專利名稱：面光源裝置和使用該面光源裝置的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面光源裝置，尤其是，涉及一種用作圖像顯示單元、照明設(shè)備等的背光或正面光的面光源裝置，而且，本發(fā)明涉及利用該面光源裝置的設(shè)備。
背景技術(shù)：
面光源裝置用作透射型液晶顯示面板的背光等，液晶顯示面板每個(gè)象素透射或遮擋光線，由此產(chǎn)生圖像，但是液晶顯示面板本身不具備發(fā)光的功能，因此，需要用于背光的面光源裝置。
圖1是示出用作背光的傳統(tǒng)面光源裝置的示意性平面圖。面光源裝置21包括發(fā)光部件23(這種發(fā)光部件稱作點(diǎn)光源)，其中，若干個(gè)(優(yōu)選一個(gè))發(fā)光元件，如LED(發(fā)光二極管)芯片聚集在一個(gè)位置，以使之小型化。利用面光源裝置21，點(diǎn)光源形式的發(fā)光部件23布置成與光導(dǎo)板22的側(cè)面(光入射表面22a)相對，該光導(dǎo)板由透明樹脂制成，如聚碳酸酯樹脂，具有高折射率。在光導(dǎo)板22的下側(cè)上，多個(gè)擴(kuò)散圖案24分立地布置在圓弧上，該圓弧以發(fā)光部件23為圓心，并與該發(fā)光部件23同心。如圖2和3(a)所示，在平面圖中觀察時(shí)，相應(yīng)的擴(kuò)散圖案24以三角形凹槽的形式凹陷到光導(dǎo)板22的下側(cè)內(nèi)，沿著以發(fā)光部件23為圓心的虛擬同心圓的圓周方向延伸，并且相應(yīng)擴(kuò)散圖案23的反射表面25的法線平行于在發(fā)光部件23和擴(kuò)散圖案24之間連接的方向(這個(gè)方向稱為r軸方向)指向。而且，擴(kuò)散圖案24在圖案密度方面隨著它們遠(yuǎn)離發(fā)光部件23而逐漸增大。
如圖2所示，對于面光源裝置21，使得發(fā)光部件23發(fā)光，從發(fā)光部件23發(fā)出的光線從光入射表面22a進(jìn)入光導(dǎo)板22，在光導(dǎo)板22的上和下表面上反復(fù)全反射的同時(shí)，傳播到遠(yuǎn)離發(fā)光部件23的側(cè)面。當(dāng)被光導(dǎo)板22下表面上的擴(kuò)散圖案24的反射表面25漫反射的光線L以一小于全反射的臨界角的入射角度入射在光導(dǎo)板22上表面上的光出射表面22b時(shí)，光線從光出射表面22b離開。
對于面光源裝置21，被擴(kuò)散圖案24漫反射的光線L在包含r軸方向并垂直于光出射表面22b的平面內(nèi)散射，但是在被擴(kuò)散圖案24反射后，在所述平面之外不散射，而是筆直前進(jìn)，如在垂直于光出射表面22b的方向上所觀察到的。因此，在關(guān)于發(fā)光部件23的任一方向上出射的光線在量上沒有變化，即使該光線由擴(kuò)散圖案24散射，并且在光導(dǎo)板22內(nèi)透射的光量在各個(gè)取向上從發(fā)光部件23出射的光量。于是，通過使光線L具有隨著從發(fā)光部件23在光導(dǎo)板22內(nèi)沿各個(gè)取向透射光導(dǎo)板22的距離而變化的光量，而使光出射表面22b整體并均勻地發(fā)亮。因此，通過將面光源裝置與透射型液晶顯示面板相結(jié)合，可以制造在寬方向上具有良好可視性的液晶顯示器，并且除此之外，還有利于節(jié)省液晶顯示器的能耗。
用于面光源裝置21的擴(kuò)散圖案24被設(shè)計(jì)成三棱柱形狀，如圖3(a)所示，并且位于反射表面25兩側(cè)上的側(cè)面26被設(shè)計(jì)成垂直于光導(dǎo)板22的后表面。然而，實(shí)際上，擴(kuò)散圖案24的兩個(gè)側(cè)面26稍微傾斜，這是由于通過注模等制造光導(dǎo)板時(shí)產(chǎn)生的成型塌邊(mold sagging)所致。
當(dāng)擴(kuò)散圖案24的兩個(gè)側(cè)面26傾斜時(shí)，從發(fā)光部件23入射到擴(kuò)散圖案24上的光線L中的一部分被擴(kuò)散圖案24的側(cè)面26反射，并且被該側(cè)面26反射的光線L沿不規(guī)則方向散射，如圖3(b)所示，而方向性增加，由此，損害了在光導(dǎo)板22內(nèi)傳播的光線的可控性。而且，由于被所述側(cè)面26反射的光線L在不規(guī)則方向上散射，而成為損失光線Ls，這導(dǎo)致光出射表面22b的亮度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是即使在擴(kuò)散圖案的側(cè)面上產(chǎn)生成型塌邊的情況下，也難于由擴(kuò)散圖案造成光線在不規(guī)則方向上散射。
本發(fā)明提供了一種第一面光源裝置，其包括光源和光導(dǎo)板，通過光導(dǎo)板，自光源引入的光線基本在整個(gè)光出射表面上散開，而從光出射表面離開，并且，其中，多個(gè)用于反射光導(dǎo)板內(nèi)傳播的光線的圖案形成在與光導(dǎo)板的光出射表面相對的表面上，該面光源裝置的特征在于所述各個(gè)圖案構(gòu)造成在從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，光線基本上以固定方向入射，該固定方向由每個(gè)圖案確定，在從光線入射的方向上觀察時(shí)，所述圖案的兩個(gè)側(cè)表面基本上被所述圖案的位于光入射側(cè)的傾斜表面完全遮擋。
利用本發(fā)明的第一面光源裝置，所述各個(gè)圖案構(gòu)造成當(dāng)沿著垂直于光出射表面的方向觀察時(shí)，光線在基本上固定的方向上入射，該固定方向由每個(gè)圖案確定，且在從光入射方向觀察時(shí)，所述圖案的兩個(gè)側(cè)表面被該圖案的位于光入射側(cè)的傾斜表面完全遮擋。在最典型的例子中，在從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，光導(dǎo)路徑在由光導(dǎo)板中各個(gè)位置的每個(gè)位置所確定的固定方向上取向，且在從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，從光源入射到各個(gè)圖案上的光線在前進(jìn)方向不彎曲的情況下前進(jìn)，在被圖案反射后也是如此。此外，從光源的方向觀察時(shí)，所述圖案的兩個(gè)側(cè)面基本上完全由朝向光源的圖案的傾斜表面遮擋。于是，在本發(fā)明的第一面光源裝置中，少量的光線碰撞在圖案的側(cè)面上。因此，即使在光導(dǎo)板上圖案的側(cè)面上產(chǎn)生成型塌邊，最多只有少量的光線入射到產(chǎn)生成型塌邊的圖案的側(cè)面上，因此，光線難于通過圖案的側(cè)面在不規(guī)則方向上散射。因此，利用本發(fā)明的第一面光源裝置，光線在光導(dǎo)板內(nèi)的可控性幾乎不會被光線在圖案側(cè)面上的散射而損害，并且可以改善光出射表面的亮度降低的問題。
本發(fā)明提供了第二面光源裝置，該裝置包括光源和光導(dǎo)板，通過光導(dǎo)板，從光源引入的光線在基本整個(gè)光出射表面上散開，并從光出射表面上出射，其中，多個(gè)用于反射光導(dǎo)板內(nèi)傳播的光線的圖案形成在光導(dǎo)板的光出射表面的相對表面上，所述面光源裝置特征在于所述各個(gè)圖案構(gòu)造成當(dāng)從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，光線以每個(gè)圖案所確定的基本上固定方向入射，并且，位于所述圖案的光入射側(cè)的傾斜表面中的位于光入射側(cè)的相對側(cè)上的部分在寬度上比位于光入射側(cè)上的部分短。
利用本發(fā)明的第二面光源裝置，所述各個(gè)圖案構(gòu)造成在從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，光線沿著每個(gè)圖案所確定的基本上固定方向入射，并且，位于所述圖案的光入射側(cè)的傾斜表面中的位于光入射側(cè)的相對側(cè)上的部分在寬度上比位于光入射側(cè)上的部分短。在最典型地情況下，在從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，光導(dǎo)路徑沿由光導(dǎo)板中各個(gè)位置中的每個(gè)位置所確定的固定方向取向，并且當(dāng)從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，從光源入射到各個(gè)圖案上的光線在前進(jìn)方向不彎曲的情況下前進(jìn)，在由所述圖案反射后也是這樣。除此之外，光導(dǎo)板的圖案的傾斜表面中的遠(yuǎn)離光源的部分在寬度上比靠近光源的部分短，圖案的兩個(gè)側(cè)表面隱藏在朝向光源的光導(dǎo)板的傾斜表面之后。于是，少量的光線撞擊到圖案的側(cè)面。因此，即使在光導(dǎo)板上的圖案的側(cè)面上產(chǎn)生成型塌邊，最多只有少量光線入射到產(chǎn)生成型塌邊的圖案的側(cè)面上，從而，光線幾乎不會通過圖案側(cè)面的反射而在不規(guī)則方向上散射。因此，利用本發(fā)明的面光源裝置，光線在光導(dǎo)板中的可靠性幾乎不會被圖案側(cè)面上的光線散射而損害，并且可以改善光出射表面的亮度降低的問題。
對于本發(fā)明的第一面光源裝置和第二面光源裝置，光源包括點(diǎn)光源，棱鏡片布置在光導(dǎo)板的觀察側(cè)上，在光導(dǎo)板內(nèi)傳播并由所述圖案偏轉(zhuǎn)的光線從光出射表面沿著相對于光導(dǎo)板的光出射表面的法向傾斜的方向出射時(shí)，該光線由棱鏡片偏轉(zhuǎn)。在此，雖然如LED芯片、小型燈的小型發(fā)光元件用作點(diǎn)光源，該發(fā)光元件并一定是單獨(dú)一個(gè)，可以包括多個(gè)發(fā)光元件(例如，多個(gè)紅色、綠色、藍(lán)色LED芯片整體封裝)，并且其中封裝有發(fā)光元件的多個(gè)光源彼此靠近布置。根據(jù)該實(shí)施例，從光導(dǎo)板的光出射表面傾斜出射的光線有棱鏡片偏轉(zhuǎn)，而沿著任意方向(垂直于光出射表面的方向)出射。
另外，本發(fā)明的各個(gè)組成元件可以盡可能組合。
根據(jù)本發(fā)明，即使在光導(dǎo)板上形成的擴(kuò)散圖案的側(cè)面上產(chǎn)生成型塌邊，光導(dǎo)板并由此面光源裝置也不會受到影響。


圖1是示出具有點(diǎn)光源形式的發(fā)光部件的傳統(tǒng)面光源裝置的結(jié)構(gòu)的示意性平面圖；圖2是示出圖1所示的面光源裝置中的擴(kuò)散圖案的作用的視圖；圖3(a)是示出光線入射到理想擴(kuò)散圖案時(shí)光線的反射方向的透視圖，而圖3(b)是示出當(dāng)光線入射到產(chǎn)生成型塌邊的擴(kuò)散圖案上時(shí)光線的反射方向的透視圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的面光源裝置的結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖5是示出根據(jù)實(shí)施例1的面光源裝置的示意性橫截面圖；圖6示出在根據(jù)實(shí)施例1的面光源裝置中，在光導(dǎo)板上形成的擴(kuò)散圖案的布置形式；圖7(a)是示出實(shí)施例1中單獨(dú)一個(gè)擴(kuò)散圖案的透視圖，圖7(b)是示出該擴(kuò)散圖案的平面圖，而圖7(c)是示出該擴(kuò)散圖案的前視圖；圖8(a)是示出用作根據(jù)實(shí)施例1的面光源裝置中的擴(kuò)散棱鏡片的不規(guī)則擴(kuò)散板的局部斷開的平面圖，圖8(b)是示出形成不規(guī)則擴(kuò)散板的重復(fù)圖案的平面圖，而圖8(c)是示出形成該重復(fù)圖案的突起的放大透視圖；圖9是示出從后側(cè)觀察到的作為用在根據(jù)實(shí)施例1的面光源裝置中的擴(kuò)散棱鏡片的棱鏡片的透視圖；圖10是示出在根據(jù)實(shí)施例1的面光源裝置中的光線的特征的示意性透視圖；圖11(a)是示出面光源裝置中的光線的特征的示意性透視圖，而圖11(b)是示出圖11(a)中X部分的放大視圖；圖12是示出在Δθ范圍內(nèi)從發(fā)光部件出射的光量與在Δθ范圍內(nèi)光導(dǎo)板的面積之間的關(guān)系的視圖；圖13(a)是示出根據(jù)實(shí)施例1，其上產(chǎn)生成型塌邊的單獨(dú)一個(gè)擴(kuò)散圖案的透視圖，圖13(b)是示出單獨(dú)一個(gè)擴(kuò)散圖案的平面圖，而圖13(c)是示出單獨(dú)一個(gè)擴(kuò)散圖案的前視圖；圖14(a)是示出在使入射到各個(gè)擴(kuò)散圖案上的光線方向一致的情況下的方式的視圖，而圖14(b)是示出在使入射到各個(gè)擴(kuò)散圖案上的光線在方向上不一致的情況下的方式的視圖；圖15(a)是示出擴(kuò)散圖案的放大的平面圖，而圖15(b)是示出擴(kuò)散圖案的橫截面圖；圖16是說明在擴(kuò)散圖案上產(chǎn)生成型塌邊的定義的視圖；圖17是說明在圖18和19的坐標(biāo)中使用的距光源的距離Rs的定義的視圖；圖18是說明距光源的距離Rs與擴(kuò)散圖案的平均寬度G之間的關(guān)系的視圖；圖19是說明距光源的距離Rs和成型塌邊對擴(kuò)散圖案的寬度的比率之間的關(guān)系的視圖；圖20(a)是說明在出射角度ω的出射光線的相對強(qiáng)度的視圖，而圖20(b)是說明出射方向的定義的視圖；圖21是說明實(shí)施例1和對比例之間的距光源的距離Rs和出射光的相對強(qiáng)度之間的關(guān)系的比較的視圖；
圖22(a)、22(b)和22(c)是示出擴(kuò)散圖案其他結(jié)構(gòu)的透視圖；圖23是示出擴(kuò)散圖案的結(jié)構(gòu)的視圖，通過該擴(kuò)散圖案，使得光線從發(fā)光表面垂直出射；圖24是說明從形成有上述擴(kuò)散圖案的光導(dǎo)板出射的光線的方向性的視圖；圖25是示出從圖23的光導(dǎo)板出射的光線的方向性的透視圖；圖26是示出面光源裝置中產(chǎn)生的亮度的徑向不均勻(亮線)的視圖；圖27是說明透過光導(dǎo)板上放置的如圖9所示的棱鏡片的光線在ω方向和方向的方向性的視圖；圖28是示出在使用圖9所示的棱鏡片是光線的方向性的透視圖；圖29是示出面光源裝置及其方向性的透視圖，在該面光源裝置中采用的線性光源和棱鏡片；圖30是示出從圖29所示的面光源裝置出射的光線的方向性的透視圖；圖31是示出一般的擴(kuò)散板的方向性的視圖；圖32是說明在圖31所示的擴(kuò)散板放置在圖9所示的棱鏡片上的情況下在ω方向和方向的方向性的視圖；圖33是說明在平行光垂直入射到圖8所示的不規(guī)則擴(kuò)散板上時(shí)的方向性的視圖；圖34時(shí)說明在圖33所示的不規(guī)則擴(kuò)散板防止在圖9所示的棱鏡片上的情況下在ω方向和方向的方向性的視圖；圖35(a)是示出從光導(dǎo)板出射的光線的方向性的視圖，圖35(b)、35(c)和35(d)是示出擴(kuò)散板的擴(kuò)散特性，圖35(b)’、35(c)’和35(d)’分別是說明從光導(dǎo)板出射并透射過具有圖35(b)、35(c)和35(d)特性的擴(kuò)散板的光線的方向性的視圖；圖36(a)是說明擴(kuò)散板的擴(kuò)散特性的視圖，圖36(b)和36(b)’是說明從光導(dǎo)板出射的光線的方向性的視圖，圖36(c)是說明在具有圖36(b)所示的方向性的光線透射過具有圖36(a)所示的方向性的擴(kuò)散板之后的方向性的視圖，圖36(c)’是說明在具有圖36(b)’所示的方向性的光線透射過具有圖36(a)所示的方向性的擴(kuò)散板之后的方向性的視圖；
圖37(a)是示出另一種結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散圖案的透視圖，圖37(b)是示出擴(kuò)散圖案的平面圖，而圖37(c)是示出擴(kuò)散圖案的側(cè)視圖；圖38是示出從具有圖37所示的擴(kuò)散圖案的光導(dǎo)板出射的光線的視圖；圖39是示出其中使用另一種結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)板的面光源裝置的透視圖；圖40是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的面光源裝置的結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖41是示出在根據(jù)實(shí)施例2的面光源裝置中使用的發(fā)光部件的平面形光線的特征的視圖；圖42是說明從圖41所示并在后表面上使用規(guī)則反射板的發(fā)光部件出射的光線的方向性的視圖；圖43是說明在圖41所示的發(fā)光部件的后表面上的規(guī)則反射板被漫反射板替代的情況下，出射光的方向性的視圖；圖44是說明求出圖42和43中沿α方向的光強(qiáng)度(能量)的方式的視圖；圖45是表示理想方向特性、使用棱鏡片情況下的方向特性、以及在使用擴(kuò)散圖案情況下的x軸方向和y軸方向的方向特性；圖46(a)是說明在光導(dǎo)板厚度方向(z軸方向)上散開的光線的方向特性的視圖，圖46(b)是說明在光導(dǎo)板寬度方向(a軸方向)上散開的光線的方向特性的視圖，而圖46(c)是說明在光導(dǎo)板的厚度方向和寬度方向(z軸方向和x軸方向)上散開的光線的方向特性；圖47是示出在沿光導(dǎo)板寬度方向上散開的光線被擴(kuò)散圖案的反射表面全反射時(shí)，光線方向上改變的方式的視圖；圖48(a)和48(b)是示出在沿光導(dǎo)板寬度方向上散開的光線被擴(kuò)散圖案的反射表面全反射時(shí)，光線方向上改變的另一種方式的視圖；圖49是示出通過擴(kuò)散圖案的反射表面透射并從后表面再次入射到光導(dǎo)板上的光線的特征的視圖；圖50(a)是示出在入射到擴(kuò)散圖案之前的光線的方向的視圖，圖50(b)是示出被擴(kuò)散圖案的反射表面全反射的光線和在反射后的光線的方向的視圖，圖50(c)是示出經(jīng)擴(kuò)散圖案的反射表面透射并從后表面再次入射的光線的方向和在再次入射后的光線的方向的視圖；
圖51是表示在光導(dǎo)板的光線前進(jìn)方向(y軸方向)上觀察到的光線的空間頻率的視圖；圖52是說明從面光源裝置的光出射表面出射的光線的方向特性的視圖；圖53是說明在光線從發(fā)光部件傾斜地引入到光導(dǎo)板中的情況下提供擴(kuò)散圖案的方式的視圖；圖54是說明檢查光導(dǎo)板中光線的方向特性的方式的視圖；圖55是示出在橫截面為弧形的擴(kuò)散圖案(對比例)中的反射光線的特征的視圖；圖56是示出在鋸齒形擴(kuò)散圖案(對比例)中反射光線的特征的視圖；圖57(a)是示出由直角三角形橫截面的擴(kuò)散圖案的反射表面全反射的光線的特征的視圖，而圖57(b)是示出通過前擴(kuò)散圖案透射并被后擴(kuò)散圖案反射的光線的特征的視圖；圖58是說明從面光源裝置的出射角與擴(kuò)散圖案的傾斜角β變化到45°、55°和65°時(shí)的光強(qiáng)度之間的關(guān)系的視圖；圖59是說明擴(kuò)散圖案的反射表面的傾斜角β的定義、擴(kuò)散圖案的后表面的傾斜角ρ以及從光出射表面的出射角的定義的視圖；圖60是說明圖58中所示的出射角和光強(qiáng)度之間的關(guān)系的視圖，圖60(a)是示出基本水平入射的光線被反射表面反射的方式的視圖，而圖60(b)是示出從下面入射的光線被反射表面反射的方式的視圖；圖61(a)是說明反射型液晶顯示面板的擴(kuò)散特性視圖，圖61(b)是說明光導(dǎo)板的出射光強(qiáng)度角度特性的視圖，而圖61(c)是說明來自反射型液晶顯示元件的出射光強(qiáng)度角度特性的視圖；圖62是示出在擴(kuò)散圖案的后表面的傾斜角ρ較小的情況下經(jīng)擴(kuò)散圖案的反射表面透射并從其后表面再次入射的光線的特征的視圖；圖63是示出在擴(kuò)散圖案的后表面的傾斜角ρ較小的情況下通過反射表面透射的光線的特征的視圖；圖64(a)是示出從線性光源引入到光導(dǎo)板內(nèi)的光線的前進(jìn)方向的示意圖，圖64(b)是示出從間隔排列的多個(gè)點(diǎn)光源引入到光導(dǎo)板的光線的前進(jìn)方向的示意圖，而圖64(c)是示出從匯集并排列在一個(gè)位置的多個(gè)點(diǎn)光源引入到光導(dǎo)板中的光線的前進(jìn)方向的示意圖；圖65是示出實(shí)施例2的改型的示意圖；圖66是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的面光源裝置的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖67是示出兩個(gè)發(fā)光部件彼此靠近并布置在光導(dǎo)板附近的方式的平面圖；圖68是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的擴(kuò)散圖案的結(jié)構(gòu)的視圖，圖68(a)是示出結(jié)構(gòu)的前視圖，圖68(b)是示出結(jié)構(gòu)的平面圖，而圖68(c)是在光入射方向上看到的視圖；圖69是示出其中使用根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置的液晶顯示器的示意圖；圖70是示出其中使用根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置的便攜電話的透視圖；圖71是示出其中使用根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置的信息終端的透視圖；附圖標(biāo)記的說明31面光源裝置32光導(dǎo)板33發(fā)光部件35擴(kuò)散棱鏡片36擴(kuò)散圖案39不規(guī)則擴(kuò)散板40棱鏡片45光出射表面46a擴(kuò)散圖案的反射表面46b擴(kuò)散圖案的側(cè)面46c擴(kuò)散圖案的后表面51面光源裝置52光導(dǎo)板52b光出射表面53發(fā)光部件54擴(kuò)散圖案
54a擴(kuò)散圖案的反射表面54b擴(kuò)散圖案的側(cè)面54c擴(kuò)散圖案的后表面具體實(shí)施方式
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的面光源裝置31的結(jié)構(gòu)的分解透視圖，而圖5是示出該結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖。面光源裝置31主要包括光導(dǎo)板32、發(fā)光部件33、反射板34、和擴(kuò)散棱鏡片35。光導(dǎo)板32由透明樹脂形成，如聚碳酸酯樹脂、甲基丙烯酸樹脂，該光導(dǎo)板32形成為矩形平板，并在其后表面上設(shè)置有擴(kuò)散圖案36。而且，光導(dǎo)板32的一個(gè)拐角被傾斜切割，如平面圖中所示，形成光入射表面37。
作為光源的發(fā)光部件33是通過將一個(gè)到多個(gè)LED(未示出)密封在透明模制樹脂中并用白色樹脂覆蓋除模制樹脂前表面外的表面而形成，且從LED出射的光線由模制樹脂和白色樹脂的內(nèi)表面直接反射或反射，然后從發(fā)光部件33的前表面出射。發(fā)光部件33使其前表面與光導(dǎo)板32的光入射表面37相對。
圖6示出形成在光導(dǎo)板32上的擴(kuò)散圖案36的布置形式。本發(fā)明的實(shí)施例1是在假設(shè)z軸定義為垂直于光導(dǎo)板32的表面(光出射表面)、而x軸和y軸分別定義為平行于與光入射表面相鄰的兩個(gè)側(cè)面的方向來加以描述的。而且，在將任意方向傳播的光線考慮在內(nèi)或者在考慮任意擴(kuò)散圖案內(nèi)的反射時(shí)，r軸被定義為平行于在包括所傳播的光束并垂直于光導(dǎo)板32的平面內(nèi)光導(dǎo)板32的表面的方向，或r軸限定為在包括在發(fā)光部件33和相關(guān)的擴(kuò)散圖案36之間連接的方向并垂直于光導(dǎo)板的平面內(nèi)平行于光導(dǎo)板32的表面的方向。此外，θ表示x軸和r軸中間形成的角。
形成在光導(dǎo)板32下表面上的擴(kuò)散圖案36分離地布置在圓弧上，該圓弧以發(fā)光部件33(具體地說，內(nèi)側(cè)LED)為中心并與之同心，并且通過以非對稱三角形橫截面的形式凹陷光導(dǎo)板32的后表面來線性形成各個(gè)擴(kuò)散圖案36。具有三角形橫截面并靠近發(fā)光部件33的擴(kuò)散圖案36的反射表面的傾斜角(圖11(b)所示的傾斜角β)、即反射表面46a的傾斜角理想的是20°或更小。而且，如平面圖中觀察到的，各個(gè)擴(kuò)散圖案36在以發(fā)光部件33為圓心的圓的圓周方向上線性延伸，并且各個(gè)擴(kuò)散圖案36的反射表面的法線平行于在發(fā)光部件33和擴(kuò)散圖案36之間連接的方向(r軸方向)指向。而且，擴(kuò)散圖案36形成為在圖案密度方面隨著它們遠(yuǎn)離發(fā)光部件33而逐漸增加。但是，在發(fā)光部件33附近擴(kuò)散圖案36的圖案密度是否基本上均勻并不重要。另外，由透鏡、棱鏡等構(gòu)成的光學(xué)元件(擴(kuò)散器)可以形成在光導(dǎo)板的光入射表面37上，以便控制光量的取向圖案，該光線是從發(fā)光部件33進(jìn)入光導(dǎo)板32的光線。
圖7(a)是示出擴(kuò)散圖案36的輪廓的透視圖，圖7(b)是示出該輪廓的平面圖，而圖7(c)是示出該輪廓的前視圖。擴(kuò)散圖案36的面對發(fā)光部件33的傾斜表面的前邊緣(朝向發(fā)光部件33的邊緣)，即，反射表面46a的前邊緣比后邊緣(遠(yuǎn)離發(fā)光部件33的邊緣)長。在所示的示例中，擴(kuò)散圖案36的反射表面46a為梯形，后表面46c為梯形。于是，當(dāng)從發(fā)光部件33的一側(cè)觀察擴(kuò)散圖案36時(shí)，隱藏在反射表面46a后面的擴(kuò)散圖案36的左和右側(cè)面46b從發(fā)光部件33一側(cè)看不到。
圖4所示的反射板34使其表面通過鍍銀而經(jīng)受鏡面處理，并布置成與光導(dǎo)板32的整個(gè)后表面相對。
圖5所示的擴(kuò)散棱鏡片35包括形成在透明塑料片38的表面上的透明不規(guī)則擴(kuò)散板39和形成在塑料片38后表面上的透明棱鏡片40。不規(guī)則擴(kuò)散板39和棱鏡片40是通過將紫外線硬化樹脂滴在塑料片38的上表面上，利用壓模推壓紫外線硬化樹脂而使紫外線硬化樹脂在壓模和塑料片38之間擴(kuò)散，并將紫外線照射到紫外線硬化樹脂上而使之固化(光聚合方法)而形成的。
圖8(a)、8(b)和8(c)是說明不規(guī)則擴(kuò)散板39的結(jié)構(gòu)的視圖。如圖8(a)所示，不規(guī)則擴(kuò)散板39包括上下左右基本沒有間隙的周期性布置的重復(fù)圖案41。而且，如圖8(b)所示，重復(fù)圖案41基本上沒有間隙地隨機(jī)布置的凸起部分42，該突起部分42為具有鈍的頂點(diǎn)的錐形，如圖8(c)所示。單獨(dú)一個(gè)重復(fù)圖案41縱向?qū)挾菻和橫向?qū)挾萕比液晶顯示面板的象素的尺寸大，以防止波紋，并且每個(gè)寬度優(yōu)選地為100μm或更大、1mm或更小。而且，形成重復(fù)圖案41的凸起部分42在尺寸上是不均勻的，并優(yōu)選地外徑D為5μm或更大、30μm或更小(具體地說，優(yōu)選的是大約10μm)。
由于不規(guī)則擴(kuò)散板39為特殊的擴(kuò)散特性，圖案的不規(guī)則形狀必須得以正確控制。在這種情況下，由于所有的不規(guī)則圖案是通過周期性排列一個(gè)不規(guī)則圖案來形成的，所有不規(guī)則圖案可以按照相同的方式形成，來提供正確的不規(guī)則形狀。然而，利用這種方法，在液晶顯示面板的屏幕上會產(chǎn)生波紋，且，象素易于變得明顯。相反，當(dāng)不規(guī)則圖案隨機(jī)布置時(shí)，不規(guī)則圖案必須在形狀和尺寸上一個(gè)接一個(gè)變化，使得難于制造正確的結(jié)構(gòu)。而且，存在這樣的憂慮，即，不規(guī)則擴(kuò)散板隨位置而特性變化。因此，對于根據(jù)本發(fā)明的不規(guī)則擴(kuò)散板39，通過隨機(jī)排列形狀和尺寸是隨機(jī)的凸起部分42形成重復(fù)圖案41，并且該重復(fù)圖案41周期性布置，由此使不規(guī)則擴(kuò)散板39的圖案的形成變得容易，并且抑制了波紋的產(chǎn)生等。
圖9是示出從后側(cè)看到的棱鏡片40的結(jié)構(gòu)的透視圖。棱鏡片40是通過以同心方式布置弧形棱鏡43(在圖9中，弧形棱鏡43以放大的比例繪出)來提供，該棱鏡的橫截面為左右不對稱的矩形，并且各個(gè)弧形棱鏡43由以發(fā)光部件33的LED所布置的位置為中心的弧形形成。
另外，不規(guī)則擴(kuò)散板39和棱鏡片40不需要如實(shí)施例1所示整體形成，而是可以單獨(dú)形成且其間具有間隙地布置。另外，當(dāng)如這個(gè)實(shí)施例中那樣它們與塑料片38整體形成時(shí)，產(chǎn)生這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，整個(gè)結(jié)構(gòu)在厚度和成本上變小。
隨后，將參照圖10、11(a)和11(b)描述面光源裝置31中的光線L的特征。圖10是示出從光導(dǎo)板32斜向上觀察到的光線L的特征，圖11(a)是示出光導(dǎo)板32的橫截面(zr平面)內(nèi)的光線的特征，圖11(b)是示出圖11(a)的X部分的放大視圖。從發(fā)光部件33出射的光線L從光入射表面37進(jìn)入光導(dǎo)板32。從光入射表面37進(jìn)入光導(dǎo)板32的光線L在光導(dǎo)板32中徑向擴(kuò)散地前進(jìn)，并且此時(shí)，理想的是將光入射表面37上設(shè)置的光學(xué)元件44設(shè)計(jì)成使得沿各個(gè)取向在光導(dǎo)板32中散開的光線L的量與在各個(gè)取向上光導(dǎo)板32的扇形面積成比例。具體地說，如圖12所示，從光導(dǎo)板32的一側(cè)(在x軸方向的一側(cè))于Δθ區(qū)域(該區(qū)域是位于θ的任意方向上)內(nèi)出射的光線的量理想地與在該Δθ區(qū)域內(nèi)光導(dǎo)板的面積(圖12中斜線所表示的面積)成比例，由此，可以使面光源裝置31的亮度分布在各個(gè)取向上均勻一致。
入射到光導(dǎo)板32的光線L在光導(dǎo)板32內(nèi)沿著遠(yuǎn)離發(fā)光部件32的方向(r軸方向)前進(jìn)，同時(shí)在光導(dǎo)板32的上和下表面上反復(fù)全反射。入射到光導(dǎo)板32的下表面上的光線L每一次被擴(kuò)散圖案36的反射表面46a反射而對光導(dǎo)板32的上表面(光出射表面45)的入射角γ減小，其中該擴(kuò)散圖案36的橫截面為三角形，并且以小于全反射的臨界角的入射角γ入射到光出射表面45上的光線透過光出射表面45，而沿著光出射表面45出射到光導(dǎo)板32的外側(cè)。由于所有擴(kuò)散圖案36垂直于發(fā)光部分33和各個(gè)擴(kuò)散圖案36之間連接的方向排列，因此，光線L在包含發(fā)光部件33和相關(guān)的擴(kuò)散圖案36之間連接的方向并垂直于光出射表面45的平面內(nèi)(zr平面)擴(kuò)散，即使在光導(dǎo)板32內(nèi)傳播的光線L被擴(kuò)散圖案36擴(kuò)散，而在筆直前進(jìn)，不會在平行于光出射表面45的平面(xy平面)內(nèi)擴(kuò)散。
另一方面，已經(jīng)透射過光導(dǎo)板32的下表面而沒有被下表面反射的光線L被反射板34規(guī)則反射，該反射板34面對光導(dǎo)板32的下表面，由此使光線L返回到光導(dǎo)板32內(nèi)，以便在光導(dǎo)板32內(nèi)再次傳播。
于是，從光導(dǎo)板32的光出射表面45出射的光線L被相當(dāng)大地限制在這樣的范圍內(nèi)，即，使得在具有三角形橫截面的擴(kuò)散圖案36的傾斜角β例如為12°時(shí)，在垂直于光出射表面45的zr平面上的光線的出射角大約為45°到90°。
由于從光導(dǎo)板32的光出射表面45出射的光線不在θ方向內(nèi)散開，并且在方向的方向角Δ也受到限制，因此，它變成具有相當(dāng)窄的方向性的光線。以這種方式，沿著光出射表面45出射的光線(散開窄并且方向性強(qiáng))被擴(kuò)散棱鏡片35的冷靜判40的傾斜表面反射，由此在垂直于光出射表面45的方向上彎曲，并然后被擴(kuò)散棱鏡片35的不規(guī)則擴(kuò)散板39散射，而在方向性上拓寬。
在此，考慮在模制光導(dǎo)板32過程中的成型塌邊放大了擴(kuò)散圖案36的左右側(cè)面46b，形成相同的傾斜表面的情況。圖13(a)是示出擴(kuò)散圖案36的輪廓的透視圖，在該擴(kuò)散圖案上產(chǎn)生成型塌邊，圖13(b)是示出該輪廓的平面圖，而圖13(c)是示出該輪廓的前視圖。擴(kuò)散圖案36的反射表面46a是梯形的，兩側(cè)面46b隱藏在反射表面46a的后面，在擴(kuò)散圖案36的兩側(cè)面46b上產(chǎn)生成型塌邊時(shí)，其上產(chǎn)生成型塌邊的兩側(cè)面46b也隱藏在反射表面46a之后，如圖13所示。對于這種面光源裝置31，如圖14(a)所示，如在平面圖中所見，光線從發(fā)光部件33徑向射出，且在光導(dǎo)板32內(nèi)傳播的光線L沿著r軸方向筆直前進(jìn)，使得入射到擴(kuò)散圖案36上的光線L僅入射到反射表面46a上以被反射，而不會入射到產(chǎn)生成型塌邊的側(cè)面46b上，并且被側(cè)面46b反射的光線的比率很小。因此，即使在擴(kuò)散圖案36的側(cè)面46b上產(chǎn)生成型塌邊，也可以抑制對光線L傳播方向的可控性的損害，并且抑制面光源裝置31的亮度的降低，而這些是由于從光出射表面45出射的光線變成損失光線而造成的。
在光線L以隨機(jī)方向入射到各個(gè)擴(kuò)散圖案36上時(shí)，光線L入射到側(cè)面46b上，即使擴(kuò)散圖案36的反射表面46a如圖14(b)的對比例所示為梯形的，使得被側(cè)面46b反射的光線L稱為損失光線，并因此不會產(chǎn)生減少雜散光的效果。相反，根據(jù)本發(fā)明，入射到各個(gè)擴(kuò)散圖案36上的光線L基本上固定在一個(gè)方向上，如圖14(a)所示，因此有可能防止側(cè)面46b造成的雜散光。即，以這種方式成形的擴(kuò)散圖案36在面光源裝置31內(nèi)產(chǎn)生光線基本在一個(gè)方向上前進(jìn)的效果，如平面圖所示。
圖15示出擴(kuò)散圖案36的特定示例。在擴(kuò)散圖案36中，G＝10到300μm且B2＝16μm，其中G表示擴(kuò)散圖案36的平均寬度，而B2表示在縱向上的水平長度。而且，B1＝12μm而傾斜角β＝12°，其中B1表示在反射表面46a的縱向上的水平長度，而β表示其傾斜角，ε＝20°，其中ε表示從平面圖中看到的兩個(gè)側(cè)面46b的角度。
側(cè)面46b的成型塌邊的比率如圖16定義，即，由以下方程定義成形塌邊的比率＝(dG1+dG2)/G其中，G表示擴(kuò)散圖案的平均寬度，dG1和dG2分別表示從擴(kuò)散圖案36的側(cè)面46b的平均位置到成型塌邊的端部的距離。
在圖15所示的擴(kuò)散圖案36中，成型塌邊的大小dG1和dG2分別是大約4μm的數(shù)量級。圖18說明擴(kuò)散圖案36的平均寬度的變化相對于沿著光導(dǎo)板32的對角方向測量的距發(fā)光部件33(光源)的距離的變化，其中，發(fā)光部件33布置在光導(dǎo)板32的一個(gè)拐角上，如圖17所示，且圖19示出成型塌邊比率的變化。
圖20(a)是說明面光源裝置31中的方向特性，該面光源裝置使用實(shí)施例1的擴(kuò)散圖案36，該擴(kuò)散圖案包括梯形的反射表面46a，并說明了使用三角形反射表面25的傳統(tǒng)面光源裝置的方向特性。在圖20(a)中，橫坐標(biāo)代表從光出射表面45出射的光線的出射角ω，縱坐標(biāo)代表從光出射表面出射的光線的相對強(qiáng)度，粗實(shí)線表示實(shí)施例1的面光源裝置31的方向特性，而虛線表示傳統(tǒng)示例的方向特性。在此，如圖20(b)所示，圖20(a)中的橫坐標(biāo)代表圓周方向上的出射角ω，其中表示在包含發(fā)光部件33和擴(kuò)散圖案36之間連接的方向(r軸方向)并垂直于光出射表面45的平面內(nèi)的出射角，而ω表示在垂直于所述平面和光出射表面45的平面內(nèi)的出射角。
如圖20(a)所示，在傳統(tǒng)示例中的方向特性曲線的下部在實(shí)施例1的方向特性曲線的橫向上散開，這被認(rèn)為是由擴(kuò)散圖案24側(cè)面26上散射的雜散光造成的。即，根據(jù)實(shí)施例1，可以抑制這種雜散光。
圖21說明了沿著程度為50mm的光導(dǎo)板32的橫截表面從光出射表面45出射的光線的相對強(qiáng)度的測量結(jié)果，橫坐標(biāo)表示距發(fā)光部件(光源)的距離Rs，而縱坐標(biāo)表示出射光線的相對強(qiáng)度。根據(jù)測量結(jié)果，光導(dǎo)板32的中心位置出射光強(qiáng)度方面增大約15％，而整個(gè)光出射表面45在出射光強(qiáng)度方面增大約14％。而且，從圖21可以看出，在光源附近的改善效果大，在該位置處成型塌邊的比率大。另外，雖然在圖21中示出光強(qiáng)度比傳統(tǒng)示例中的變化大，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)例1中的樣本是通過改進(jìn)傳統(tǒng)示例中的擴(kuò)散圖案24的形狀而提供的，其中，擴(kuò)散圖案24的排列設(shè)計(jì)成使出射光表面22b在光強(qiáng)度方面均勻一致，并且在平面圖中為梯形。因此，通過重新設(shè)計(jì)實(shí)施例1的擴(kuò)散圖案的排列可以使出射光表面45的光強(qiáng)度均勻一致。
另外，可以采用各種其他形狀用于擴(kuò)散圖案36。例如，如圖22(a)所示，擴(kuò)散圖案36的橫截面可以是半圓形或弧形的，而且，如圖22(b)所示，對于擴(kuò)散圖案36，如從垂直于光出射表面45的方向看到的，可以基本上為金字塔形狀并包括三角形的反射表面46a，反射表面46a的法線可以平行于連接到發(fā)光部件33的方向，并且如從發(fā)光部件33所看到的，擴(kuò)散圖案36的兩側(cè)面46b可以隱藏在反射表面46a之后。另外，如圖22(c)所示，對于擴(kuò)散圖案36，如從垂直于光出射表面45所看到的，其基本上為半圓或半橢圓的形式，包括三角形的反射表面46a，反射表面46a的法線可以平行于連接到發(fā)光部件33的方向，并且如從發(fā)光部件33所看到的，擴(kuò)散圖案36的外周面46d可以隱藏在反射表面46a之后。但是，圖22(a)所示的橫截面為弧形或橫截面為半圓形的擴(kuò)散圖案36不是優(yōu)選的，這是因?yàn)閺墓獬錾浔砻?5出射的光線L的方向上的方向角Δ擴(kuò)大。由于相同的原因，在擴(kuò)散圖案36橫截面為三角形時(shí)，由于擴(kuò)散圖案36不同的傾斜角β混合存在，而不是優(yōu)選的。而且，除了使用擴(kuò)散圖案36，在光導(dǎo)板32內(nèi)的光線可以通過全息圖等散射，而從光出射表面45離開。
隨后，將描述擴(kuò)散棱鏡片35的作用。首先，考慮使光線沿著與光出射表面垂直的方向出射而不使用擴(kuò)散棱鏡片35的情況。為了垂直發(fā)出光線而不使用擴(kuò)散棱鏡片35，光線必須相對于光導(dǎo)板的擴(kuò)散圖案垂直出射。為了用擴(kuò)散圖案垂直地發(fā)出光線，需要增加形成在光導(dǎo)板32A上的擴(kuò)散圖案36A的傾斜表面的傾斜角，如圖23所示，使得靠近發(fā)光部件33的傾斜表面的傾斜角β大小為50°，且遠(yuǎn)離發(fā)光部件33的傾斜表面的傾斜角ρ大小為85°。圖24是說明在使用形成有如圖23所示的擴(kuò)散圖案36A的光導(dǎo)板32A的情況下在zr平面內(nèi)的方向性，橫坐標(biāo)代表在zr平面內(nèi)從z軸測量的角度，而縱坐標(biāo)代表光線的強(qiáng)度。如圖24所示，在這種情況下的方向性在靠近發(fā)光部件33一側(cè)(＜0)和遠(yuǎn)離發(fā)光部件33的一側(cè)(＞0)是非對稱的，并且在遠(yuǎn)離發(fā)光部件33的一側(cè)非常寬。順便提及，強(qiáng)度變成半峰值的強(qiáng)度(半值寬度)在靠近發(fā)光部件33一側(cè)大約是-13°，而在遠(yuǎn)離發(fā)光部件33一側(cè)大約是26°。另外，在垂直于zr平面并平行于z軸的平面內(nèi)，在ω方向上的光強(qiáng)度的半值寬度大約是5°(見圖27)。
圖25示出具有如圖24所示強(qiáng)度的光線。如圖25所示，從光出射表面45a出射的光線(斜線的區(qū)域表示光從其出射的區(qū)域，等等)沿方向在Δ范圍內(nèi)散開，且沿著ω方向在Δω范圍內(nèi)散開(在垂直于zr平面且包含z軸的zθ平面內(nèi)，ω表示相對于z軸的角度，而Δω表示在ω方向的方向角)，且與在ω方向的方向角Δω相比，在方向的方向角Δ相當(dāng)寬。此外，如圖25所示，寬方向角Δ在光導(dǎo)板32A內(nèi)沿著r1方向傳播后從光出射表面45A出射的光線與光導(dǎo)板32A內(nèi)沿r2方向傳播后從光出射表面45A出射的光線之間在方向上有所不同。因此，當(dāng)面光源裝置從朝向點(diǎn)P的方向看時(shí)，在光導(dǎo)板32A內(nèi)沿著r1方向傳播的光線可見，但是沿著r2方向傳播的光線不可見，使得如圖26所示，在光導(dǎo)板32A上看到亮度徑向不均勻R。
另外，即使在如圖23所示的對比例的光導(dǎo)板32A上放置擴(kuò)散板，這種亮度的徑向不均勻并不會消失。而且，對于這種光導(dǎo)板32A，包括在＝±10°范圍內(nèi)的光量大約是總光量的30％，并且當(dāng)擴(kuò)散板放置在光導(dǎo)板32A上來減弱亮度的徑向不均勻時(shí)，導(dǎo)致光出射效率快速降低。
相反，在將棱鏡片40放置在光導(dǎo)板32上時(shí)，不需要使光線相對于擴(kuò)散圖案36在垂直方向上出射，而是，通過棱鏡片40使得沿著光出射表面45出射的光線在垂直方向上彎曲。圖27是說明經(jīng)放置在光導(dǎo)板32上的棱鏡片40透射的光線在ω方向上的方向性和在方向上的方向性，二者表示出對稱的分布。如圖27所示，光強(qiáng)度成為半峰值的角度(半值寬度)在ω方向大約為5°，而在方向上大約為15°，并且在方向上的方向角Δ與未使用棱鏡片的對比例相比變窄。
以這種方式，當(dāng)使用由以發(fā)光部件33為中心的弧形棱鏡43構(gòu)成的棱鏡片40時(shí)，經(jīng)棱鏡片40透射的光線在ω方向上的方向性不改變，如圖28所示，但是光線在方向上匯集，而在方向上的方向性變窄。因此，在ω方向上的方向角Δω與在方向上的方向角Δω之間的差Δω-Δω變小，并且導(dǎo)致亮度的徑向不均勻性降低。
然而，實(shí)際上，只有棱鏡片40不能夠充分降低ω方向和方向之間的方向性上的差異(由于在ω方向的半值總寬度是10°而在方向上的半值總寬度是30°，在半值總寬度上存在20°的差異)，并且雖然導(dǎo)致亮度在徑向上的不均勻得以降低，但是亮度不均勻還明顯可見。而且，在ω方向上光線在大約5°(半值寬度)那么小的范圍內(nèi)散開，并且除非光線在ω方向進(jìn)一步散開，否則不能夠用在一般用途中。
如圖29所示，已經(jīng)提出一種面光源裝置，其中使用冷陰極管或線性光源，其中，使光線L沿著光導(dǎo)板表面32B出射，并通過棱鏡片40B使光線在垂直方向上偏轉(zhuǎn)(例如，JP-A-11-8411)。在這種情況下，棱鏡片40B的棱柱43B延伸的方向與線性光源33B平行，并且，在平行于棱柱43B的x軸方向上的方向角Δx與在垂直于棱柱43B的y軸方向上的方向角Δy相比相當(dāng)大，如圖30所示，并且方向角各向異性地大。但是，對于這種面光源裝置31B，由于方向角的各向異性的方向不隨著光出射表面45B的位置變化，因此，不會產(chǎn)生亮度的徑向不均勻。
相反，對于根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置31，由于徑向從作為點(diǎn)光源的發(fā)光部件33出射的光線被形成在光導(dǎo)板32下表面上的擴(kuò)散圖案36漫反射，而從光出射表面45出射，出射光在方向性和各向異性上根據(jù)光出射表面45的位置而變化，因此產(chǎn)生亮度上的徑向不均勻。即，亮度的徑向不均勻造成如下的面光源裝置特有的問題，該面光源裝置包括作為點(diǎn)光源的發(fā)光部件33和同心的擴(kuò)散圖案36，本發(fā)明旨在改善這種亮度不均勻。
而且，雖然根據(jù)圖29所示的面光源裝置31B，光線L在棱鏡片40B的棱柱長度方向(x軸方向)上的方向性較大，而在根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置31中，光線在棱鏡片40的棱柱長度方向(θ方向)上的方向性變窄，由此本發(fā)明的與面光源裝置31B的正相反。即，對于本發(fā)明的系統(tǒng)，需要使光線在棱柱長度方向上的方向性大，而與該方向垂直的方向上的方向性窄，但是當(dāng)采取這種措施時(shí)，在圖29所示的面光源裝置31B中產(chǎn)生正相反的結(jié)果，即，方向角在各向異性方面變得更大，在棱柱長度方向上的剩余光增多，并且在垂直于所述方向的方向上所需的視角不能得以保證。以這種方式，本發(fā)明旨在解決在特殊系統(tǒng)的面光源裝置中產(chǎn)生的問題。
隨后，將給出對用在根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置31中的不規(guī)則擴(kuò)散板39的效果加以解釋。為了比較的緣故，將首先對使用通常使用的普通擴(kuò)散板的情況加以解釋。平行光垂直入射時(shí)其方向性為如圖31所示(半值寬度為10°)的擴(kuò)散板用作普通擴(kuò)散板。在這種普通擴(kuò)散板放置到棱鏡片40上時(shí)，ω方向上的方向性和方向上的方向性如圖32所示。在此，ω表示相對于zθ平面內(nèi)的z軸形成的角度，而表示相對于zr平面內(nèi)的z軸形成的角度。在ω方向和方向上的半值總寬度Δω、Δ分別為Δω＝20°、Δ＝33°，其間的差值Δ-Δω＝13°，且半值總寬度的差值與僅有棱鏡片40的情況相比減小38％。因此，一定程度上減小了亮度的徑向不均勻，但是仍然可以清楚地看到亮度不均勻。而且，考慮到在實(shí)際有效方向上出射的光線，在半值總寬度Δω＝20°內(nèi)包含大約23％的光線。即，77％那么多的光線都浪費(fèi)了。而且，導(dǎo)致一個(gè)問題，即，當(dāng)與垂直方向離開ω＝2.5°時(shí)，亮度減弱大約20％，并且左、右眼看到的不同，由此，使得難于看到。
相反，圖33示出平行光垂直入射到如圖8所示的不規(guī)則擴(kuò)散板39上時(shí)的方向性。在將不規(guī)則擴(kuò)散板39放置到棱鏡片40上時(shí)，在ω方向上的方向性和方向上的方向性如圖34所示。即，在ω方向和方向上的半值總寬度Δω和Δ分別為Δω＝20°、Δ＝29°，二者的差值為Δ-Δω＝9°，并且半值總寬度的差值與僅有棱鏡片40的情況相比減小58％。因此，相當(dāng)大地降低了亮度的徑向不均勻。而且，在更窄的方向上包含在半值總寬度Δω＝20°內(nèi)的光量大約為總光量的30％，即，無用的光減少到70％。因此，與普通擴(kuò)散板相比，在垂直方向上的亮度改善大約20％，并且在與垂直方向離開ω＝5°的位置內(nèi)的亮度降低率落到10％以下，使得由于亮度不均勻造成的難于看到的狀態(tài)基本上得以解決。
下面解釋原因。從光導(dǎo)板32出射的光線呈現(xiàn)出如圖35(a)所示的稍平緩的分布。相反，在不規(guī)則擴(kuò)散板在擴(kuò)散特性(相對于垂直入射光的方向性)方面具有與從光導(dǎo)板出射的光線相同的方式的平緩分布時(shí)，從光導(dǎo)板出射并透射過不規(guī)則擴(kuò)散板的光線變得進(jìn)一步平緩，其分布如圖35(b)’所示(正類似于中心以自相關(guān)方式尖銳的現(xiàn)象)。對于這種方向性，當(dāng)視圖將光線沿ω方向擴(kuò)散到一定程度時(shí)，需要非常強(qiáng)的擴(kuò)散，使得光線在方向上散開，并且Δ-Δω不會非常大的降低。而且，在傾斜方向上的無用光增多。
相反，在不規(guī)則擴(kuò)散板在擴(kuò)散特性方面幾乎為如圖35(c)所示的矩形的情況下，從光導(dǎo)板出射并透射過不規(guī)則擴(kuò)散板的光的分布變得幾乎為矩形，如圖26(c)’所示。雖然由于這種相對小的擴(kuò)散而使Δω增大一些，但是Δ并不增大很多，因此，Δ-Δω減小。例如，在具有如圖36(a)所示的擴(kuò)散特性的擴(kuò)散板放置在光導(dǎo)板上時(shí)，該擴(kuò)散板比ω方向上擴(kuò)散板的方向角Δω(如圖36(b)所示)大很多而比方向上擴(kuò)散板的方向角Δ(如圖36(b)’所示)小很多，已經(jīng)透射過不規(guī)則擴(kuò)散板的光線在ω方向上的方向角Δω取決于具有比從光導(dǎo)板出射的光線的方向角更大擴(kuò)散特性的擴(kuò)散板的方向性，如圖36(c)所示。相反，由于從在方向上的光導(dǎo)板出射的光線的方向性如圖36(b)’所示最初增大，已經(jīng)透射過不規(guī)則擴(kuò)散板的光線的方向性僅在中心和在端部稍平緩，如圖36(c)’所示，而半值寬度不變。因此，在從光導(dǎo)板出射的光線的方向角在ω方向上窄而在方向上大的情況下，通過使用具有小擴(kuò)散的擴(kuò)散板產(chǎn)生減小Δ-Δω的效果。
此外，在如圖35(d)所示的垂直于光導(dǎo)板的方向的兩側(cè)上具有峰值的擴(kuò)散特性的情況下，從光導(dǎo)板出射并透射過不規(guī)則擴(kuò)散板的光線的分布變得更近乎矩形，如圖35(d)’所示，并且進(jìn)入所需角度的光線的比率增加。
另外，為了增大出射光線在θ方向和在ω方向上的方向性，在如圖37(a)、37(b)和37(c)所示的擴(kuò)散圖案36C中，也構(gòu)想沿著θ方向彎曲的方法。另外，θ軸定義為垂直于zr平面的方向。但是，利用這種方法，在入射到擴(kuò)散圖案36C上而被偏轉(zhuǎn)的光線L中，以較大角度入射到擴(kuò)散板36C上的光線，如圖38中虛線所示的光線L，一次出射，而首先以小角度入射到擴(kuò)散圖案36C上的光線，如圖38中實(shí)線所示的光線L被擴(kuò)散圖案36C反射多次，然后從擴(kuò)散圖案36C出射，使得造成這樣的問題，即，在θ方向上的擴(kuò)散變動，并且隨著遠(yuǎn)離發(fā)光部件33C，出射光線L在θ方向上的擴(kuò)散變大。利用根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置31，擴(kuò)散板36形狀為線性的，并因此不會造成這種問題。
而且，對于圖37(a)、37(b)和37(c)所示的擴(kuò)散圖案36C，當(dāng)在垂直于光導(dǎo)板32C的方向上觀察時(shí)，光線的前進(jìn)方向在光線第一次入射到擴(kuò)散圖案36C上之后彎曲，使得擴(kuò)散圖案變得難于設(shè)計(jì)來提供均勻的亮度。因此，擴(kuò)散圖案36C在θ方向上的偏轉(zhuǎn)角不能增大太大，并且，當(dāng)這種偏轉(zhuǎn)角大時(shí)，光線擴(kuò)散和散開的普通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與如本發(fā)明中希望那樣的光線筆直徑向散開而出射到同心圖案中的系統(tǒng)不同。在zr平面的偏轉(zhuǎn)角和在xy平面的偏轉(zhuǎn)角優(yōu)選地以平均4∶1的比率存在(理想的是10∶1)，但是由于上述原因，用圖37(a)、圖37(b)和圖37(c)的擴(kuò)散圖案36C難于實(shí)現(xiàn)這種偏轉(zhuǎn)角。
而且，在使光導(dǎo)板32內(nèi)的光線從光出射表面45出射的方法中，可以使用如圖39所示的楔形光導(dǎo)板32，該楔形光導(dǎo)板32在遠(yuǎn)離發(fā)光部件33的一側(cè)變薄。對于平面圖中為矩形的光導(dǎo)板32，光導(dǎo)板發(fā)光的面積根據(jù)θ方向變化(見圖10)，并且從發(fā)光部件33出射的光量也根據(jù)取向(角度θ)變化，從而，通過使光導(dǎo)板32成楔形并使用擴(kuò)散圖案36，可以使得亮度均勻一致。
隨后，將對本發(fā)明的實(shí)施例2加以解釋，該實(shí)施例2具有接近理想擴(kuò)散特性的特性。首先，圖40是示出根據(jù)實(shí)施例2的背光型面光源裝置51的結(jié)構(gòu)的分解透視圖。面光源裝置51包括透明的光導(dǎo)板52和布置成與光導(dǎo)板51的光入射表面52a相對的發(fā)光部件53。光導(dǎo)板52由具有高折射率的透明樹脂(例如，聚碳酸酯樹脂、甲基丙烯酸樹脂)形成為矩形平板，并在其下表面上設(shè)置多個(gè)平行的擴(kuò)散圖案54。
擴(kuò)散圖案54是通過將光導(dǎo)板52的下表面凹陷而具有基本上直角三角形的橫截面形狀而形成的，并且其朝向發(fā)光部件的傾斜表面限定了反射表面54a，且后表面(再次入射表面)54c由基本上垂直的表面構(gòu)成。擴(kuò)散圖案54彼此間隔并平行于光入射表面52a排列，且距光入射表面52a越遠(yuǎn)，擴(kuò)散圖案54之間的間隔越小。
具有三角形橫截面的擴(kuò)散圖案54的面對發(fā)光部件53的這些傾斜表面，即反射表面54a理想地具有大約50°的傾斜角。而且，如平面圖所示，每個(gè)擴(kuò)散圖案54的反射表面54a的法線方向平行于在發(fā)光部件53和擴(kuò)散圖案54之間連接的方向(y軸方向)。而且，擴(kuò)散圖案54形成為越遠(yuǎn)離發(fā)光部件53，圖案密度逐漸增大。
擴(kuò)散圖案54的反射表面54a的前邊緣(朝向發(fā)光部件53的邊緣)比其后邊緣(遠(yuǎn)離發(fā)光部件53的邊緣)長，即，象實(shí)施例1中的擴(kuò)散圖案36一樣(見圖7)，擴(kuò)散圖案54的反射表面54a為梯形形狀，并且后表面54c為矩形形狀。于是，當(dāng)從發(fā)光部件53一側(cè)觀察擴(kuò)散圖案54時(shí)，擴(kuò)散圖案54的左和右側(cè)表面54b隱藏在反射表面54a之后，并且從發(fā)光部件53一側(cè)不可見。
發(fā)光部件53包括楔形光導(dǎo)體(下面稱為楔形光導(dǎo)體)55，該光導(dǎo)體由具有高折射率的透明樹脂形成；小光源(下面稱為點(diǎn)光源)56，該小光源布置成與楔形光導(dǎo)體55的側(cè)端面相對；規(guī)則反射板57，該規(guī)則反射板57布置在楔形光導(dǎo)體55之后；以及棱鏡片58，該棱鏡片布置在楔形光導(dǎo)體55之前。在此，點(diǎn)光源56包括一個(gè)或多個(gè)密封在透明樹脂中的LED，該透明樹脂除了其前表面外被白色樹脂覆蓋，且從LED出射的光線被白色樹脂的內(nèi)表面直接反射或反射，然后高效地向前發(fā)出。
從點(diǎn)光源56出射的光線L(蘭伯特光)從楔形光導(dǎo)體55的側(cè)端面進(jìn)入楔形光導(dǎo)體55。入射到楔形光導(dǎo)體55的內(nèi)部上的光線L被楔形光導(dǎo)體55的前表面(光出射表面)55a和后表面反復(fù)反射，以在楔形光導(dǎo)體55的內(nèi)部前進(jìn)，并且光線每次由楔形光導(dǎo)體55的后表面反射，它的入射角增加，光線如該入射角入射到前表面55a上，并在楔形光導(dǎo)體55前表面55a上的入射角變得小于全反射的臨界角的位置處，光線從楔形光導(dǎo)體55的前表面55a出射到外側(cè)。而且，如圖41的虛線所示，從楔形光導(dǎo)體55的后表面出射到外側(cè)的光線L被規(guī)則反射板57反射，而再次回到楔形光導(dǎo)體55，以從楔形光導(dǎo)體55的前表面55a出射。以這種方式，從楔形光導(dǎo)體55的前表面出射的光線L與基本上平行于楔形光導(dǎo)體55的前表面55a的方向(基本上x軸的負(fù)方向)排列。
布置在楔形光導(dǎo)體55的前表面55a上的棱鏡片58也由具有高折射率(例如折射率1.59的透明樹脂)的透明樹脂形成，并且多個(gè)棱柱58a布置在棱鏡片58的前表面上。各個(gè)棱柱58a為三角形橫截面，具有40°的頂角，并沿著垂直方向(光導(dǎo)板52厚度方向)均勻地延伸。從楔形光導(dǎo)體55的前表面55a出射的光線L透射過棱柱58a以被折射，由此，光線在基本垂直于棱鏡片58的方向上偏轉(zhuǎn)，且此后基本上垂直于光導(dǎo)板52從光入射表面52a入射。因此，發(fā)光部件53能夠使從點(diǎn)光源56發(fā)出的光線在基本棱鏡片58整個(gè)長度上擴(kuò)散而出射，并由此能夠?qū)Ⅻc(diǎn)光源56轉(zhuǎn)變成線性光源。
另外，經(jīng)棱鏡片58透射的光線中的一部分由于模制誤差，如在棱鏡片58的棱柱橫截面頂點(diǎn)處的圓度誤差、Fresnel反射等而成為雜散光。因此，當(dāng)從點(diǎn)光源56出射的光線中的至少一半或更多光線應(yīng)該被棱鏡片58偏轉(zhuǎn)而以理想角度(在這個(gè)實(shí)施例中，為垂直于光入射表面52a的方向)入射到光導(dǎo)板52上時(shí)，從楔形光導(dǎo)體55的前表面55a基本上平行于該前表面55a出射的光線的比率理想地是從點(diǎn)光源56發(fā)出的整個(gè)光線的2/3或更大。
為了對比的緣故，考慮取代規(guī)則反射板57而將漫反射板用在楔形光導(dǎo)體55的后表面上的情況，沿著前表面55a從楔形光導(dǎo)體55的前表面55a出射的光線最多是從點(diǎn)光源56發(fā)出的光線總量的一半。此原因在于由于類似于圖41虛線所示的光線L，從楔形光導(dǎo)體55后表面泄漏的光線L入射到漫反射板上，而基本上以Lambert分布反射，導(dǎo)致少量的光線沿著楔形光導(dǎo)體55的前表面55a(基本上是x軸的負(fù)方向)出射。
雖然已經(jīng)描述了根據(jù)該實(shí)施例構(gòu)成的發(fā)光部件53可以將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變成線性光源，從線性光源出射的光線可以基本上均勻地在該方向上排列。圖42說明了從楔形光導(dǎo)體55出射的光線相對于前表面55a(基本上為x軸的負(fù)方向)形成的角度α和該方向上的光強(qiáng)度之間的關(guān)系的測量結(jié)果，該測量是針對這樣的結(jié)構(gòu)，即規(guī)則反射板(該反射板沒有漫射作用并且其入射角和出射角彼此相等)布置在楔形光導(dǎo)體55的后部上。圖43說明了在楔形光導(dǎo)體55后部上的規(guī)則反射板由漫反射板取代的情況下、從楔形光導(dǎo)體55出射的光線相對于前表面55a(基本上為x軸的負(fù)方向)形成的角度α和該方向上的光強(qiáng)度之間的關(guān)系的測量結(jié)果。在這些測量中，使用這樣的楔形光導(dǎo)體55和規(guī)則反射板或漫反射板，即，該楔形光導(dǎo)體55長度30mm、厚度1mm、它的與點(diǎn)光源56相對的側(cè)表面的寬度為2mm，且折射率為1.53，而規(guī)則反射板或漫反射板的長度大約為30mm。而且，該測量是在去掉棱鏡片58的狀態(tài)下作出的。
另外，在圖42和43所示的曲線中，在α方向上的光強(qiáng)度(能量)不代表在垂直于楔形光導(dǎo)體55的前表面55a的平面(圖44中的xy平面)中沿著α方向出射的光線的角度分布，而是代表在從前表面55a出射的整個(gè)光線投影到該平面上時(shí)，在α方向上單位角度(dα＝1)內(nèi)包含的光的強(qiáng)度。
如圖42所示，在使用規(guī)則反射板的情況下，在稍小于約30°的方向上光強(qiáng)度變得最大，且總光量的98％匯集在0°到40°的范圍內(nèi)。當(dāng)光線由棱鏡片58反射以入射到光導(dǎo)板52上時(shí)，從上面看(z軸方向)，80％或根多的光線包含在±13°的范圍內(nèi)，即使由于棱鏡片58的制造誤差而產(chǎn)生大約10％的損失。相反，在使用通常使用的并具有強(qiáng)度漫射作用的反射板的情況下，僅僅52％的光線匯集在0°到40°的范圍內(nèi)，如圖43所示。此外，當(dāng)加上棱鏡片58帶來的損失時(shí)，不可能縮窄光導(dǎo)板52的方向性。
于是，這種發(fā)光部件53可以使用點(diǎn)光源56，可以使用LED等，并且使用楔形光導(dǎo)體55，使得光在較長的區(qū)域上發(fā)射，如同線性光源那樣，并且基本上均勻地排列從點(diǎn)光源發(fā)出的Lamber光，以發(fā)出與方向性窄的光線相同的光線。
以這種方式，從光入射表面52a入射到光導(dǎo)板52上的光線在光導(dǎo)板52的上表面(光出射表面52b)和下表面之間反復(fù)全反射，以在光導(dǎo)板52內(nèi)從靠近發(fā)光部件53的一例向遠(yuǎn)離發(fā)光部件53的一側(cè)前進(jìn)。當(dāng)光線入射到設(shè)置在光導(dǎo)板52底面上的三角形擴(kuò)散圖案54上時(shí)，一部分光線被擴(kuò)散圖案54反射而從光出射表面52b出射。由于這種三角形擴(kuò)散圖案54在x軸方向上長，光線即使被擴(kuò)散圖案54反射也不會改變x軸方向上的方向性。于是，由發(fā)光部件53排列并在x軸方向上具有窄方向性的光線在由擴(kuò)散圖案54反射而沿著z軸方向出射之后也會保持在x軸方向上的方向性窄。另一方面，當(dāng)光線被擴(kuò)散圖案54在z軸方向上反射時(shí)，在光導(dǎo)板52內(nèi)傳播的光線在z軸方向上散開，并且這種散開形成在y軸方向上的散開。但是，這種在y軸方向上的散開可以通過限制被擴(kuò)散圖案反射的光線的角度來縮窄，因此，在光導(dǎo)板中，從光出射表面52b出射的光線在y軸方向上的方向性比在z軸方向上的方向性窄。在典型的示例中，從x軸方向觀察從從光導(dǎo)板52的光出射表面52b出射的光線時(shí)，在總寬度方面，方向性包含在基本上以z軸方向?yàn)橹行拇蠹s55°的范圍內(nèi)，而在從y軸方向上觀察時(shí)，在總寬度方面，方向性包含在基本上以z軸為中心大約25°的范圍內(nèi)。
于是，該面光源裝置51使得光線能夠在垂直于面光源裝置51的方向上發(fā)出，而不使用任何棱鏡片等，能夠縮窄其方向性，并能夠?qū)崿F(xiàn)接近理想方向特性的方向特性。由于不使用任何棱鏡片，因此可以降低面光源裝置51的成本并使之更薄。
相反，在使用圖案方向彼此垂直的兩個(gè)棱鏡片重疊到一起來提高光線的方向性的方法中，光線的方向特性呈現(xiàn)出圖45的虛線所示的樣式。即使在入射到棱鏡片之前的光線的方向性為±30°，在穿過兩個(gè)重疊的棱鏡片之后，不能夠使半數(shù)或更多的光線在+20°的范圍內(nèi)。
而且，對于面光源裝置51，通過將擴(kuò)散圖案54在靠近發(fā)光部件53的區(qū)域以大間隔布置而隨著它們與發(fā)光部件53間隔開逐漸以小間隔布置，使得光導(dǎo)板52的整個(gè)光出射表面52b亮度均勻。
隨后，將對擴(kuò)散圖案54的作用給出解釋，該擴(kuò)散圖案54為三角形橫截面。對于在入射到擴(kuò)散圖案54之前的光線的方向性，考慮如圖46(a)所示的僅在x軸方向上窄的那種、如圖46(b)所示僅在z軸方向上窄的那種以及如圖46(c)所示在x軸和z軸方向上窄的那種。在這些中，圖46(c)所示的情況除外，這是因?yàn)閳D46(a)和圖46(b)所示的窄方向性在任何方向上都不存在。
隨后，考慮如圖46(b)所示的僅在z軸方向上方向性窄的光線入射到擴(kuò)散圖案54上的情況。在這種情況下，當(dāng)入射到擴(kuò)散圖案54上的全部光線被擴(kuò)散圖案54的反射表面54a全反射，如圖47所示，由擴(kuò)散圖案54反射的光線在方向性上不變化。尤其是，在z軸方向上的方向性不變窄。此時(shí)，當(dāng)擴(kuò)散圖案54的反射表面54a在傾斜角方面增大時(shí)，一部分光線被擴(kuò)散圖案54反射，而一部分光線透射過擴(kuò)散圖案，如圖48(a)和48(b)所示，被擴(kuò)散圖案的反射表面54a全反射的光線沿著相對于z軸很傾斜的方向出射，并且經(jīng)擴(kuò)散圖案54的反射表面54a透射并從后表面54c再次入射的光線在重新入射時(shí)角度上也發(fā)生變化，使得z軸的方向性遭到破壞。于是，對于如圖46(b)所示的僅在z軸方向上方向性窄的光線，要在x軸方向上縮窄方向性非常困難。
相反，即使在如圖46(a)所示的僅在x軸方向上具有窄方向性的光線在z軸方向上具有相對大的擴(kuò)散，例如，在入射之前，如同圖50(a)所示的光線L1、L2和L3那樣，當(dāng)入射到在x軸方向上并具有三角形橫截面的擴(kuò)散圖案54的反射表面54a上時(shí)，通過使得反射表面54a全反射部分光線L1、L2(如圖50(b)所示)且將部分光線L2、L3透射過反射表面54a而使其再次從后表面54c入射(如圖50(c)所示)，由擴(kuò)散圖案54反射的光線的區(qū)域可以被限制到局部區(qū)域，使得由擴(kuò)散圖案54全反射并從光出射表面52b出射的光線可以在y軸方向上的方向性變窄。此外，通過將擴(kuò)散圖案54的反射表面54a的傾斜角設(shè)定到適當(dāng)?shù)闹?，可以使由反射表?4a反射的光線沿著基本上垂直于光出射表面52b的方向(z軸方向)出射。另一方面，由于擴(kuò)散圖案54在x軸方向上均勻延伸，光線在x軸方向上的方向性不會擴(kuò)大，即使在被擴(kuò)散圖案54全反射時(shí)。而且，雖然經(jīng)擴(kuò)散圖案54的反射表面54a透射并從后表面54c再次入射的光線在yz平面內(nèi)它所前進(jìn)的角度上發(fā)生變化，但是它最初在z軸方向上的方向性不是窄的，因此，不會擴(kuò)大z軸方向上的方向性。另外，圖50(a)中居中的光線L2表示以稍大于或稍小于全反射的臨界角的角度入射到擴(kuò)散圖案54的反射表面54a上的光線。
雖然已經(jīng)參照圖46(a)和50描述了光線不在z軸方向上擴(kuò)散的情況，但是，從發(fā)光部件53出射的光線實(shí)際上或多或少擴(kuò)散。例如，考慮到在光導(dǎo)板52內(nèi)傳播的光線沿著y軸方向被觀察時(shí)的空間頻率，光線被認(rèn)為是會聚到圖51中斜線的區(qū)域。在此，在平行于z軸方向的中心線i上的光線是在yz平面內(nèi)傳導(dǎo)的光線，而在與其平行的線i上的光線表示沿x軸方向傾斜的光線。在擴(kuò)散圖案54完全平行于x軸方向延伸，并且擴(kuò)散圖案54的反射表面54a和后表面54c彼此平行延伸的情況下，如平面圖中所見，x軸方向上的光線通過反射或透射過擴(kuò)散圖案54而空間頻率不變。因此，光線在光導(dǎo)板52內(nèi)的前進(jìn)方向在xy平面內(nèi)不變，只要不導(dǎo)致光線出射，在線i上的光線僅平移到線i上，并且在線j上的光線僅平移到線j上。
于是，在發(fā)光部件53處使光線在x軸方向上的方向性縮窄并且然后光線由擴(kuò)散圖案54反射而使得在y軸方向上的方向性變窄的情況下，從面光源裝置51沿z軸方向出射的光線在z軸方向和y軸方向上都變窄，最后，可以發(fā)出在所有方向上的方向性都變窄的光線，如圖52所示。另外，圖52的特性S表示出射光線的方向特性。
順便提及，為了使從光導(dǎo)板52沿著x軸方向出射的光線的方向性為+20°或更小，在光導(dǎo)板52中沿x軸方向的方向性需要等于±13°或更小。雖然在假設(shè)光導(dǎo)板52具有1.53的折射率的前提下計(jì)算出±13°或更小這個(gè)值，但是可用于光導(dǎo)板52的透明樹脂折射率在1.4到1.65范圍內(nèi)，由此光導(dǎo)板52中所需的在x軸方向上的方向角在該范圍內(nèi)變化不大。而且，即使在折射率進(jìn)一步變化時(shí)，13°或更小的值在實(shí)際應(yīng)用中不會變化太大。于是，在設(shè)計(jì)發(fā)光部件53時(shí)以該值為目標(biāo)值就足夠了。
而且，在光線的前進(jìn)方向的中心(±13°或更小的中心)平行于y軸方向的情況下，使擴(kuò)散圖案54平行于x軸方向就足夠了，并且在光線的前進(jìn)方向的中心相對于y軸方向傾斜的情況下，為了校正這種傾斜，將擴(kuò)散圖案54的延伸方向相對于x軸方向傾斜也就足夠了，使得在平面圖中(在xy平面內(nèi))可看到光線的前進(jìn)方向和擴(kuò)散圖案54的延伸方向彼此垂直。
由于對于這種類型的面光源裝置，在光線前進(jìn)方向的中心相對于y軸方向傾斜的情況下，在光導(dǎo)板52內(nèi)前進(jìn)的光線在方向性上非常窄，但是，光導(dǎo)板52的拐角E變得暗，如圖53所示。因此，在這種具有矩形發(fā)光區(qū)域的光導(dǎo)板52中，理想的是光線前進(jìn)方向的中心在垂直于光入射表面52a的方向上，或至少在距垂直于光入射表面52a的方向±13°內(nèi)或更小。而且，假設(shè)光線的前進(jìn)方向和擴(kuò)散圖案54在±13°的范圍內(nèi)，即使它們彼此完全垂直，由于垂直于面光源裝置51的光出射表面52b的方向包含在出射光線的+20°的范圍內(nèi)，因此，對擴(kuò)散圖案54不會造成問題。
另外，在檢查光導(dǎo)板52內(nèi)的光線的方向特性的情況下，如圖54所示，在光導(dǎo)板52內(nèi)的角度強(qiáng)度分布可以由Snell法則通過沿著平行于z軸方向和基本上垂直于光前進(jìn)方向的平面切割光導(dǎo)板52，并且測量從切割平面c-c出射的光線的角度強(qiáng)度分布來計(jì)算出來。
由于從發(fā)光部件53觀察時(shí)，這種擴(kuò)散圖案54的兩側(cè)表面54b隱藏在反射表面54a之后，因此，光線難于撞擊到兩個(gè)側(cè)表面54b上，即使在擴(kuò)散圖案54的側(cè)表面54b上產(chǎn)生成型塌邊，由此，可以防止光線被側(cè)表面54b散射而形成損失光線。
隨后，將對單個(gè)擴(kuò)散圖案的形狀、設(shè)計(jì)擴(kuò)散圖案的方法等加以解釋。在將擴(kuò)散圖案54基本上垂直于光導(dǎo)板52中光線的前進(jìn)方向布置的情況下，直角三角形橫截面的圖案適于上述擴(kuò)散圖案54。對于如圖55所示的由曲面構(gòu)成的擴(kuò)散圖案54，光線L的偏轉(zhuǎn)方向隨位置而不同，其中，光線L被偏轉(zhuǎn)，且出射光線在角度范圍上增大。于是，垂直于縱向的橫截面由曲面構(gòu)成的這種圖案不是理想的。而且，對于圖56所示的鋸齒形狀的擴(kuò)散圖案54，經(jīng)擴(kuò)散圖案54透射的光線L不會沿著垂直于光出射表面52b的方向出射，并且所有光線在無用的方向上出射，于是，鋸齒形狀的這種擴(kuò)散圖案54也不是優(yōu)選的。
相反，對于后表面54c垂直于光導(dǎo)板52的下表面且橫截面為直角三角形形式的擴(kuò)散圖案54，如圖57(a)所示被反射表面54a全反射的光線L在保持方向性的同時(shí)被反射，即使在所有光線被反射的情況下也如此，并且在一部分光線透射擴(kuò)散圖案54的情況下方向性可以縮窄。而且，如圖57(b)所示，經(jīng)擴(kuò)散圖案54透射的光線L從后表面54c在此入射，而不損害方向性，此后，可以被另一擴(kuò)散圖案54全反射。另外，雖然后表面54c理想地垂直于光導(dǎo)板52的下表面，但是由于在模制時(shí)拔模會變得困難它也可以稍微傾斜。
但是，對于橫截面為直角三角形形式的擴(kuò)散圖案54，從上面觀察時(shí)光導(dǎo)板52內(nèi)的光線L不是沿一個(gè)方向排列(在x軸方向上的擴(kuò)散較大)時(shí)，垂直撞擊擴(kuò)散圖案54的光線L的比率減小，而傾斜撞擊擴(kuò)散圖案54的光線增多。如從上面觀察到的，與垂直撞擊擴(kuò)散圖案54的光線L相比，傾斜撞擊擴(kuò)散圖案的光線L在擴(kuò)散圖案54上的傾斜角增大，并且被反射的光線的比率增大。即，入射到擴(kuò)散圖案54上的效果(縮窄方向性但不減小光效率)降低。因此，對于橫截面為直角三角形形式的擴(kuò)散圖案54，需要使光線L的前進(jìn)方向在光導(dǎo)板52內(nèi)對齊，并且擴(kuò)散圖案54布置成垂直于該前進(jìn)方向，以便提高擴(kuò)散圖案54的效果。另外，對于本實(shí)施例，前提條件是用發(fā)光部件53縮窄x軸方向上的方向性。
考慮擴(kuò)散圖案54的反射表面54a的傾斜角β。圖58示出在傾斜角β為45°、55°和65°時(shí)出射光強(qiáng)度的角度分布，橫坐標(biāo)代表圖59所示的出射光線的出射角，而縱坐標(biāo)代表出射光線的強(qiáng)度。在圖58中，在出射角的負(fù)的一側(cè)上照度大的原因?yàn)榇蟪錾浣驱墓饩€L包括少量撞擊到反射表面54a上的光線L，如圖60(a)和60(b)所示。另外，原因在于，如在yz平面觀察到的在光導(dǎo)板52中的光線L內(nèi)，基本上平行于反射表面54a的光線在出射光線的強(qiáng)度上為零(在很多情況下不存在這種光線)，并且由于與該角度遠(yuǎn)離，即，出射角減小(在負(fù)側(cè)上增加)，出射光線強(qiáng)度增加。參照圖58，在傾斜角β＝55°的情況下，雖然出射光線的角度范圍在出射角的負(fù)側(cè)上稍小，但是由于強(qiáng)度相應(yīng)較大，所以在出射角的負(fù)側(cè)和正側(cè)上仍保持平衡。
圖61(a)說明了具有大約25°擴(kuò)散作用反射型液晶顯示面板的擴(kuò)散特性，圖61(b)說明了具有傾斜角為55°的擴(kuò)散圖案的面光源裝置的出射光角度特性，而圖61(c)表示在具有圖61(b)所示的特性的面光源裝置的光線入射到具有圖61(a)所示特性的反射型液晶顯示面板時(shí)，在反射型液晶顯示面板的出射光線的角度特性。如圖所示，在使光線從設(shè)置有傾斜角β為55°的擴(kuò)散圖案的面光源裝置出射到具有大約25°擴(kuò)散作用的液晶顯示面板時(shí)，在垂直于液晶顯示面板的軸向上，出射光變得最大，而獲得最優(yōu)的發(fā)射方向。另一方面，當(dāng)傾斜角β處于45°到65°的范圍之外時(shí)，任何方向都不會沿著垂直于光出射表面52b的方向(z軸方向)出射，因此需要棱鏡片等。于是，擴(kuò)散圖案54的反射表面54a的傾斜角β的大小優(yōu)選地在45°到65°的范圍內(nèi)。
隨后，考慮擴(kuò)散圖案54的后表面54c的角度ρ。如圖62所示，當(dāng)后表面54c的角度ρ過小時(shí)，擴(kuò)散圖案54變成鋸齒形，使得經(jīng)擴(kuò)散圖案54的反射表面54a透射并再次從后表面54c入射的光線在撞擊向后設(shè)置的擴(kuò)散圖案54之前入射到光出射表面52b上，并沿著光出射表面52b出射，而造成損失。因此，后表面54c的角度ρ優(yōu)選地較大，且優(yōu)選地至少大于反射表面54a的傾斜角β(β＜ρ)。
而且，如圖63所示，當(dāng)后表面54c的角度小時(shí)，經(jīng)反射表面54a透射的光線易于從光導(dǎo)板52泄漏，同時(shí)，隨著后表面54c的角度ρ如圖63中虛線所示接近90°，再次從后表面54c入射的光線的比率增加。另一方面，當(dāng)角度ρ超過90°時(shí)，不能模制光導(dǎo)板52。因此，后表面54c的角度ρ優(yōu)選地在80°到90°的范圍內(nèi)，并進(jìn)一步理想的在85°到90°的范圍內(nèi)。
另外，圖64(a)、64(b)和64(c)示出傳統(tǒng)發(fā)光部件的結(jié)構(gòu)。存在三種發(fā)光部件的結(jié)構(gòu)，即(i)諸如LED的點(diǎn)光源通過光導(dǎo)體28等轉(zhuǎn)變成線性光源，且點(diǎn)光源27的光線L以面的形式擴(kuò)散，如圖64(a)所示；(ii)點(diǎn)光源27等間隔排列，而模擬形成線性光源，并且其光線L以面的形式擴(kuò)散，如圖64(b)所示；(iii)從點(diǎn)光源27發(fā)出的光線L直接以面的形式擴(kuò)散，如圖64(c)所示。
如從上面所觀察的，對于在光導(dǎo)板22各點(diǎn)處方向性的改善，利用結(jié)構(gòu)(iii)，光導(dǎo)板可以相對簡單地實(shí)現(xiàn)。但是，在這種情況下，導(dǎo)致一個(gè)問題，即，在圖64(c)中的位置P2、P3處從光導(dǎo)板22的側(cè)面泄漏的光線L光量增大，并且難于實(shí)現(xiàn)效率提高。而且，雖然與位置P2、P3相比，在光導(dǎo)板22的拐角P1處所需的光量非常大，但是，實(shí)際上與位置P2、P3相比，難于增加沿著朝向P1方向傳播的光量。因此，通過在位置P2、P3處泄漏的光量，實(shí)際上被迫使P2、P3處的亮度符合位置P1處的亮度，使得在位置P2、P3處泄漏的光量增大，而導(dǎo)致效率降低。
相反，對于結(jié)構(gòu)(i)和(ii)，要注意的僅僅是使表面的亮度均勻，但是并沒有考慮增加從光導(dǎo)板22出射的光線的方向性。尤其是，(i)、(ii)、和(iii)任一種結(jié)構(gòu)都沒有公開使得從光導(dǎo)板22出射的光線在±10°到30°的范圍內(nèi)亮度均勻，這是本發(fā)明特有的。
圖65示出實(shí)施例2的改進(jìn)，其中，光導(dǎo)板52的下表面傾斜，而使得光導(dǎo)板52成楔形，在靠近發(fā)光部件53的一側(cè)厚度大，而在遠(yuǎn)離發(fā)光部件53的一側(cè)厚度小，設(shè)置在光導(dǎo)板52下表面上的擴(kuò)散圖案54成形為使得反射表面54a變得基本為梯形。而且，在與光導(dǎo)板52的光出射表面52b相對位置處布置的是棱鏡片59，在該棱鏡片上布置沿著x方向延伸且橫截面為三角形的棱柱59a。從而，從發(fā)光部件53進(jìn)入光導(dǎo)板52的光線在被光導(dǎo)板52的上表面和下表面反射的同時(shí)在光導(dǎo)板52內(nèi)傳播，且被光導(dǎo)板52的下表面(傾斜表面)和擴(kuò)散圖案54反射并從光出射表面52b出射的光線借助于棱鏡片59在垂直方向上出射。
圖66是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的面光源裝置61的透視圖。對于面光源裝置61，發(fā)光部件63布置成面對光導(dǎo)板62的一側(cè)的中心，而擴(kuò)散圖案64布置在光導(dǎo)板62的下表面上，而與發(fā)光部件63同心并以之為中心。每個(gè)擴(kuò)散圖案64的反射表面64a形成為梯形形狀，使得光線難于入射到擴(kuò)散圖案64的側(cè)表面64b上。而且，棱鏡片66布置在與光導(dǎo)板62的光出射表面65相對的位置處。在棱鏡片66的下表面上同心地形成弧形延伸的棱柱66a。
另外，也在這種情況下，發(fā)光部件63不必是單獨(dú)一個(gè)，而可以彼此鄰近地布置多個(gè)發(fā)光部件63，如圖67所示。
圖68(a)和68(b)是示出擴(kuò)散圖案另一種結(jié)構(gòu)的前視圖和平面圖。圖68(a)的前視圖是擴(kuò)散圖案67的反射表面67a的前面，即，從圖68(b)中箭頭f所示的方向看到的視圖。對于擴(kuò)散圖案67，雖然反射表面67a中的遠(yuǎn)離光源一側(cè)的長度(反射表面67a的寬度)小于反射表面67a中靠近光源一側(cè)的長度(反射表面67a的寬度)，但是擴(kuò)散圖案67的一個(gè)側(cè)表面67b在從前側(cè)觀察的狀態(tài)下暴露。
但是對于擴(kuò)散圖案67，如圖68(b)所示，光線傾斜地入射到擴(kuò)散圖案67上，擴(kuò)散圖案67的側(cè)表面67b在沿著一個(gè)方向(朝向光源的方向)觀察時(shí)隱藏在反射表面67a的后面，如圖68(c)所示，使得，光線不會傾斜地入射到擴(kuò)散圖案67的側(cè)表面67b上。因此，即使在側(cè)表面67b上產(chǎn)生成型塌邊的情況下，也可以阻止光線L由于擴(kuò)散圖案67的側(cè)表面67b而散射。
其中光線傾斜地入射到擴(kuò)散圖案上的面光源裝置包含日本專利申請2003-138023號和日本專利申請2003-347514號中公開的正面光，這兩個(gè)申請由本申請的申請人提交。
隨后，將對本發(fā)明的應(yīng)用作出解釋。
(液晶顯示器)圖69是示出根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器71的示意性橫截面圖。對于液晶顯示器71，根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置73布置在液晶顯示面板72的后表面上。液晶顯示面板72包括夾置并密封在后表面?zhèn)然?4和前表面?zhèn)然?5之間的液晶層76，其中，在后表面?zhèn)然?4上形成開關(guān)元件，如TFT(薄膜晶體管)和布線，而在前表面?zhèn)然?5上，形成透明電極和濾色片，該液晶顯示面板72還包括偏振板77，該偏振板77重疊在前、后表面上。對于液晶顯示器71，面光源裝置73被點(diǎn)亮，以從后表面?zhèn)日樟烈壕э@示面板72，來開和關(guān)控制液晶顯示面板72的相應(yīng)象素，從而產(chǎn)生圖像。
另外，由于根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置可以應(yīng)用于正面光，因此，雖然沒有圖示，它也可以應(yīng)用于反射型液晶顯示器。
(應(yīng)用性)圖70示出便攜電話81，其中組裝了根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器71。對于便攜電話81，液晶顯示器71組裝為具有十按鍵等的撥號部分82上的顯示器，而天線83設(shè)置在其上表面上。
圖71示出便攜信息終端，如PDA，在該便攜信息終端內(nèi)作為顯示器組裝了根據(jù)本發(fā)明的液晶顯示器71。便攜信息中斷84包括用于筆輸入等的輸入單元85以及樞轉(zhuǎn)地安裝到其上端的蓋86，其中，蓋輸入單元在液晶顯示器71的橫向上設(shè)置。
通過為便攜電話81、便攜信息終端等以這種方式使用本發(fā)明的液晶顯示器71，可以減少光損失，而能夠改善屏幕亮度以及亮度均勻性，并改善屏幕的可視性。
根據(jù)本發(fā)明的面光源裝置可以用作液晶顯示面板等的背光和正面光或者照明燈具等。
權(quán)利要求
1.一種面光源裝置，包括光源和光導(dǎo)板，從光源導(dǎo)入的光線在基本上整個(gè)光出射表面上散開而從光出射表面出射，且其中，多個(gè)用于反射光導(dǎo)板內(nèi)傳播的光線的圖案形成在與光導(dǎo)板的光出射表面相對的表面上，所述面光源裝置的特征在于各個(gè)圖案構(gòu)造成使得在從垂直于光出射表面的方向觀察時(shí)光線以每個(gè)圖案所確定的基本上固定的方向入射，并且在從光入射方向觀察時(shí)，所述圖案的兩個(gè)側(cè)表面基本上完全被所述圖案的位于光入射側(cè)的傾斜表面遮擋。
2.如權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于所述光源是點(diǎn)光源，棱鏡片布置在光導(dǎo)板的觀察側(cè)上，并且在光導(dǎo)板內(nèi)傳播并由所述圖案偏轉(zhuǎn)的光線從光出射表面沿著相對于光導(dǎo)板的光出射表面的法線傾斜的方向出射時(shí)，該光線被棱鏡片偏轉(zhuǎn)。
3.一種面光源裝置，包括光源和光導(dǎo)板，從光源導(dǎo)入的光線在基本上整個(gè)光出射表面上散開而從光出射表面出射，且其中，多個(gè)用于反射光導(dǎo)板內(nèi)傳播的光線的圖案形成在與光導(dǎo)板的光出射表面相對的表面上，該面光源裝置的特征在于各個(gè)所述圖案被構(gòu)造成使得在從垂直于光出射表面的方向上觀察時(shí)，光線沿著每個(gè)圖案所確定的基本上固定的方向入射；并且位于所述圖案的光入射側(cè)上的傾斜圖案中的位于與光入射側(cè)相對的一側(cè)上的那部分在寬度上比位于光入射側(cè)上的那部分短。
4.如權(quán)利要求3所述的面光源裝置，其特征在于所述光源包括點(diǎn)光源；棱鏡片布置在光導(dǎo)板的觀察側(cè)上；并且在光導(dǎo)板內(nèi)傳播且由所述圖案偏轉(zhuǎn)的光線從光出射表面沿著相對于光導(dǎo)板的光出射表面的法線傾斜的方向出射之后，該光線由棱鏡片偏轉(zhuǎn)。
5.一種液晶顯示單元，該液晶顯示單元包括圖像顯示面板和布置在圖像顯示面板的觀察側(cè)或者與該觀察側(cè)相對的一側(cè)上的如權(quán)利要求1、2、3或4所述的面光源裝置。
6.一種便攜信息終端，該便攜信息終端包括如權(quán)利要求1、2、3或4所述的面光源裝置。
全文摘要
防止光線在不規(guī)則的方向上散射，即使在擴(kuò)散圖案的側(cè)表面上形成成型塌邊的情況下。當(dāng)從垂直于光導(dǎo)板的方向觀察時(shí)，光線從幾乎恒定的方向照射到光導(dǎo)板底面上設(shè)置的擴(kuò)散圖案(36)上，每個(gè)擴(kuò)散圖案(36)中的面對發(fā)光部件的反射表面(46a)形成為梯形，該反射表面為傾斜表面，且在從光源單元方向觀察時(shí)，擴(kuò)散圖案(36)的受成型塌邊影響的側(cè)表面(46b)隱藏在反射表面(46a)之后，且不易于接收光線。
文檔編號G02F1/1335GK1878984SQ200480033089
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月10日
發(fā)明者上野佳宏, 真鍋克之, 篠原正幸 申請人:歐姆龍株式會社