形態３においては、角度強度分布整形部材３１０は、３つの角度強度分布整形部材３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃで構成されている。角度強度分布整形部材３１０ｂ，３１０ｃは角度強度分布整形部材３１０ａと同様の形状および機能を有する。

なお、本実施の形態３においては、角度強度分布整形部材３１０は３つの角度強度分布整形部材３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃで構成されるとしたが、本発明は３個に限るものではない。面発光導光板１５の光入射面１５ｃの長辺方向（ｙ軸方向）に配置するのであれば、個数を多くする構成としてもよい。また、光源３０１が備えるレーザ発光素子の数などによっても角度強度分布整形部材３１０の数は増減する。

ｘｙ平面上において、第２の光源３０１から出射した第２の光線Ｌ３２の角度強度分布は、角度強度分布整形部材３１０を介すことにより調整される。角度強度分布整形部材３１０の調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を最適化することによって、光出射面３１１ｃから出射される際の第２の光線Ｌ３２の角度強度分布を、所望の形状に整形できる。光出射面３１１ｃは、角度強度分布整形部材３１０の光出射面である。

本実施の形態３において、角度強度分布整形部材３１０の調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状は、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ３２の角度強度分布が面発光導光板１５に入射した直後の第１の光線Ｌ３１の角度強度分布と略近似するように最適化される。

図１３に示すように、角度強度分布整形部材３１０は、光入射面３１１ａ、傾斜面３１１ｂおよび光出射面３１１ｃを有している。光出射面３１１ｃは、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａに対向している。傾斜面３１１ｂは、ｘｙ平面に対して略４５度の角度で傾斜している。傾斜面３１１ｂは、第２の光線Ｌ３２の進行方向を−ｘ軸方向から略＋ｚ軸方向に変更する。すなわち、第２の光線Ｌ３２は、傾斜面３１１ｂで反射して進行方向を略＋ｚ軸方向に変える。第２の光線Ｌ３２の屈折は、角度強度分布整形部材３１０と空気層との界面における屈折率差により生じる。

ｚｘ平面上で見た第２の光線Ｌ３２の挙動について説明する。第２の光線Ｌ３２は、第２の光源３０１から出射する。第２の光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０の光入射面３１１ａから角度強度分布整形部材３１０に入射する。第２の光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０と空気層との界面で全反射をして角度強度分布整形部材３１０内を−ｘ軸方向に進行する。第２の光線Ｌ３２は、傾斜面３１１ｂに達し、傾斜面３１１ｂで反射して略＋ｚ軸方向に進行方向を変える。進行方向を変えた第２の光線Ｌ３２は、光出射面３１１ｃから出射した後に、シリンドリカルミラー２０２で反射して光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。シリンドリカルミラー２０２は光路変更部材としての機能を有する。

ｚｘ平面上で見て、角度強度分布整形部材３１０内を伝播する第２の光線Ｌ３２は、光出射面３１１ｃと光出射面３１１ｃと対向する面３１１ｆにおいて全反射しながら−ｘ軸方向に進行する。光出射面３１１ｃとそれに対向する面３１１ｆは平行である。また、第２の光線Ｌ３２の光線の軸はそれらの面に平行である。したがって、角度強度分布整形部材３１０内を伝播する第２の光線Ｌ３２の角度強度分布は保存される。つまり、光出射面３１１ｃから出射した第２の光線Ｌ３２のｚｘ平面における角度強度分布は、第２の光源３０１から出射した直後の第２の光線Ｌ３２のｚｘ平面における角度強度分布と同じである。光出射面３１１ｃから出射した後、シリンドリカルミラー３０２に入射した第２の光線Ｌ３２は、光反射面３０２ａで反射し、進行方向を面発光導光板１５の光入射面１５ｃに向ける（略＋ｘ軸方向に向ける）。

第１の光源１９から出射する第１の光線Ｌ３１は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。同様に、第２の光源３０１から出射した第２の光線Ｌ３２は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。第１の光線Ｌ３１は、第１の光源１９から略＋ｘ軸方向（図１３における右方向）に、光入射面１５ｃに向けて出射する。このとき、第１の光線３１の光線の軸の軸は、面発光導光板１５の基準平面（図１３のｘｙ平面）と略平行である。

第２の光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０の中を伝播し、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａで反射する。その後、第２の光線Ｌ３２は、面発光導光板１５の光入射面１５ｃに向けて進む。このとき、シリンドリカルミラー２０２は、次に示す２つの機能を有する。第１の機能は、ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ３２の光線の軸を面発光導光板１５の基準平面に対し任意の角度に傾ける機能である。基準平面は図１３のｘｙ平面である。第２の機能は、ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布を任意の形状に変える機能である。ｚｘ平面は、面発光導光板１５の基準平面と直交する平面である。以下、ｚｘ平面と平行な面を面発光導光板１５の厚み方向の平面と呼ぶ。ここで、主光線の軸とは、任意の平面における角度強度分布の加重平均の角度方向の光線の軸である。

第２の光線Ｌ３２は、シリンドリカルミラー２０２で反射した後、面発光導光板１５に入射する。ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ３２の光線の軸は、面発光導光板１５の基準平面に対し任意の角度で傾いている。第２の光線Ｌ３２は、この角度を有しながら混合領域１５ｅの中を＋ｘ軸方向に伝播する。

ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ３２は、混合領域１５ｅの表面１５ａと背面１５ｂとで反射をしながら伝播する。このとき、第２の光線Ｌ３２は自らの発散角により発散しながら伝播する。このため、ｚｘ平面上で見て、第２の光線Ｌ３２は、面発光導光板１５の表面１５ａおよび背面１５ｂで折り返される。そして、第２の光線Ｌ３２は重ね合わされる。そして、第２の光線Ｌ３２の光束は、面発光導光板１５の厚みと同等の大きさの光束の直径になる。

これにより、混合領域１５ｅから領域１５ｆに出射する第２の光線Ｌ３２のｚｘ平面における角度強度分布は、混合領域１５ｅに入射した際の第２の光線Ｌ３２の角度強度分布とこれを面発光導光板１５の基準平面に対して対称に折り返した角度強度分布とを足し合わせた分布形状となる。

第１の光源１９から出射する第１の光線Ｌ３１は、例えば、青緑色の光線である。第２の光源３０１から出射する第２の光線Ｌ３２は、例えば、赤色の光線である。第１の光線Ｌ３１は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。また、第２の光線Ｌ３２は、光入射面１５ｃから面発光導光板１５に入射する。混合領域１５ｅは、第１の光線Ｌ３１と第２の光線Ｌ３２とを混合する機能を有する。２種類の光線Ｌ３１，Ｌ３２は、角度強度分布整形領域１５ｅを伝播することにより混合され、混合光線Ｌ３３となる。混合光線Ｌ３３は、例えば、白色の光線である。なお、混合領域１５ｅは光入射面１５ｃの近傍に配置されている。

混合光線Ｌ３３は、微小光学素子１６により照明光Ｌ３４に変換される。微小光学素子１６は、面発光導光板１５の背面１５ｂに備えられている。照明光Ｌ３４は、略＋ｚ軸方向に進行し、液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて進む。照明光Ｌ３４は、第２の光学シート１３および第１の光学シート１２を透過して液晶パネル１１の背面１１ｂを照射する。第１の光学シート１２は、面発光導光板１５の発光面１５ａから出射された照明光Ｌ３４を、液晶パネル１１の背面１１ｂに向ける機能を持つ。第２の光学シート１３は、照明光Ｌ３４による細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能を持つ。

面発光導光板１５に入射する２種類の光線Ｌ３１，Ｌ３２の角度強度分布が異なる場合、各光線が面発光導光板１５によって生成される面状光の面内輝度分布は異なる分布を有する。面内輝度分布とは、図１３のｘｙ平面における輝度分布である。従って、例えば光線Ｌ３１が青緑色であり、光線Ｌ３２が赤色の光線である場合、面状の照明光Ｌ３４は、ｘｙ平面内で色むらを生じてしまう。照明光Ｌ３４は、２つの光線Ｌ３１，Ｌ３２が生成する面状の光である。

しかしながら、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０により第２の光線Ｌ３２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を、第１の光線Ｌ３１の角度強度分布に略等しい形状とすることができる。また、本実施の形態３の面光源装置４００は、シリンドリカルミラー２０２および混合領域１５ｅにより、第２の光線Ｌ３２のｚｘ平面上で見た角度強度分布を、第１の光線Ｌ３１の角度強度分布と略等しい形状に整形することができる。そのため、面状の照明光Ｌ３４において面内の色むらを抑制することが可能となる。特に、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０に調整面３１１ｄ，３１１ｅを備える。これにより、光線Ｌ３２のｘｙ平面における角度強度分布を極め細やかに調整し、より光線Ｌ３１の角度強度分布に近似することが可能である。したがって、より色むらの抑制に効果的である。面内の色むらとは、任意の平面において、２次元で表される位置における色むらである。本実施の形態３では、任意の平面はｘｙ平面である。

局所点灯制御により、一部の光源を点灯して面状の照明光Ｌ３４をｘｙ平面内で局所的に光らせた場合、面発光導光板１５に入射する光線Ｌ３１，Ｌ３２の角度強度分布が照明光Ｌ３４の面内輝度分布に略投影される。具体的には、照明光Ｌ３４の面内輝度分布は、光入射面１５ｃから面１５ｄに向けて、光線Ｌ３１，Ｌ３２の角度強度分布と略等しい角度でｘｙ平面内に広がる。光入射面１５ｃは、点灯する光源と対向する面発光導光板１５の側面である。面１５ｄは、光入射面１５ｃと対向する側面である。従って、異なる色を有する２種類の光線Ｌ３１，Ｌ３２の角度強度分布の間に差異がある場合、局所点灯制御時の照明光Ｌ３４は、ｘｙ平面内で色むらを有してしまう。

しかしながら、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０により第２の光線Ｌ３２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を、第１の光線Ｌ３１の角度強度分布に略等しい形状とすることができる。特に、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０に調整面３１１ｄ，３１１ｅを備える。これにより、光線Ｌ３２のｘｙ平面における角度強度分布を極め細やかに調整し、より光線Ｌ３１の角度強度分布に近似することが可能である。そのため、局所点灯制御時の面状の照明光Ｌ３４において面内の色むらを抑制することが可能となる。面内の色むらとは、任意の平面において、２次元で表される位置における色むらである。本実施の形態３では、任意の平面はｘｙ平面である。

また、角度強度分布整形部材３１０の調整面３１１ｄ，３１１ｅにより、光源が１種類の場合にも適用できる。例えば、実施の形態３において、第１の光源１９がなく、第２の光源３０１が白色のＬＥＤあるいはレーザを用いた光源の場合でも適用できる。

この場合でも、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０に調整面３１１ｄ，３１１ｅを備える。これにより、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０により第２の光線Ｌ３２のｘｙ平面上で見た角度強度分布を極め細やかに調整することができる。そのため、局所点灯制御時の面状の照明光Ｌ３４において面内の輝度色むらを抑制することが可能となる。

また、この場合、角度強度分布整形部材３１０を面発光導光板１５と同一の平面上に配置することもできる。角度強度分布整形部材３１０を実施の形態１の角度強度分布整形部材１１０のように、光折返し部３２２を有しない形状とする。その場合、角度強度分布整形部材１１０の光出射面１１０ｃのように、光入射面３１１ａに対向する側面が光出射面となる。この光出射面を面発光導光板１５の光入射面１５ｃに結合することができる。この場合、混合領域１５ｅは不要となる。また、面発光導光板１５と角度強度分布整形部材３１０とを一体で形成することもできる。

また、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０に調整面３１１ｄ，３１１ｅを備えることにより、角度強度分布整形部材３１０から出射される光量を増大することができる。その理由を以下に述べる。

光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０の光入射面３１１ａから入射し、その内部を伝播後、光出射面３１１ｃに達する。光出射面３１１ｃに達した光線Ｌ３２のうち、光出射面３１１ｃへの入射角度が全反射条件を満たす光は、光出射面３１１ｃにおいて全反射され、光入射面３１１ａの方向に戻される。すなわち、光出射面３１１ｃから後続の光学系に向けて、出射されない。後続の光学系とは、本実施の形態３の面光源装置４００においてはシリンドリカルミラー２０２である。従って、面発光導光板１５に入射する光量が減り、面光源装置４００から発される面状光の輝度を低下させてしまう。ここで、光出射面３１１ｃへの光線Ｌ３２の入射角度における全反射条件とは、角度強度分布整形部材３１０と空気層との屈折率差によりスネルの法則から導かれる臨界角のことである。

しかしながら、本実施の形態３の面光源装置４００は、角度強度分布整形部材３１０の調整面３１１ｄ，３１１ｅにより、光線Ｌ３２の角度強度分布を極め細やかに調整することができる。このため、光線Ｌ３２のうち光出射面３１１ｃへの入射角度が全反射条件を満たす光を、全反射条件を満たさない光に変換することができる。従って、角度強度分布整形部材３１０から出射される光量を増加することが可能となる。つまり、光源３０１から出射される光量に対する照明光Ｌ３４の輝度を向上させ、面光源装置４００の低消費電力化を可能にする。

また、実施の形態３において、調整面３１１ｄ，３１１ｅは角度強度分布整形部材３１０の内側に凸の形状としている。調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状は、例えば、平面形状や角度強度分布整形部材３１０の外側に凸の形状とすることができる。つまり、第２の光線Ｌ３２の一部が調整面３１１ｄ，３１１ｅで反射することで、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布を調整することができる。しかし、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を平面形状や角度強度分布整形部材３１０の外側に凸の形状とする場合、第２の光線Ｌ３２が調整面３１１ｄ，３１１ｅで反射する際の全反射の条件を確保することが難しくなる。また、調整面３１１ｄ，３１１ｅの形状を平面形状とする場合、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布を極め細やかに制御することが困難となる。

また、実施の形態３において、調整面３１１ｄ，３１１ｅは曲面で形成されている。しかし、調整面３１１ｄ，３１１ｅは、平面を連結した形状とすることができる。なぜなら、第２の光線Ｌ３２の一部が調整面３１１ｄ，３１１ｅで反射することで、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布を調整することができるからである。なお、調整面３１１ｄ，３１１ｅを曲面で形成した方が、角度強度分布を細やかに調整することができる。

光反射シート１７は、面発光導光板１５の背面１５ｂに対向して配置されている。混合光線Ｌ３３のうちの面発光導光板１５の背面１５ｂから出射した光は、光反射シート１７で反射して、面発光導光板１５の背面１５ｂに向けて進む。その後、その光は、面発光導光板１５を通過して、発光面１５ａから液晶パネル１１の背面１１ｂに向けて照明光Ｌ３４として出射する。また、混合光線Ｌ３３のうち、微小光学素子１６に入射した光線も、照明光Ｌ３４として出射される。

なお、上記の説明では、角度強度分布整形部材３１０の傾斜面３１１ｂは、ｘｙ平面に対して略４５°の角度で傾斜しているが、本発明は、これに限られるものではない。傾斜面３１１ｂに対する第２の光線Ｌ３２の入射角は、全反射の条件から設定される。全反射の条件は、臨界角θｔおよび第２の光線Ｌ３２の角度強度分布の半角から求められる。

また、第２の光線Ｌ３２の最適な光路を作るために、光出射面３１１ｃ、シリンドリカルミラー２０２および面発光導光板１５などの構成要素と傾斜面３１１ｂとの位置関係によって傾斜面３１１ｂの傾斜角を変更してもよい。また、第２の光線Ｌ３２の最適な光路を作るために、傾斜面３１１ｂの傾斜角に代えてシリンドリカルミラー２０２の配置位置および形状を変更してもよい。

傾斜面３１１ｂの傾斜角やシリンドリカルミラー２０２の配置位置などの調整は、次の３つの目的のために行う。第１の目的は、第２の光線Ｌ３２をシリンドリカルミラー２０２に効率良く入射させ、また、面発光導光板１５に効率良く入射させるためである。第２の目的は、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ３２の光線の軸が、ｚｘ平面上で見て、面発光導光板１５の基準平面に対して任意の角度で傾くことである。第３の目的は、面発光導光板１５に入射した直後の第２の光線Ｌ３２が、ｚｘ平面上で見て、任意の角度強度分布を有することである。

第２の光源３０１とシリンドリカルミラー２０２との位置関係などは、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布、第２の光線Ｌ３２の光束の大きさ（直径）、シリンドリカルミラー２０２の曲率および面発光導光板１５の厚みなどに応じて設定される。また、シリンドリカルミラー２０２と面発光導光板１５との位置関係などは、第２の光線Ｌ３２の角度強度分布、第２の光線Ｌ３２の光束の大きさ（直径）、シリンドリカルミラー２０２の曲率および面発光導光板１５の厚みなどに応じて設定される。したがって、各条件が異なる場合は、各部材の位置関係などを最適化する必要がある。位置関係などとは、各構成要素の配置位置および反射面の傾きなどで、光線の光路を決める各構成要素どうしの関係である。

また、図１３において、角度強度分布整形部材３１０は面発光導光板１５と平行に配置されている。また、第２の光線Ｌ３２は第２の光源３０１から面発光導光板１５と平行な方向に出射されている。しかし、本発明はこれに限るものではない。

例えば、角度強度分布整形部材３１０の光入射面３１１ａは、光反射シート１７から離れた位置に配置されてもよい。つまり、角度強度分布整形部材３１０はｘｙ平面に対して傾斜する。これにより、第２の光源３０１やその周辺の部材が大きい場合でも、角度強度分布整形部材３１０の光出射面３１０ｃの位置をシリンドリカルミラー２０２に近接させて配置できる。このため、光出射面３１０ｃから出射した第２の光線Ｌ３２がシリンドリカルミラー２０２に入射するまでの間に生じる得る光損失を抑制することができる。第２の光源３０１の周辺の部材とは、例えば第２の光源３０１の保持部材などである。

なお、角度強度分布整形部材３１０を面発光導光板１５に対し傾けて配置する場合、第２の光源３０１は、第２の光線Ｌ３２の光線の軸が光出射面３１１ｃおよび面３１１ｆと平行となるように配置される。このことにより、角度強度分布整形部材３１０の光折返し部３２２における光反射角度の制御が容易となる。なお、第２の光源３０１は、角度強度分布整形部材３１０の光入射面３１１ａと対向して配置されている。

また、傾斜面３１１ｂの傾斜角は、次に示す３つの要件を考慮して決められる。第１の要件は、角度強度分布整形部材３１０の光折返し部３２２に入射する第２の光線Ｌ３２の光線の軸の方向に対する光折返し部３２２から出射する第２の光線Ｌ３２の光線の軸の方向である。第２の要件は、シリンドリカルミラー２０２に入射する第２の光線Ｌ３２の光線の軸の方向に対するシリンドリカルミラー２０２から出射する第２の光線Ｌ３２の光線の軸の方向である。第３の要件は、傾斜面３１１ｂに入射する第２の光線Ｌ３２が傾斜面３１１ｂで全反射の条件を満たすことである。これらの３要件を満たして第２の光線Ｌ３２の光線の軸と傾斜面３１１ｂとの角度を設定することで、傾斜面３１１ｂにおける光損失を抑制することが可能となる。

また、実施の形態３における角度強度分布整形部材３１０の薄型化は、シリンドリカルミラー２０２の小型化につながる。これは、傾斜面３１１ｂから出射する線状の光の厚みが薄くなるためである。また、角度強度分布整形部材３１０の薄型化は、面発光導光板１５の薄型化にもつながる。これは、シリンドリカルミラー２０２のｚ軸方向の寸法が小さくなるためである。そのため、厚みの薄い角度強度分布整形部材３１０を用いることが望ましい。しかし、厚みを薄くすると角度強度分布整形部材３１０の剛性が低下するため、角度強度分布整形部材３１０の剛性が低下しすぎない範囲で薄型化することが望ましい。

角度強度分布整形部材３１０からシリンドリカルミラー２０２に向けて出射される第２の光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０を進行することにより、ｚｘ平面において角度強度分布整形部材３１０の厚みと同じ光束の直径を有する線状の光となる。

また、第２の光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０内を進行する際、光出射面３１１ｃおよび面３１１ｆの２つの面で反射しながら−ｘ軸方向に進む。面３１１ｆは、光出射面３１１ｃと対向する面である。光出射面３１１ｃは面３１１ｆと平行である。また、第２の光線Ｌ３２の光線の軸は、光出射面３１１ｃおよび面３１１ｆの２つの面と平行である。

このため、光出射端３１０ｃから出射する第２の光線Ｌ３２は、第２の光源３０１から出射した直後の角度強度分布とほぼ同じ角度強度分布を持つ光線となる。つまり、光出射端３１０ｃから出射する第２の光線Ｌ３２は、角度強度分布整形部材３１０から出射する２次光源とみなすことができる。

一方、シリンドリカルミラー２０２の反射面２０２ａのｚｘ平面による断面は凹形状の円弧形状をしている。この場合、この反射面２０２ａの円弧形状の接線と第２の光線Ｌ３２の光束を構成する各光線との成す角度は、一定の幅を持つ値となる。つまり、反射面２０２ａは平行光を広げる効果を有する。したがって、本実施の形態３の面光源装置３００は、シリンドリカルミラー２０２によって第２の光線Ｌ３２の角度強度分布の全角を広げることが可能となる。

また、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。また、略正方形、略９０度および略平行など「略」または「ほぼ」などの用語をつけた表現を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。例えば、「略−ｚ軸方向」も、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを含む用語である。このため、請求の範囲に例え「略」を記載しない場合であっても製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むものである。また、請求の範囲に「略」を記載した場合は製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを示している。

１ 液晶表示装置、 １１ 液晶パネル、 １１ａ 表示面、 １１ｂ 背面、 １２ 第１の光学シート、 １３ 第２の光学シート、 １５ 面発光導光板、 １５ａ 表面、 １５ｂ 背面、 １５ｃ 光入射面、 １５ｄ 側面、 １５ｅ 混合領域、 １５ｆ 領域、 １６ 微小光学素子、 １７ 光反射シート、 １８，１９ 第１の光源、 ２１ 制御部、 ２２ 液晶パネル駆動部、 ２３ 光源駆動部、 ２５ 映像信号、 ２６ 液晶パネル制御信号、 ２７ 光源制御信号、 １００，２００，３００，４００ 面光源装置、 １０１，２０１，３０１ 第２の光源、 １０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅ，２０１ｆ，３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ，３０１ｆ レーザ発光素子、 １０２，２０２ シリンドリカルミラー、 １０２ａ，２０２ａ 反射面、 １１０，２１０，３１０，２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ，３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ 角度強度分布整形部材、 １１０ａ，２１１ａ，３１１ａ，１１０ａａ，１１０ａｂ，１１０ａｃ，１１０ａｄ，１１０ａｅ，１１０ａｆ，２１１ａａ，２１１ａｂ，２１１ａｃ，２１１ａｄ，２１１ａｅ，２１１ａｆ，３１１ａａ，３１１ａｂ，３１１ａｃ 光入射面、 ２１１ｂ，３１１ｂ 傾斜面、 １１０ｃ，２１１ｃ，３１１ｃ 光出射面、 ２１１ｄ，２１１ｅ，３１１ｄ，３１１ｅ 調整面、 ２１１ｆ，３１１ｆ 面、 １１１，３３３ 微細光学構造、 ２２１ 板状部、 ２２２，３２２ 光折返し部、 Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１ 第１の光線、 Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２，Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ，Ｌ１２ｃ，Ｌ１２ｄ，Ｌ１２ｅ，Ｌ１２ｆ，Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂ，Ｌ２２ｃ，Ｌ２２ｄ，Ｌ２２ｅ，Ｌ２２ｆ，Ｌ３２ａ，Ｌ３２ｂ，Ｌ３２ｃ，Ｌ３２ｄ，Ｌ３２ｅ，Ｌ３２ｆ 第２の光線、 Ｌ１３，Ｌ２３，Ｌ３３ 混合光線、 Ｌ１４，Ｌ２４，Ｌ３４ 照明光、 １８０，１２０，１２１ａ，１２１ｂ，１２２ 角度強度分布。

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、光の角度強度分布を細やかに調整することで、コンパクトな構成で光強度むらを抑えた光混合ユニット、面光源装置および液晶表示装置、並びに、角度強度分布整形部材を得ることを目的とする。また、特性の異なる複数の光源を用いた場合でも、色むらを抑えた光混合ユニット、面光源装置および液晶表示装置を得ることを目的とする。なお、バックライト装置は液晶表示素子の表示面を照明する光源であるので面光源装置としての機能を有する。

本発明に係る角度強度分布整形部材は、
幅方向の長さが該幅方向に直交する厚み方向の長さよりも長い第１の面であって、光源から出射された光線が入射する前記第１の面と、
前記第１の面から入射した前記光線の前記幅方向の角度強度分布の全角を前記光源から出射された直後の光線の前記幅方向の角度強度分布の全角よりも広げる少なくとも１つの調整面を含み、前記第１の面から入射した前記光線が全反射して伝播する板形状の光路を形成する第２の面と、
前記少なくとも１つの調整面によって前記幅方向の前記角度強度分布の全角が広げられた前記光線を出射する第３の面とを有する。
また、本発明に係る面光源装置は、
少なくとも１つの上記角度強度分布整形部材と、前記角度強度分布整形部材の前記第１の面に入射する前記光線を発する光源と、
前記光源から出射された直後の前記光線よりも広い角度強度分布を有する他の光線を出射する他の光源と、
表面と裏面と該表面及び該裏面の間を繋ぐ側面とを有する板形状の面発光導光板であって、前記角度強度分布整形部材の前記第３の面から出射された前記光線と前記他の光源から出射された前記他の光線とが前記側面から入射し、該側面から入射された前記光線及び前記他の光線を前記表面から面状の光として出射する前記面発光導光板とを備える。

本発明の一態様に係る角度強度分布整形部材は、
幅方向の長さが該幅方向に直交する厚み方向の長さよりも長い第１の面であって、光源から出射された光線が入射する前記第１の面と、
前記第１の面から入射した前記光線の前記幅方向の角度強度分布の全角を前記光源から出射された直後の光線の前記幅方向の角度強度分布の全角よりも広げる少なくとも１つの調整面を含み、前記第１の面から入射した前記光線が全反射して伝播する板形状の光路を形成する第２の面と、
前記少なくとも１つの調整面によって前記幅方向の前記角度強度分布の全角が広げられた前記光線を出射する第３の面とを有し、
前記少なくとも１つの調整面は、前記光路を挟んで向かい合う複数の調整面であり、
前記第１の面は、複数の光入射面を含み、
前記複数の光入射面の内の隣り合う１対の光入射面は、互いに異なる方向を向き、
前記光源から出射された前記光線は、複数本の光線を含み、
前記複数本の光線の内の隣り合う１対の光線は、互いに異なる方向に進み、
前記複数本の光線は、前記複数の光入射面にそれぞれ入射する。
さらに、本発明の他の態様に係る角度強度分布整形部材は、
幅方向の長さが該幅方向に直交する厚み方向の長さよりも長い第１の面であって、光源から出射された光線が入射する前記第１の面と、
前記第１の面から入射した前記光線の前記幅方向の角度強度分布の全角を前記光源から出射された直後の光線の前記幅方向の角度強度分布の全角よりも広げる少なくとも１つの調整面を含み、前記第１の面から入射した前記光線が全反射して伝播する板形状の光路を形成する第２の面と、
前記少なくとも１つの調整面によって前記幅方向の前記角度強度分布の全角が広げられた前記光線を出射する第３の面とを有し、
前記少なくとも１つの調整面は、前記光路を挟んで向かい合う複数の調整面であり、
当該複数の調整面により、前記光路の幅は前記光線の進行方向に向けて広くなり、
１つの前記第１の面から入射した前記光線の前記幅方向の角度強度分布の両端の最外角近傍の光線は、前記複数の調整面のいずれかで反射される。
また、本発明に係る面光源装置は、
少なくとも１つの上記角度強度分布整形部材と、前記角度強度分布整形部材の前記第１の面に入射する前記光線を発する光源と、
前記光源から出射された直後の前記光線よりも広い角度強度分布を有する他の光線を出射する他の光源と、
表面と裏面と該表面及び該裏面の間を繋ぐ側面とを有する板形状の面発光導光板であって、前記角度強度分布整形部材の前記第３の面から出射された前記光線と前記他の光源から出射された前記他の光線とが前記側面から入射し、該側面から入射された前記光線及び前記他の光線を前記表面から面状の光として出射する前記面発光導光板とを備える。

Claims (8)

1. 第１の光入射面を有し前記第１の光入射面から入射した光線を面状の光として出射する面発光導光板と、
   前記第１の光入射面に対向して配置され前記第１の光入射面に向けて第１の光線を出射する第１の光源と、
   前記第１の光線よりも狭い角度強度分布を有する第２の光線を出射する第２の光源と、 第２の光入射面を有し前記第２の光線を前記第２の光入射面から入射して前記第１の光入射面に導くと共に、前記第２の光線の角度強度分布を変える角度強度分布整形部材と
   を備える面光源装置。
2. 前記第２の光源は複数の発光部を有し、前記発光部が配置された平面上で、前記発光部の各々が出射する前記第２の光線の出射方向が前記発光部から前記第１の光入射面に向けての光路に対して対称な角度で傾いている請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第２の光線は、前記発光部から出射される前記第２の光線が前記角度強度分布整形部材において足し合わされて、前記角度強度分布整形部材の光出射面で前記第２の光線の角度強度分布が前記第１の光線の角度強度分布と略近似した形状を有する請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記角度強度分布整形部材は、前記第２の光入射面に隣接する側面に調整面を有し、
   前記調整面は前記第２の光線の一部の光線を反射することで前記第２の光線の角度強度分布を整形する請求項１から３のいずれか１項に記載の面光源装置。
5. 前記角度強度分布整形部材は前記第２の光源が配列される方向で分割されている請求項１から４のいずれか１項に記載の面光源装置。
6. 前記第２の光入射面は、前記第２の光線の角度強度分布を調整する光学構造を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の面光源装置。
7. 前記第２の光入射面は前記第２の光線を散乱する光学構造を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の面光源装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の面光源装置を有する液晶表示装置。

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