專利名稱：背光源單元和液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種背光源單元和液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
通常，對(duì)非發(fā)光型的液晶顯示面板供給光的背光源單元，為了將來(lái)自LEDCLight Emitting Diode 發(fā)光二極管)等光源的光均勻地導(dǎo)向液晶顯示面板而包括由透明樹脂形 成的導(dǎo)光板。并且，該導(dǎo)光板將自身端面(例如側(cè)面)接收的光在內(nèi)部多重反射，并從 頂面(出射面)射出。為了提高來(lái)自導(dǎo)光板的光射出效率，現(xiàn)有在導(dǎo)光板的頂面或底面上形成棱鏡圖 案，由該棱鏡折射的光從頂面射出?；蛘?，在導(dǎo)光板的頂面或底面上形成散射性的點(diǎn)圖 案，由該點(diǎn)擴(kuò)散的光從頂面射出。但是，由于導(dǎo)光板的棱鏡比較大，所以目視觀察液晶顯示裝置的情況下，很可 能棱鏡較顯著。此外，由棱鏡使導(dǎo)光板的厚度容易變得更厚，而且背光源單元的厚度也 增加。另外，在導(dǎo)光板的一面難以形成所希望的棱鏡圖案，不是所希望圖案的棱鏡圖案 容易引起光損失。而且，這樣的棱鏡圖案會(huì)使射出光也難以從導(dǎo)光板向所希望方向控 制。另外，導(dǎo)光板上的散射性的點(diǎn)，使有效使用的光的比率顯著降低，并使射出光 也難以從導(dǎo)光板向所希望方向控制。作為用于使射出光從導(dǎo)光板向所希望方向控制的一方案，例如使棱鏡片等光學(xué) 片覆蓋在導(dǎo)光板的頂面上的方案。但是，以光學(xué)片存在的量、背光源單元的厚度增加， 進(jìn)而背光源單元的部件數(shù)也增加(而且，背光源單元的成本也增加)。因此，最近在導(dǎo)光板的底面上形成等間隔密集的光柵線的集合體，即在導(dǎo)光板 上形成衍射光柵(此外，這樣的衍射光柵的周期間隔多相對(duì)于可見(jiàn)光設(shè)定在0.5 2μιη 程度)。其原因是，當(dāng)這樣的衍射光柵(例如相位差型衍射光柵)包含于導(dǎo)光板時(shí)，從導(dǎo) 光板的側(cè)面向內(nèi)部傳播的光被衍射，經(jīng)由頂面大量到達(dá)液晶顯示面板。作為包括衍射光柵的導(dǎo)光板的例子，能夠例舉專利文獻(xiàn)1。在記載于專利文獻(xiàn)1 中的背光源單元中，如圖18的平面圖所示，在導(dǎo)光板141的頂面141U上以LED 112為 基準(zhǔn)，放射狀排列有光柵片pp，完成衍射光柵gs。特別是，在該衍射光柵gs中，通過(guò)將 光柵片PP排成一列，從而產(chǎn)生衍射矢量(光柵矢量)g，沿該衍射矢量g的光被有效率地 衍射。專利文獻(xiàn)1 日本專利特開2006-228595號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
通常，衍射光柵gs對(duì)沿衍射矢量g傳播的光以比較高的衍射效率衍射，但是對(duì) 從衍射矢量g偏離傳播的光僅以比較低的衍射效率衍射。于是，如在專利文獻(xiàn)1所記載 的導(dǎo)光板141的衍射光柵gs所示，雖是放射狀但以列狀排列光柵片pp，從而產(chǎn)生衍射矢量g時(shí)，導(dǎo)光板141難以存在多個(gè)衍射矢量g。因此，該導(dǎo)光板141的衍射光柵gs不能 充分衍射在各種方向上傳播的光。本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而研發(fā)的。并且，本發(fā)明的目的在于提供一種由導(dǎo)光板 將在各種方向上傳播的光有效率地衍射，向外部射出的背光源單元和包括該背光源單元 的液晶顯示裝置。背光源單元包括光源；和接收來(lái)自該光源的光，并使該光進(jìn)行多重反射而向 外部射出的導(dǎo)光板。在此，在導(dǎo)光板中，以接收光的面為受光面，以與該受光面相對(duì)配 置的面為相反面，以朝向外部使光射出的面為出射面，并且以從受光面到相反面的最短 方向?yàn)榈谝环较?。于是，在出射面形成有衍射光柵，該衍射光柵包括產(chǎn)生與第一方面相同方向的 衍射矢量的第一區(qū)域和產(chǎn)生與第一方向不同方向的衍射矢量的第二區(qū)域。并且，第一區(qū) 域在出射面上位于沿第一方向傳播的光的到達(dá)部分，第二區(qū)域在出射面上位于偏離第一 方向傳播的光的到達(dá)部分。如此一來(lái)，沿第一方向傳播的光由具有與第一方向相同方向的衍射矢量的第一 區(qū)域的衍射光柵衍射，所以以比較高的衍射效率衍射。此外，偏離第一方向傳播的光由 具有與第一方向不同方向的衍射矢量的第二區(qū)域的衍射光柵衍射，所以光的傳播方向和 衍射矢量的方向一致的比率提高，衍射的效率提高。S卩，導(dǎo)光板包括與光的傳播方向?qū)?yīng)的多種衍射光柵(第一區(qū)域的衍射光柵和 第二區(qū)域的衍射光柵)，與其傳播方向?qū)?yīng)地使光發(fā)生衍射。因此，在導(dǎo)光板整體，光的 傳播方向與衍射矢量的方向一致的比率提高，衍射的效率提高。此外，當(dāng)光的傳播方向 與衍射矢量的方向一致時(shí)，衍射光柵的設(shè)計(jì)變得容易，通過(guò)設(shè)計(jì)能夠使例如相對(duì)于導(dǎo)光 板的出射面垂直射出的光量增加。此外，優(yōu)選第一區(qū)域在出射面上位于從與光源的發(fā)光端相對(duì)的部位沿第一方向 的部分，第二區(qū)域在出射面上位于除第一區(qū)域以外的部分。如此一來(lái)，光源的光軸方向與第一方向一致，沿該第一方向傳播的光量增加， 所以該光的傳播方向與衍射矢量的方向一致的比率提高，第一區(qū)域的衍射光柵的衍射效 率提高。此外，由于從光源的光軸方向偏離的光到達(dá)第二區(qū)域，所以該光的傳播方向與 不同于第一方向的衍射矢量的方向一致的比率提高，第二區(qū)域的衍射光柵的衍射效率提
尚ο另外，為了提高來(lái)自導(dǎo)光板的光射出效率，衍射效率的入射角依賴性等特性不 得不變化的情況下，優(yōu)選如以下。例如，第二區(qū)域中的衍射光柵優(yōu)選具有多邊形的光柵圖案。另外，該光柵圖案 可以是四邊形或六邊形的光柵圖案。另外，構(gòu)成衍射光柵的光柵片優(yōu)選為柱體。另外， 柱體可以是長(zhǎng)方體或圓柱體。但是，第二區(qū)域中的衍射光柵優(yōu)選在作為相對(duì)于第一方向交叉的方向的第二方 向上包括兩種以上的周期間隔。如此一來(lái)，由于第二方向的衍射光柵的周期間隔存在多種，所以根據(jù)該各種周 期間隔和第一方向上的衍射光柵的周期間隔(例如固定的周期間隔)產(chǎn)生多種衍射光柵。 并且，該衍射矢量由于與多種光的傳播對(duì)應(yīng)，所以容易從第二區(qū)域的出射面垂直射出光。另外，作為在第二方向包括兩種以上的周期間隔的第二區(qū)域中的衍射光柵的例 子，能夠例舉以下方案。首先，以出射面上與第一方向一致的光源的光軸方向與來(lái)自光源的光所成的角 度作為發(fā)散角度，用該發(fā)散角度的角度范圍劃分第二區(qū)域，以該劃分出的區(qū)域作為角度 劃分區(qū)域。然后，作為一個(gè)例子的第二區(qū)域中的衍射光柵，對(duì)于每個(gè)角度劃分區(qū)域中的 衍射光柵，角度范圍的下限值越小，則作為相對(duì)于第一方向的交叉方向的第二方向上的 周期間隔越長(zhǎng)。另外，作為其他例子，能夠例舉以下方案。首先，光源的光軸方向與第一方向 一致，通過(guò)將與第一方向相同方向的劃分線在第二區(qū)域中沿著作為相對(duì)于第一方向的交 叉方向的第二方向排列，劃分第二區(qū)域的至少一部分，以該劃分出的區(qū)域作為并列劃分 區(qū)域。然后，作為其他例子的第二區(qū)域中的衍射光柵，對(duì)于每個(gè)并列劃分區(qū)域中的衍 射光柵，最接近該并列劃分區(qū)域的光源的光軸方向與該并列劃分區(qū)域的最短背離距離越 短，則第二方向上的周期間隔越長(zhǎng)。但是，在以上的背光源單元中，優(yōu)選在導(dǎo)光板上，作為與出射面相對(duì)配置的面 的底面被反射片覆蓋，該反射片將從該底面泄漏的光導(dǎo)向?qū)Ч獍鍍?nèi)。這樣一來(lái)，出射面的衍射光柵使光反射，即使該反射光(衍射反射光)在導(dǎo)光板 的底面不全反射而透過(guò)，也能夠由反射片返回導(dǎo)光板，朝向出射面。因此，來(lái)自導(dǎo)光板 的射出光量增加。另外，包括以上的背光源單元和接收來(lái)自該背光源單元的光的液晶顯示面板的 液晶顯示裝置也屬于本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，由于導(dǎo)光板的出射面的衍射光柵與光的傳播方向?qū)?yīng)，所以衍射 效率提高，而且衍射光柵的設(shè)計(jì)也變得容易。因此，在該衍射光柵中例如從導(dǎo)光板的出 射面垂直射出的光量容易增加。


圖1是液晶顯示裝置的分解立體圖。圖2是背光源單元的導(dǎo)光板的列狀光柵區(qū)域的平面放大圖。圖3是背光源單元的導(dǎo)光板的散狀光柵區(qū)域的平面放大圖。圖4A是表示由XY平面方向和Z方向構(gòu)成的正交坐標(biāo)系中的波數(shù)矢量K的矢量 圖。圖4B是表示由X方向和Y方向構(gòu)成的正交坐標(biāo)系中的波數(shù)矢量K的矢量圖。圖5是圖1中的A-A'線向視剖面圖(其中、以反射片、導(dǎo)光板和LED模塊為 主體表示)O圖6是LED的光度分布圖。圖7是表示圖3的其他例的導(dǎo)光板的散狀光柵區(qū)域的平面放大圖。圖8是表示圖3和圖7的其他例的導(dǎo)光板的散狀光柵區(qū)域的平面放大圖。圖9是表示圖3、圖7和圖8的其他例的導(dǎo)光板的散狀光柵區(qū)域的平面放大圖。圖10是由長(zhǎng)方體的光柵片形成的衍射光柵面的簡(jiǎn)略平面圖。
圖11是由圓柱體的光柵片形成的衍射光柵面的簡(jiǎn)略平面圖。圖12是以劃分圖10和圖11中的散狀光柵區(qū)域的區(qū)域(角度劃分區(qū)域AR)為主 體表示的簡(jiǎn)略平面圖。圖13是由與圖10不同的長(zhǎng)方體的光柵片形成的衍射光柵面的簡(jiǎn)略平面圖。圖14是由與圖11不同的圓柱體的光柵片形成的衍射光柵面的簡(jiǎn)略平面圖。圖15是以劃分圖13和圖14中的散狀光柵區(qū)域的區(qū)域(并列劃分區(qū)域TR)為主 體表示的簡(jiǎn)略平面圖。圖16是表示LED的配置的一個(gè)例子的衍射光柵面的簡(jiǎn)略平面圖。圖17是表示與圖16不同的LED的配置的一個(gè)例子的衍射光柵面的簡(jiǎn)略平面圖。圖18是現(xiàn)有的背光源單元上搭載的導(dǎo)光板的頂面的平面圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明MJ LED 模塊11安裝基板12 LED (光源)41導(dǎo)光板41S導(dǎo)光板的側(cè)面(受光面/相反面)4IB導(dǎo)光板的底面4IU導(dǎo)光板的頂面(出射面)GS衍射光柵PP光柵片LR列狀光柵區(qū)域(第一區(qū)域)SR散狀光柵區(qū)域(第二區(qū)域)AR角度劃分區(qū)域TR并列劃分區(qū)域RR劃分線AX光軸方向X X方向(第二方向)Y Y方向(第一方向)Z Z 方向42反射片49背光源單元59液晶顯示面板69液晶顯示裝置
具體實(shí)施例方式〔實(shí)施方式1〕關(guān)于實(shí)施的一個(gè)方式，根據(jù)附圖進(jìn)行說(shuō)明，則如以下所示。另外，為了方便， 也有省略剖線或部件符號(hào)等的情況，但是這種情況可以參考其他附圖。另外，附圖上的 黑圓代表相對(duì)于圖面垂直的方向。
圖1是液晶顯示裝置69的分解立體圖。如該圖1所示，液晶顯示裝置69包括 液晶顯示面板59和背光源單元49。液晶顯示面板59將包括TFT (Thin Film Transistor 薄膜晶體管)等開關(guān)元件的
有源矩陣基板51和與該有源矩陣基板51相對(duì)的相對(duì)基板52通過(guò)密封材料(未圖示)貼 合。并且，在兩基板51、52的間隙中注入液晶(未圖示)(另外，以?shī)A著有源矩陣基板 51和相對(duì)基板52的方式安裝有偏光膜53、53)。該液晶顯示面板59由于是非發(fā)光型的顯示面板，所以通過(guò)接收來(lái)自背光源單元 49的光(背光源光)而發(fā)揮顯示功能。因此，來(lái)自背光源單元49的光若能夠均勻地照射 液晶顯示面板59的整個(gè)面，則液晶顯示面板59的顯示品質(zhì)提高。背光源單元49包括LED模塊(光源模塊)MJ、導(dǎo)光板41和反射片42。LED模塊MJ是發(fā)光的模塊，包括安裝基板11、安裝在形成于安裝基板11的安 裝面上的電極而接受電流的供給而發(fā)光的LED (Light Emitting Diode 發(fā)光二極管)12。另外，LED模塊MJ為了確保光量，優(yōu)選包括多個(gè)LED(發(fā)光元件、點(diǎn)狀光 源)12，另外優(yōu)選將LED 12以列狀并列。其中，在圖面上為了方便，僅表示一部分LED 12 (另外，以下將LED 12的排列方向也稱作X方向)。導(dǎo)光板41是具有側(cè)面41S和以?shī)A持該側(cè)面41S的方式配置的頂面41U和底面 41B的板狀部件。并且，側(cè)面41S的一面(受光面)面對(duì)LED 12的發(fā)光端，從而接收來(lái) 自LED 12的光。接收到的光在導(dǎo)光板41的內(nèi)部被混合(多重反射)，作為面狀光從頂 面(出射面)41U朝向外部射出。反射片42以由導(dǎo)光板41覆蓋的方式定位。并且，反射片42的面對(duì)導(dǎo)光板41 的底面41B的一面為反射面。因此，該反射面不會(huì)泄漏來(lái)自LED 12的光和在導(dǎo)光板41 內(nèi)部傳播的光，而以返回導(dǎo)光板41(詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)導(dǎo)光板41的底面41B)的方式反射。另外，在如以上的背光源單元49中，反射片42和導(dǎo)光板41依次重疊(另外，該 重疊的方向也稱作Z方向，相對(duì)于X方向和Z方向垂直的方向也稱作Y方向)。并且， 來(lái)自LED 12的光由導(dǎo)光板42變?yōu)槊鏍罟?背光源光)而射出，該面狀光到達(dá)液晶顯示面 板59，通過(guò)該面狀光，液晶顯示面板59使圖像顯示。在此，關(guān)于背光源單元49的導(dǎo)光板41進(jìn)行詳細(xì)論述。首先，使導(dǎo)光板41與正 交三方向(XYZ方向)對(duì)應(yīng)。具體地，X方向?yàn)榕cLED模塊MJ相對(duì)的導(dǎo)光板41的受光面41S的長(zhǎng)度方向 (該X方向也是LED 12的并列方向)。另外，Y方向?yàn)閺氖芄饷?1S到與該受光面41S 相對(duì)配置的導(dǎo)光板41的側(cè)面(相反面)41S的最短方向。另外，Z方向?yàn)閷?dǎo)光板41的厚 度方向(該Z方向也是導(dǎo)光板41等各種部件的重疊方向)。并且，在該導(dǎo)光板41的頂面41U上形成衍射光柵GS (GS1、GS2)。該衍射光 柵GS包括兩種區(qū)域LR、SR。作為一個(gè)區(qū)域的列狀光柵區(qū)域LR在導(dǎo)光板41的頂面41U 從LED 12的發(fā)光端面對(duì)的部位沿Y方向(第一方向)延伸(因此，LED 12的光軸方向 AX與Y方向?yàn)橄嗤较?。作為另一區(qū)域的散狀光柵區(qū)域SR在導(dǎo)光板41的頂面41U從LED彼此12、12的 間隔所面對(duì)的部位沿Y方向延伸。總之，在導(dǎo)光板41的頂面41U，除列狀光柵區(qū)域LR 以外部分的區(qū)域?yàn)樯罟鈻艆^(qū)域SR。
并且，列狀光柵區(qū)域(第一區(qū)域)LR，如作為圖1的點(diǎn)劃線圓的放大平面圖的圖 2所示，在X方向上延伸的線狀的光柵片PP沿Y方向并列(將光柵片PP以一維排列)。 另一方面，散狀光柵區(qū)域(第二區(qū)域)SR，如作為圖1的雙點(diǎn)劃線圓的放大平面圖的圖3 所示，將點(diǎn)狀的光柵片PP以二維(X方向和Y方向)排列。包括這樣的兩種光柵區(qū)域LR、SR的導(dǎo)光板41的頂面41U可謂衍射光柵面 41U，基于該衍射光柵面41U的三維衍射現(xiàn)象能夠由以下的式(Al)和(A2)表現(xiàn)(另外， 頂面41U也可稱為由X方向和Y方向規(guī)定的XY面)。η2 ·sin θ 2 · sin Φ 2 = nl · sin θ 1 · sinOl+mX · λ /dX..… (Al)
η2 ·sin θ 2 · cos02 = nl · sin θ 1 · cos Φ 1+mY · λ/dX..·.·· (A2)
其中，
nl 相對(duì)于頂面41U入射一側(cè)的介質(zhì)所具有的折射率……(Bi)
θ 1 入射頂面41U的光在該頂面41U與Y方向所成的角度··… (B2)
ΦΙ 相對(duì)于頂面41U的入射角度……(B3)
η2 相對(duì)于頂面41U射出一側(cè)的介質(zhì)所具有的折射率……(B4)
θ 2 從頂面41U射出的光在該頂面41U與Y方向所成的角度··....(B5)
Φ2 相對(duì)于頂面41U的出射角度……(B6)
dX 衍射光柵GS中X方向的周期間隔……(B7)
dY 衍射光柵GS中Y方向的周期間隔……(B8)
mX X方向的衍射次數(shù)……(B9)
mY Y方向的衍射次數(shù)……(BlO)
λ 光的波長(zhǎng)……(B12)
另外，詳細(xì)地說(shuō)，式(Al)和(Α2)可通過(guò)以下求得(參照?qǐng)D4Α和圖4Β)。
首先，將傳播的光作為矢量考慮，設(shè)為波數(shù)矢量K。該波數(shù)矢量K在使用.
向與XY面方向的坐標(biāo)系中，如圖4A所示。然后，由該坐標(biāo)系，波數(shù)矢量K與Z方向 所成的角度為“Θ”的情況下，波數(shù)矢量K的Z方向成分和XY平面方向成分如以下。Z 方向成分K · cos θ......(Cl)XY 平面方向成分K · sin θ......(C2)進(jìn)而，波數(shù)矢量K在使用X方向與Y方向的坐標(biāo)系中，如圖4B所示。然后， 由該坐標(biāo)系，將波數(shù)矢量K與Y方向所成的角度設(shè)為“Φ”的情況下，作為波數(shù)矢量K 的XY平面成分的K · sine的X方向成分和Y方向成分如以下。X 方向成分:K · sine · sin Φ......(C3)Y 方向成分K · sin θ · cos Φ......(C4)在此，根據(jù)波數(shù)守恒準(zhǔn)則，省略Z方向成分，則波數(shù)矢量K如以下所示被矢量 表示(X方向成分、Y方向成分)。K= (K · sin θ · Sin φ, K · sin θ · cos Φ)......(C5)進(jìn)而，介質(zhì)中的波數(shù)矢量K亦由介質(zhì)的折射率η和光的波長(zhǎng)λ如以下表現(xiàn)。K = η/λ......(C6)于是，波數(shù)矢量K由(C5)和(C6)如以下所示表示。K= (η/λ .β ηθ · sin Φ, n/λ · sin θ · cos Φ)......(C7)
并且，將由衍射光柵面(XY面)衍射前的光設(shè)為波數(shù)矢量Kl，由衍射光柵面衍 射后的光設(shè)為波數(shù)矢量K2，構(gòu)成衍射的要因的衍射光柵GS的矢量(衍射矢量)設(shè)為G 時(shí)，以下的關(guān)系成立。K2 = Kl+G......(C8)另外，衍射矢量G根據(jù)衍射光柵GS的周期間隔“d”和衍射次數(shù)“m”如以下 構(gòu)成。G = m/d......(C9)根據(jù)以上，當(dāng)使用(C7) (C9)和(Bi) (B12)時(shí)，波數(shù)矢量K1、波數(shù)矢量 K2和衍射矢量G的矢量表示由以下的(Dl) (D3)表示，求取式(Al)和式(A2)。Kl= (η /λ · sni θ 1 · sinOl, nl/λ · sin θ 1 · cosOl)......(Dl)K2 = (η2/λ · sni θ 2 · sin0 2, η2/λ · sin θ 2 · cos Φ 2)......(D2)G = (mX/dX, mY/dY)......(D3)然后，使用該式(Al)和式(Α2)，適當(dāng)設(shè)計(jì)衍射光柵GS，則該衍射光柵GS將 從導(dǎo)光板41的頂面41U射出的光在所希望的方向上傳播(前進(jìn))。例如，在YZ面的剖 面上，如表示列狀光柵區(qū)域LR的剖面圖的圖5所示，能夠傳播光(另外，圖5也可謂表 示在Y方向上傳播的光)。另外，以下，有使用衍射次數(shù)(mX，mY)表現(xiàn)光的情況。 另外，有將從導(dǎo)光板41射出的光表現(xiàn)為透過(guò)光，將在導(dǎo)光板41內(nèi)部反射的光表現(xiàn)為反射 光的情況。如圖5所示，當(dāng)從LED 12射出的光Ll到達(dá)頂面41U的衍射光柵面41U時(shí)，產(chǎn) 生不衍射的光L2、即單純反射的光[(0，0)次反射光]和衍射的光L3(衍射透過(guò)光L3A、 衍射反射光L3B)。衍射透過(guò)光L3A在相對(duì)于頂面41U大致垂直的方向(法線方向)上透過(guò)前進(jìn)， 進(jìn)而由于具有比較高的光強(qiáng)度，優(yōu)選衍射透過(guò)光L3A為(0，-1)次的衍射透過(guò)光{即， 優(yōu)選(mX，mY) = (0，-1)}0另外，根據(jù)導(dǎo)光板41的材質(zhì)和空氣決定折射率。于是，在式(A2)中固定的參數(shù)和變動(dòng)的參數(shù)混合存在，使變動(dòng)的參數(shù)適當(dāng)變 化，從而導(dǎo)出衍射光柵GSl的Y方向上的周期間隔dY。例如，導(dǎo)光板41的材質(zhì)為聚碳酸酯，該材質(zhì)所具有的折射率(nl)為“1.58” 程度(另外，空氣的折射率為“1”)，則當(dāng)衍射光柵GS的Y方向上的周期間隔dY為
"400nm"時(shí)，則在列狀光柵區(qū)域LR上產(chǎn)生大量(0，_1)次的衍射透過(guò)光。另外，若是這樣的周期間隔，則也產(chǎn)生(0，-1)次的衍射反射光L3B(另外，這 樣的情況下，折射率nl、n2為導(dǎo)光板41所具有的折射率)。并且，該衍射反射光L3B 則向相對(duì)于頂面41U大致垂直的方向(法線方向)反射前進(jìn)。于是，衍射反射光L3B在 導(dǎo)光板41的底面41B上不進(jìn)行全反射而通過(guò)該底面41B，到達(dá)反射片42。于是，該到 達(dá)的光由反射片42反射，從而從底面41B返回，朝向頂面41U，進(jìn)而朝向外部直接垂直 射出。另一方面，光即使到達(dá)在頂面41U的散狀光柵區(qū)域SR，也產(chǎn)生不衍射的光和衍 射的光(衍射透過(guò)光、衍射反射光)。并且，衍射的光中衍射透過(guò)光，與圖5中的衍射透 過(guò)光L3A同樣地，優(yōu)選在相對(duì)于頂面41U大致垂直的方向上透過(guò)前進(jìn)。為了要生成在相對(duì)于頂面41U的散狀光柵區(qū)域SR大致垂直的方向上透過(guò)前進(jìn)的衍射透過(guò)光，基于相對(duì)于散狀光柵區(qū)域SR的頂面41U構(gòu)成角度(入射角度Φ 1)入射 的光如何衍射。例如非“0°，，的入射角度Φ 1的光以(0，-1)次衍射的情況下，由式 (Al)，衍射光的波數(shù)矢量Κ2具有X方向成分。這意味著在頂面41U的散狀光柵區(qū)域SR 衍射而透過(guò)的光僅X方向的成分，相對(duì)于頂面41U的X方向傾斜。但是，例如非“0°，，的入射角度Φ1的光以(-1，-1)次衍射的情況下，由式 (Al)，衍射光的波數(shù)矢量Κ2的X方向成分如“η /λ · sin θ 1 · 8 ηΦ 1-1/dX)所示。 于是，當(dāng)適當(dāng)設(shè)定衍射光柵GS2的X方向的周期間隔dX時(shí)，波數(shù)矢量K2的X方向成分 為“0”，S卩，頂面41U的散狀光柵區(qū)域SR中衍射透過(guò)的光，相對(duì)于頂面41U的X方向 垂直。即，該光是在相對(duì)于頂面41U的散狀光柵區(qū)域SR大致垂直的方向透過(guò)前進(jìn)的衍 射透過(guò)光。另外，在由散狀光柵區(qū)域SR的衍射光柵GS2衍射的衍射反射光的一部分中，相 對(duì)于導(dǎo)光板41的底面41B的入射角度不超過(guò)臨界角。因此，這樣的衍射反射光的一部分 在導(dǎo)光板41的底面不進(jìn)行全反射而通過(guò)該底面41B。然后，該通過(guò)的光由覆蓋底面41B 的反射片42反射，從而從底面41B返回，朝向頂面41U，進(jìn)而朝向外部直接垂直射出。根據(jù)以上，關(guān)于導(dǎo)光板41可知如下。S卩，導(dǎo)光板41的頂面41U的衍射光柵GS 根據(jù)圖6所示的LED 12中光度分布，包括兩種區(qū)域(作為一維衍射光柵Gl的列狀光柵 區(qū)域LR和作為二維衍射光柵G2的散狀光柵區(qū)域SR)。詳細(xì)地說(shuō)，在圖6的LED 12的光軸方向AX上傳播的光經(jīng)由導(dǎo)光板41的受光面 41S沿Y方向傳播的情況下，該光在頂面41U的到達(dá)部分成為列狀光柵區(qū)域LR。另一 方面，偏離圖6的LED 12的光軸方向AX傳播的光經(jīng)由導(dǎo)光板41的受光面41S也偏離Y 方向傳播的情況下，該偏離的光在頂面41U的到達(dá)部分成為散狀光柵區(qū)域SR。并且，在列狀光柵區(qū)域LR中，由于沿Y方向排列有光柵片PP，所以衍射矢量 G與Y方向成為相同方向(參照?qǐng)D2)。并且，到達(dá)列狀光柵區(qū)域LR的光的大部分也是 沿Y方向傳播的光，所以該沿Y方向傳播的光通過(guò)具有Y方向的衍射矢量G的衍射光柵 GSl效率良好地被衍射(即，列狀光柵區(qū)域LR的衍射光柵GSl使與作為光的傳播方向的 Y方向一致的衍射矢量G產(chǎn)生，從而提高其一致的比率，有效率地使光衍射)。此外，若衍射矢量G的方向與光的傳播方向(前進(jìn)方向)一致，則比較容易生成 圖5所示的(0，-1)次的衍射透過(guò)光L3A。因此，大量生成在相對(duì)于包括列狀光柵區(qū)域 LR的頂面41U大致垂直的方向上射出的光。另一方面，在散狀光柵區(qū)域SR中，光柵片PP散開定位，所以衍射矢量G與Y 方向不一致。反過(guò)來(lái)說(shuō)，在該散狀光柵區(qū)域SR中，產(chǎn)生各種方向的衍射矢量G。于是， 與作為到達(dá)列狀光柵區(qū)域LR的光的Y方向不一致的光(偏離光)的傳播方向與衍射矢量 G的方向一致的比率提高，衍射效率增加。即，散狀光柵區(qū)域SR的衍射光柵GS2使與 偏離光的傳播方向一致的衍射矢量G產(chǎn)生，從而提高其一致的比率，有效率地使該光衍 射。此外，在散狀光柵區(qū)域SR中若衍射矢量G與光的傳播方向一致，則比較容易生 成(-1，-1)次的衍射透過(guò)光。因此，能夠大量生成在相對(duì)于包括散狀光柵區(qū)域SR的頂 面41U大致垂直的方向上射出的光。S卩，導(dǎo)光板41的頂面41U(衍射光柵面41U)根據(jù)LED 12的光的傳播方向包括多種衍射光柵GS ( 一維的衍射光柵GSl和二維的衍射光柵GS2)。并且，在作為包括一 維的衍射光柵GSl的區(qū)域的列狀光柵區(qū)域LR中，通過(guò)產(chǎn)生與到達(dá)該區(qū)域LR的光的傳播 方向一致的衍射矢量G的衍射光柵GS1，傳播的光被有效率地衍射。另外，在作為包括二維的衍射光柵GS2的區(qū)域的散狀光柵區(qū)域SR中，通過(guò)產(chǎn)生 與到達(dá)該區(qū)域SR的光的傳播方向一致的衍射矢量G的衍射光柵GS2，傳播的光也被有效 率地衍射。并且，從包括列狀光柵區(qū)域LR和散狀光柵區(qū)域SR的頂面41U衍射透過(guò)的光若 變?yōu)橄鄬?duì)該頂面41U大致垂直的光，則擴(kuò)散片和棱鏡片等光學(xué)片組不覆蓋導(dǎo)光板41的頂 面41U也可以。因此，背光源單元49的部件數(shù)得以削減，實(shí)現(xiàn)成本降低。另外，在導(dǎo) 光板41的頂面41U上若沒(méi)有覆蓋光學(xué)片組，則背光源單元49的厚度也變薄。另外，光柵片PP的配置(光柵圖案)不限于圖3所示的正交光柵狀(光柵片PP 的四邊形的配置)。例如，如圖7所示，光柵片PP的配置也可以是六邊光柵狀(光柵片 PP的六邊形的配置)?？傊瑸榱颂岣邅?lái)自導(dǎo)光板41的光射出效率，即使衍射效率的 入射角度依賴性等特性不得不變化的情況下，也可以根據(jù)該特性，適當(dāng)變化光柵片PP的 配置(另外，圖3和圖7為光柵片PP的多邊形的配置的一個(gè)例子，也可以是其以外的形 狀)。另外，光柵片PP自身及其形狀都不作特別限定。S卩，也可以不是作為長(zhǎng)方狀的 柱體(長(zhǎng)方體)的光柵片PP配置成正交光柵狀和六邊光柵狀。例如，如圖8和圖9所 示，作為圓狀的柱體(圓柱體)的光柵片PP配置成正交光柵狀和六邊光柵狀也可以?？?之，與上述同樣地，為了提高來(lái)自導(dǎo)光板41的光射出效率，可以適當(dāng)變化光柵片PP的形 狀。另外，例如為了提高衍射效率或?yàn)榱耸箤?dǎo)光板41薄型化，周期間隔dX、周期間 隔dY、每個(gè)X方向和Y方向上的光柵片PP的寬度W和光柵片PP彼此的間隔V的比率 W/V、和Z方向上的光柵片PP的長(zhǎng)度即光柵片PP的高度H在以下的范圍容易設(shè)定。另 外，圖3和圖7 圖9中，用虛線包圍的部分也能夠稱作產(chǎn)生衍射矢量G的單位單元。0.1ym<dX<1.0ym0.1ym<dY<1.0ym1/9《W/V《9/1(其中，每個(gè)X方向和H方向的比率W/V)100nm<H< IOOOnm接著，使用圖10 圖12的簡(jiǎn)略平面圖，關(guān)于衍射光柵面41U的具體例進(jìn)行說(shuō) 明。圖10是由長(zhǎng)方體的光柵片PP形成的衍射光柵面41U的簡(jiǎn)略平面圖，圖11是由圓 柱體的光柵片PP形成的衍射光柵面41U的簡(jiǎn)略平面圖。圖12是以劃分圖10和圖11中 的散狀光柵區(qū)域SR的區(qū)域(角度劃分區(qū)域AR)為主體表示的簡(jiǎn)略平面圖。另外，圖中 將并列的LED 12和LED 12之間二等分，二分割散狀光柵區(qū)域SR的線為二分割線M。如圖10和圖11所示，在列狀光柵區(qū)域LR中，沿Y方向排列有光柵片PP，從 而形成一維的衍射光柵GSl。另一方面，在散狀光柵區(qū)域SR中，在XY面上分散排列有 光柵片PP，從而形成二維的衍射光柵GS2。其中，在散狀光柵區(qū)域SR中，衍射光柵GS2的Y方向的周期間隔dY固定，但 是衍射光柵GS2的X方向(第二方向)的周期間隔dx不固定。詳細(xì)地說(shuō)，由LED 12的光的發(fā)散角度S劃分散狀光柵區(qū)域SR，對(duì)于每個(gè)該劃分的區(qū)域(角度劃分區(qū)域AR)，衍 射光柵GS2的周期間隔dx不同。另外，發(fā)散角度Θ，如圖6所示，是從光軸方向AX(光從LED 12最大量傳播 的方向；平均傳播方向)與來(lái)自LED 12的光所成的角度。即，發(fā)散角度δ也可謂表示 從光軸方向AX偏離傳播的光相對(duì)于該光軸方向AX引起何等程度的角度偏移。并且，由該發(fā)散角度δ的角度范圍，散狀光柵區(qū)域SR被劃分為角度劃分區(qū)域 AR。詳細(xì)地說(shuō)，散狀光柵區(qū)域SR由二分割LED 12彼此的間隔的二分割線M 二分割， 被二分割的散狀光柵區(qū)域SR和以一定范圍的發(fā)散角度δ傳播的光的重合區(qū)域?yàn)榻嵌葎澐?區(qū)域AR。例如，圖10和圖11所示的衍射光柵GS2，對(duì)圖12所示的每個(gè)角度劃分區(qū)域 AR,具有不同的周期間隔dx。特別是，角度劃分區(qū)域AR中的發(fā)散角度δ的角度范圍 的下限值越小，則該角度劃分區(qū)域AR的周期間隔dx越長(zhǎng)(另外，與相對(duì)于頂面41U的 入射角度Φ1對(duì)應(yīng)，周期間隔dx變化，從而生成向相對(duì)于包括散狀光柵區(qū)域SR的頂面 41U大致垂直的方向射出的(-1，-1)次的衍射透過(guò)光)。另外，角度劃分區(qū)域ARl AR8的發(fā)散角度δ的角度范圍和角度劃分區(qū)域 ARl AR8中的周期間隔dx的一個(gè)例子如以下所示(另外，周期間隔dx優(yōu)選在IOOnm 以上5000nm以下的范圍設(shè)定)。角度劃分區(qū)域ARl 0°，dx = 4500nm
角度劃分區(qū)域AR2:5°<δ《10°，dx = 2500nm
角度劃分區(qū)域AR3:10°<δ <15°，dx = 1500nm
角度劃分區(qū)域AR4:15°<δ <20°，dx = 1200nm
角度劃分區(qū)域AR5:20°<δ <30°，dx = 800nm
角度劃分區(qū)域AR6:30°<δ <40°,dx = 6 OOnm
角度劃分區(qū)域AR7:40°<δ <50°,dx = 5 OOnm
角度劃分區(qū)域AR8:50°<δ <90°,dx = 400nm
這樣一來(lái)，在散狀光柵區(qū)域SR中，存在多種衍射光柵GS2的周期間隔dX
此，與各種周期間隔dX和固定的周期間隔dY對(duì)應(yīng)地，產(chǎn)生多種衍射矢量G，該衍射矢 量G與多種光的傳播對(duì)應(yīng)，有效率地生成衍射光。當(dāng)然也能夠生成從包括散狀光柵區(qū)域 SR的頂面4IU大致垂直的衍射透過(guò)光。另外，對(duì)散狀光柵區(qū)域SR的劃分的方法不僅僅限于發(fā)散角度δ。在此，對(duì)散 狀光柵區(qū)域SR的劃分的其他例使用圖13 圖15進(jìn)行說(shuō)明。圖13是由長(zhǎng)方體的光柵片PP形成的衍射光柵面41U的簡(jiǎn)略平面圖，圖14是由 圓柱體的光柵片PP形成的衍射光柵面41U的簡(jiǎn)略平面圖。圖15是以劃分圖13和圖14 中的散狀光柵區(qū)域SR的區(qū)域(并列劃分區(qū)域TR)為主體表示的簡(jiǎn)略平面圖。如圖13 圖15所示，與光軸方向AX相同方向的劃分線RR沿X方向排列，從 而劃分散狀光柵區(qū)域SR，該劃分出的區(qū)域構(gòu)成并列劃分區(qū)域TR。詳細(xì)地說(shuō)，劃分線RR 使從LED 12的光軸方向AX沿X方向的距離(背離距離D)不同地排列，從而劃分散狀 光柵區(qū)域SR。另外，背離距離D為最接近并列劃分區(qū)域TR的LED 12的光軸方向AX和該并列劃分區(qū)域TR的最短間隔。因此，若二分割線M將LED12彼此的間隔二等分，則超過(guò) 從二分割線M到光軸方向AX的最短距離的背離距離D不存在。并且，由不同的背離距離D的劃分線RR所夾持的每個(gè)并列劃分區(qū)域TR，其周 期間隔dx不同。特別是，并列劃分區(qū)域TR中的最短的背離距離D越短，則并列劃分區(qū) 域TR中的周期間隔dx越長(zhǎng)(當(dāng)然，與相對(duì)于頂面41U的入射角度Φ 1對(duì)應(yīng)，周期間隔 dx變化，從而也能夠生成向相對(duì)于包括散狀光柵區(qū)域SR的頂面41U大致垂直的方向射出 的(-1，-1)次的衍射透過(guò)光)。另外，并列劃分區(qū)域TRl TR3中的最短的背離距離D與最長(zhǎng)的背離距離D的 范圍、和并列劃分區(qū)域TRl TR3的周期間隔dx的一個(gè)例子如以下所示(另外，周期間 隔dx優(yōu)選在IOOnm以上5000nm以下的范圍設(shè)定)。并列劃分區(qū)域TRl 400 μ m<D<500 μ m, dx = 2500nm并列劃分區(qū)域TR2 500 μ m < D<1500 μ m, dx = 1500nm并列劃分區(qū)域TR3 1500 μ m < D<5000 μ m, dx = 800nm這樣一來(lái)，與角度劃分區(qū)域AR的情況不同，在散狀光柵區(qū)域SR中，存在多種 衍射光柵GS2的周期間隔dX。因此，與各種周期間隔dX和固定的周期間隔dY對(duì)應(yīng)地， 產(chǎn)生多種衍射矢量G，該衍射矢量G與多種光的傳播對(duì)應(yīng)，有效率地生成衍射光?！财渌麑?shí)施方式〕另外，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式。在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠 進(jìn)行各種變更。例如，以上的背光源單元49是使LED模塊MJ僅與導(dǎo)光板41的一個(gè)側(cè)面41S相 對(duì)的邊光型方式。但是不限于此。例如，也可以是在導(dǎo)光板41上相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面41S、 41S上配置LED模塊MJ的背光源單元49。詳細(xì)地說(shuō)，如圖16所示，在相鄰的列狀光柵區(qū)域LR，與該列狀光柵區(qū)域LR對(duì) 應(yīng)的LED 12也可以不面對(duì)同一側(cè)面41S。即，與相鄰的列狀光柵區(qū)域LR對(duì)應(yīng)的LED 12 相對(duì)也可以。另外，也可以如圖17所示，與列狀光柵區(qū)域LR中的Y方向的兩端對(duì)應(yīng)地 定位LED 12。另外，圖16或圖17所示的任一個(gè)LED 12的配置中，散狀光柵區(qū)域SR只要由 圖13和圖14所示的并列劃分區(qū)域TR劃分，則來(lái)自LED12的光有效率地變?yōu)檠苌涔?。另外，?dǎo)光板41的頂面41U的衍射光柵GS的形成的方式不作特別限定。例 如，也可以使用對(duì)導(dǎo)光板41的頂面41U通過(guò)模具轉(zhuǎn)印衍射光柵GS的圖案的納米壓印 (nano-imprint)技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種背光源單元，其特征在于，包括 光源；和接收來(lái)自所述光源的光，并使該光進(jìn)行多重反射而向外部射出的導(dǎo)光板，其中， 在所述導(dǎo)光板中，以接收所述光的面為受光面，以與該受光面相對(duì)配置的面為相反 面，以朝向外部使所述光射出的面為出射面，并且以從所述受光面到相反面的最短方向?yàn)榈谝环较?，則 在所述出射面形成有衍射光柵，所述衍射光柵包括產(chǎn)生與所述第一方向相同方向的衍射矢量的第一區(qū)域和產(chǎn)生與所 述第一方向不同方向的衍射矢量的第二區(qū)域，所述第一區(qū)域在所述出射面上位于沿所述第一方向傳播的光的到達(dá)部分， 所述第二區(qū)域在所述出射面上位于偏離所述第一方向傳播的光的到達(dá)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的背光源單元，其特征在于所述第一區(qū)域在所述出射面上位于從與所述光源的發(fā)光端相對(duì)的部位沿著所述第一 方向的部分，所述第二區(qū)域在所述出射面上位于除所述第一區(qū)域以外的部分。
3.如權(quán)利要求1所述的背光源單元，其特征在于 所述第二區(qū)域中的衍射光柵具有多邊形的光柵圖案。
4.如權(quán)利要求3所述的背光源單元，其特征在于 所述光柵圖案為四邊形或六邊形的光柵圖案。
5.如權(quán)利要求1所述的背光源單元，其特征在于 構(gòu)成所述衍射光柵的光柵片為柱體。
6.如權(quán)利要求5所述的背光源單元，其特征在于 所述柱體為長(zhǎng)方體或圓柱體。
7.如權(quán)利要求1的背光源單元，其特征在于所述第二區(qū)域中的衍射光柵在作為相對(duì)于所述第一方向交叉的方向的第二方向上包 括兩種以上的周期間隔。
8.如權(quán)利要求7所述的背光源單元，其特征在于以所述出射面上與所述第一方向一致的所述光源的光軸方向與來(lái)自所述光源的光所 成的角度作為發(fā)散角度，用該發(fā)散角度的角度范圍劃分所述第二區(qū)域，以該劃分出的區(qū)域作為角度劃分區(qū) 域，則對(duì)于每個(gè)所述角度劃分區(qū)域中的所述衍射光柵，所述角度范圍的下限值越小，則作 為相對(duì)于所述第一方向的交叉方向的第二方向上的周期間隔越長(zhǎng)。
9.如權(quán)利要求7所述的背光源單元，其特征在于 所述光源的光軸方向與所述第一方向一致，通過(guò)將與所述第一方向相同方向的劃分線在所述第二區(qū)域中沿著作為相對(duì)于所述第 一方向的交叉方向的第二方向排列，劃分所述第二區(qū)域的至少一部分，以該劃分出的區(qū) 域作為并列劃分區(qū)域，則對(duì)于每個(gè)所述并列劃分區(qū)域中的所述衍射光柵，最接近該并列劃分區(qū)域的所述光源的光軸方向與該并列劃分區(qū)域的最短背離距離越短，則所述第二方向上的周期間隔越長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求1所述的背光源單元，其特征在于在所述導(dǎo)光板上，作為與所述出射面相對(duì)配置的面的底面被反射片覆蓋，該反射片 將從該底面泄漏的光導(dǎo)向所述導(dǎo)光板內(nèi)。
11.一種液晶顯示裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1 10中任一項(xiàng)所述的背光源單元；和 接收來(lái)自所述背光源單元的光的液晶顯示面板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種背光源單元和液晶顯示裝置，在導(dǎo)光板(41)的頂面(41U)包括兩種區(qū)域，即，列狀光柵區(qū)域(LR)和散狀光柵區(qū)域(SR)。列狀光柵區(qū)域(LR)在頂面(41U)上位于沿Y方向傳播的光的到達(dá)部分。散狀光柵區(qū)域(SR)在頂面(41U)上位于從Y方向偏離傳播的光的到達(dá)部分。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102016389SQ20088012874
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者八代有史 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社