CN101338873A - 光控制板、面光源装置及透射型图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供光控制板、面光源装置及透射型图像显示装置，其中，所述光控制板(30A)，配置在将具有大致均匀的亮度分布的平行光(F_i)向规定方向射出的面光源(20)的前方，包括设有剖面为凹状和/或凸状的光路控制部(31A)的光入射面(30a)和平坦的光出射面(30b)，光路控制部(31A)的表面由M个平面部(32A₁～32A_M)构成，各平面部的倾斜角度(α₁～α_M)及间距比(L₁～L_M)被规定为：将上述平行光(F_i)作为在相对于上述规定方向－θ_max以上θ_max以内的出射角度范围内扩散且在该出射角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的光而出射。由此，能够将具有均匀的亮度分布的平行光，作为在规定的角度范围内扩散且在该角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的光来出射。

Description

光控制板、面光源装置及透射型图像显示装置

技术领域

本发明涉及光控制板、面光源装置及透射型图像显示装置。

背景技术

作为将均匀的亮度分布的平行光输出为照明光的面光源装置，例如有在专利文献1：日本特开2006-351519号公报记载的装置。该面光源装置，在灯箱内相互分离配置的多个光源的前方配置光扩散板而构成。在该光扩散板上设有偏向构造部，所述偏向构造部具有可使从多个光源侧向光扩散板入射的入射光相对于光扩散板的表面朝向大致垂直方向的前方方向射出的形状。其结果，从多个光源输出的光通过光扩散板，由此可向相对于光扩散板的表面大致垂直方向的前方方向引导的同时扩散而将均匀的亮度分布的平行光输出为照明光。

在上述面光源装置中，如上所述，虽然能够输出为均匀的亮度分布的平行光，但根据该面光源装置的应用用途，例如也有产生画面不均匀的情况、不能确保适当的视角的情况。在这种情况下，要求控制亮度的角度分布，并且将平行光在适当的范围内扩散。为了满足这种要求，例如还考虑将扩散板重叠而扩大出射光的角度分布，但难以进行扩散的方向以及出射光的角度分布的控制，存在产生透射比降低的情况。

发明内容

本发明是鉴于上述问题作出的，其目的在于提供可将具有均匀的亮度分布的平行光作为在规定的出射角度范围内扩散且在该出射角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的光而出射的光控制板、面光源装置及透射型图像显示装置。

本发明的光控制板，相对于将具有大致均匀的亮度分布的平行光向规定方向射出的面光源配置在上述规定方向一侧，并且配置成与上述规定方向大致正交，其特征在于，包括：光入射面，入射来自面光源的上述平行光；和平坦的光出射面，与光入射面相对配置，从光入射面入射的平行光作为出射光射出；在光入射面上设有光路控制部，所述光路控制部在一侧方向上延伸，剖面形状为凹状和/或凸状；光路控制部的表面分别由在一侧方向延伸的第1～第M平面部(M为2以上的整数)构成；设光入射面的折射率为n，相对于光控制板面光源一侧的折射率为n₀，相对于光出射面与光入射面相反的一侧的折射率为n₁，出射光相对于上述规定方向的出射角度范围在-θ_max以上θ_max以下，平行光中通过第m平面部(m为1以上M以下的整数)入射的光相对于来自光出射面的上述规定方向的出射角度为θ_m，出射角度θ_m方向的亮度为I(θ_m)，光控制板相对于平行光的透射比为T时，第m平面部和与上述光出射面平行的面成的倾斜角度α_m满足

${\mathrm{\α}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n}{n_0}\sin ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)\right\}\·\·\·\left(1\right)$

其中，

${\mathrm{\ξ}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n_1}{n}\sin {\mathrm{\θ}}_m\right\}\·\·\·\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_m=\frac{2m-M-1}{M-1}{\mathrm{\θ}}_{\max }\·\·\·\left(3\right)$

第m平面部的间距比L_m满足

$L_m=\frac{l_m}{\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_k}\·\·\·\left(4\right)$

其中，

$l_m=\frac{I\left({\mathrm{\θ}}_m\right)\cos {\mathrm{\θ}}_m}{T}\·\·\·\left(5\right)$

亮度I(θ_m)在出射角度范围内大致一定。

在这种情况下，由于在光控制板的光入射面设有剖面形状为凹状和/或凸状的光路控制部，因而平行光中通过光路控制部的表面中的不同的区域入射的光，向与该入射区域对应的方向折射而在光控制板内传播后，从光出射面出射。因此，可根据光路控制部的表面形状控制出射光的范围及亮度角度分布。在上述光控制板中，光路控制部的表面由第1～第M平面部构成，第1～第M平面部具有满足式(1)～式(3)的倾斜角度。并且，由于通过第m平面部的平行光以式(3)规定的出射角度出射，因而入射到具有第1～第M平面部的光路控制部的平行光在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散而出射。并且，分别入射到第1～第M平面部的平行光的透射比根据第1～第M平面部的倾斜角度而不同，另一方面通过间距比控制通过第1～第M平面部的平行光的量。并且，由于间距比满足式(4)及式(5)且出射角度θ_m方向的亮度I(θ_m)在上述出射角度范围内大致一定，因而从光出射面出射亮度角度分布在出射角度范围内一定的出射光。

在上述结构的光控制板中，设平行光中的S偏光成分及P偏光成分的能量为E_S及E_P，E_S/E_P为P，S偏光成分及P偏光成分相对于光控制板的透射比为T_S及T_P时，透射比T优选满足

$T=\frac{P}{1+P}{T}_s+\frac{1}{1+P}{T}_p\·\·\·\left(6\right).$

在这种情况下，由于利用考虑了从面光源出射的平行光的偏光度的透射比T，因而能够使亮度角度分布的均匀性进一步提高。

并且，本发明还涉及下述光控制板。

即，本发明涉及一种光控制板，相对于将具有大致均匀的亮度分布的平行光向规定方向射出的面光源配置在规定方向一侧，并且配置成与规定方向大致正交，其特征在于，包括：平坦的光入射面，入射来自面光源的平行光；和光出射面，与光入射面相对配置，从光入射面入射的上述平行光作为出射光射出；在光出射面上设有光路控制部，所述光路控制部在一侧方向上延伸，剖面形状为凹状和/或凸状；光路控制部的表面分别由在上述一侧方向延伸的第1～第M平面部(M为2以上的整数)构成；设光控制板的折射率为n，相对于光出射面与光入射面相反的一侧的折射率为n₁，出射光相对于规定方向的出射角度范围在-θ_max以上θ_max以下，出射光中从第m平面部(m为1以上M以下的整数)出射的光相对于规定方向的出射角度为θ_m，出射角度θ_m方向的亮度为I(θ_m)，光控制板相对于平行光的透射比为T时，第m平面部和与光入射面平行的面成的倾斜角度α_m满足

${\mathrm{\α}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n_1}{n}\sin ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)\right\}\·\·\·\left(7\right)$

其中，

${\mathrm{\θ}}_m=\frac{2m-M-1}{M-1}{\mathrm{\θ}}_{\max }...\left(8\right)$

第m平面部的间距比L_m满足

$L_m=\frac{l_m}{\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_k}\·\·\·\left(9\right)$

其中，

$l_m=\frac{I\left({\mathrm{\θ}}_m\right)\cos {\mathrm{\θ}}_m}{T}\·\·\·\left(10\right)$

亮度I(θ_m)在出射角度范围内大致一定。

在这种情况下，光控制板的光入射面平坦，且平行光大致垂直地入射到光控制板。并且，由于在光出射面上设有剖面形状为凹状和/或凸状的光路控制部，因而平行光中通过光路控制部的表面中的不同的区域出射的光，向与该出射位置对应的方向折射而出射。因此，可根据光路控制部的表面形状控制出射光的扩散及亮度角度分布。在上述结构的光控制板中，光路控制部的表面由第1～第M平面部构成，第1～第M平面部具有满足式(7)及式(8)的倾斜角度。并且，由于通过第m平面部的平行光以式(8)规定的出射角度出射，因而通过具有第1～第M平面部的光路控制部出射的平行光作为在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散的出射光而出射。并且，分别从第1～第M平面部出射的平行光的透射比根据第1～第M平面部的倾斜角度而不同，另一方面通过间距比控制从第1～第M平面部出射的平行光的量。并且，由于间距比满足式(9)及式(10)且出射角度θ_m方向的亮度I(θ_m)在上述出射角度范围内大致一定，因而从光控制板出射亮度角度分布在出射角度范围内一定的出射光。

如上所述地在光出射面设有光路控制部的光控制板的情况下，设上述平行光中的S偏光成分及P偏光成分的能量为E_S及E_P，E_S/E_P为P，S偏光成分及P偏光成分相对于光控制板的透射比为T_S及T_P时，透射比T优选为

$T=\frac{P}{1+P}{T}_s+\frac{1}{1+P}{T}_p\·\·\·\left(11\right).$

在这种情况下，由于也利用考虑了从面光源出射的平行光的偏光度的透射比T，因而能够使亮度角度分布的均匀性进一步提高。

并且，在上述任一光控制板中，优选的是，具有多个光路控制部；多个光路控制部，在上述规定方向及与上述一侧方向大致正交的方向上排列。通过如此设置多个光路控制部，能够使平行光更可靠地在上述出射角度范围内扩散，并且使该出射角度范围内的亮度角度分布的均匀性提高。

本发明的面光源装置，其特征在于，包括：面光源，将具有大致均匀的亮度分布的平行光向规定方向射出；和本发明的光控制板，相对于所述面光源配置在上述规定方向一侧，并且配置成与上述规定方向大致正交。从面光源向规定方向射出的平行光，由于通过光控制板，成为在上述出射角度范围内扩散的出射光，且成为在该出射角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的出射光。即，从面光源装置出射具有-θ_max以上θ_max以下的角度扩散，亮度角度分布在该出射角度范围内均匀的光。

并且，本发明的透射型图像显示装置，其特征在于，包括：上述的本发明的面光源装置；和透射型图像显示部，相对于所述面光源装置配置在上述规定方向一侧，入射来自面光源装置的出射光。在该结构中，由于从面光源装置出射的具有-θ_max以上θ_max以下的角度扩散，亮度角度分布在该出射角度范围内均匀的出射光入射到透射型图像显示部，因而例如画面不均匀的抑制、规定的视角的确保变得容易。

如上所述，根据本发明的光控制板，可将具有均匀的亮度分布的平行光，作为在规定的角度范围内扩散且在该角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的光来出射。并且，根据本发明的面光源装置，能够出射在规定的出射角度范围内扩散且在该出射角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的光。并且，根据本发明的透射型图像显示装置，由于可使在规定的出射角度范围内扩散且在该出射角度范围内具有大致均匀的亮度角度分布的光入射到透射型图像显示部，因而能够抑制画面不均匀、确保规定的视角。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的透射型图像显示装置的一实施方式的结构的侧视图。

图2是示意性地表示图1所示的面光源的一实施方式的结构的侧视图。

图3是示意性地表示本发明的光控制板的第一实施方式的结构的侧视图。

图4是图3所示的光控制板的一部分放大图。

图5是图3所示的光控制板的一部分放大图。

图6是示意性地表示图3所示的光控制板的变形例的结构的侧视图。

图7是示意性地表示本发明的光控制板的第二实施方式的结构的侧视图。

图8是图7所示的光控制板的一部分放大图。

图9是图7所示的光控制板的一部分放大图。

图10是示意性地表示图7所示的光控制板的变形例的结构的侧视图。

图11是表示最大出射角度为10°时的亮度角度分布的模拟结果的图表。

图12是表示最大出射角度为15°时的亮度角度分布的模拟结果的图表。

图13是表示最大出射角度为20°时的亮度角度分布的模拟结果的图表。

图14是表示最大出射角度为30°时的亮度角度分布的模拟结果的图表。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的光控制板、面光源装置及透射型图像显示装置的实施方式进行说明。其中，在附图说明中相同的要素标注相同标号，并省略重复的说明。并且，附图的尺寸比例也不与说明完全一致。

图1是表示本发明的透射型图像显示装置的一实施方式的结构的侧视图。在图1中，示意性地表示透射型图像显示装置的各结构要素。并且，后文描述的面光源，为了说明而表示剖面结构。

透射型图像显示装置1是下述液晶表示装置：具有在液晶单元11的上下两面层叠偏光板12、13而构成的透射型图像显示部10，在该透射型图像显示部10的背面侧(下侧)设有面光源装置40。透射型图像显示装置1不限于液晶表示装置，但在这里，作为液晶表示装置进行说明。并且，在以下说明中，如图1所示，使排列面光源装置40及透射型图像显示部10的方向(图1中、上侧方向)为y轴方向，在纸面内与y轴方向正交的方向为z轴方向，与z轴方向及y轴方向正交的方向为x轴方向。

透射型图像显示部10具有的液晶单元11及偏光板12、13，可使用在以往的液晶表示装置等的透射型图像显示装置中使用的部件。作为液晶单元11，可例示90°扭转的TN型液晶表示元件。并且，上下一对的偏光板12、13，以使其透射轴相互正交的状态配置，并且所述偏光板12、13的透射轴配置成与液晶单元11中的液晶分子的取向方向平行。

面光源装置40包括面光源20和设在面光源20上的光控制板30而构成。

面光源20只要是能够出射具有均匀的亮度分布的平行光的装置，就不特别限定其结构，例如可采用在日本特开2006-351519号公报中公开的面光源的结构。在这里，对在图1例示的面光源20进行说明。

面光源20，包括：上表面侧开放的薄箱形的灯箱21；多个光源22，在该灯箱21内相互分离而配置；和光扩散板23，堵塞灯箱21的开放面地载置而固定。

如图2所示，光扩散板23的上表面即与光源22相反一侧的面平坦，在光扩散板23的光源22一侧的面，如用图2的单点划线包围的区域所示，设有构成为使来自光源22的光向y轴方向折射的偏向构造部24。作为该偏向构造部24，如图2所示，例示在x轴方向上延伸、剖面形状大致呈三角形的多个棱镜25一体成形于光扩散板23的光源22一侧的表面上的结构。各棱镜25的形状，根据邻接的光源22之间的间隔、光扩散板23的折射率以及光源22和光扩散板23的距离决定，以将来自光源22的光的方向改变为y轴方向。具体来说，根据邻接的光源22之间的间隔、光扩散板23的折射率以及光源22和光扩散板23的距离决定各棱镜25的顶角，以具有上述功能。

在上述面光源20的结构中，来自多个光源22的光，通过偏向构造部24而向y轴方向偏向后，在光扩散板23内扩散的同时从光扩散板23的上表面出射。由于光扩散板23的上表面平坦，因而如图1所示，具有大致均匀的亮度分布的平行光F_i在上表面的法线方向(规定方向)从面光源20输出。在以下说明中，平行光F_i作为多个相互平行的光线f_i的集合而进行说明。

如图1所示，在面光源20的上方(透射型图像显示部10一侧)上设有光控制板30。光控制板30用于对从面光源20出射的平行光F_i，控制角度分布而转换成在规定的角度范围内扩散的出射光F_o。在以下说明中，也如图1所示，出射光F_o作为多个光线f_o的集合而进行说明。

光控制板30是具有从面光源20出射的平行光F_i入射的光入射面30a和与光入射面30a相对配置的光出射面30b的板状体，光出射面30b配置成与y轴方向大致正交。

光控制板30由透明材料(例如透明树脂、透明玻璃)形成，作为透明树脂，例如可列举聚碳酸酯树脂、ABS树脂(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物树脂)、异丁烯树脂、MS树脂(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂)、聚苯乙烯树脂、AS树脂(丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂)、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂等。并且，光控制板30的厚度，通常为0.1mm～15mm，优选为0.5mm～10mm，进而优选为1mm～5mm。也可以在该光控制板30上分散有光扩散材料。

光控制板30的光入射面30a及光出射面30b的任一方平坦，在另一方上跨越z轴方向整体设有多个光路控制部31，所述光路控制部31的形状如下：在x轴方向(一侧方向)上延伸，与该x轴方向正交的剖面的形状为凹状和/或凸状的微细构造。该光路控制部31用于控制平行光F_i的亮度角度分布，使其在规定的角度范围内扩散。

光控制板30可根据该光路控制部31的剖面形状及配置位置等实施各种实施方式。下面，对光控制板30的结构进行详细说明。

图3是示意性地表示光控制板30的第一实施方式的结构的侧视图。

在图3所示的光控制板30A中，在光入射面30a上，跨越z轴方向整体而紧密地形成有多个光路控制部31A。各光路控制部31A，在x轴方向上延伸，剖面形状为凹状的微细构造。各光路控制部31A的宽度W，即z轴方向的长度例示为10μm～500μm，优选为10μm～200μm，进而优选为10μm～100μm。

利用图4及图5对光路控制部31A的结构进行说明。图4及图5是光控制板的一部分放大图。在图5中示意性地表示入射到光路控制部31A的多个光线f_i的光路的一例。

如图4及图5所示，光路控制部31A的表面由M个(M为2以上的整数)第1～第M平面部32A₁～32A_M构成，第1～第M平面部32A₁～32A_M分别在x轴方向上延伸。在图4中，作为一例表示M＝9的情况。

第1～第M平面部32A₁～32A_M相对于与光出射面30b平行的平面平行或倾斜。第1～第M平面部32A₁～32A_M构成为：使从光控制板30A出射的出射光F_o，相对于来自面光源20的平行光F_i的出射方向(即y轴方向)在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散，并且该出射角度范围内的出射光F_o的亮度角度分布大致一定。

具体来说，第1～第M平面部32A₁～32A_M构成为：第1～第M平面部32A₁～32A_M和与光出射面30b平行的平面成的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M满足规定的条件。另外，如图4所示，间距比L₁～L_M与各第1～第M平面部32A₁～32A_M的z轴方向的长度对应。

对各倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M要满足的规定的条件进行说明。在以下说明中，设光控制板30A的折射率为n，相对于光控制板30A在面光源20一侧与光入射面30a接触的介质的折射率为n₀，相对于光控制板30A在透射型图像显示部10一侧与光出射面30b接触的介质的折射率为n₁。即，假定作为中间层而包括光控制板30A的3层构造。

并且，设与构成平行光F_i的多个光线f_i中入射到第m平面部32A_m的光线f_i对应的光线f_o相对于y轴方向(规定方向)的出射角度为θ_m，出射角度θ_m方向的出射光F_o的亮度为I(θ_m)。其中，出射角度θ_m，相对于来自面光源20的平行光F_i的出射方向(y轴方向)将图中右转方向(顺时针方向)设为正方向。

在这种情况下，第m平面部32A_m的倾斜角度α_m满足

${\mathrm{\α}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n}{n_0}\sin ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)\right\}\·\·\·\left(12\right)$

其中，

${\mathrm{\ξ}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n_1}{n}\sin {\mathrm{\θ}}_m\right\}\·\·\·\left(13\right)$

${\mathrm{\θ}}_m=\frac{2m-M-1}{M-1}{\mathrm{\θ}}_{\max }\·\·\·\left(14\right).$

从式(13)可理解，ξ_m是因入射到第m平面部32A_m而折射的光线f_i朝向光出射面30b的入射角(参照图5)。

并且，间距比L_m满足

$L_m=\frac{l_m}{\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_k}\·\·\·\left(15\right)$

其中，

$l_m=\frac{I\left({\mathrm{\θ}}_m\right)\cos {\mathrm{\θ}}_m}{T}\·\·\·\left(16\right).$

式(16)中的T是光控制板30A相对于平行光F_i的透射比，设平行光F_i的S偏光成分以及P偏光成分的能量为E_S及E_P，E_S/E_P＝P，光控制板30A相对于S偏光成分及P偏光成分的透射比为T_S及T_P时，可由下述式表示：

$T=\frac{P}{1+P}{T}_s+\frac{1}{1+P}{T}_p\·\·\·\left(17\right)$

其中，

$T_s={\left(t_1^s\right)}^2\frac{\cos ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)}{n_0\cos {\mathrm{\α}}_m}{\left(t_2^s\right)}^2\frac{n_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_m\right)}{\cos {\mathrm{\ξ}}_m}\·\·\·\left(18\right)$

$T_p={\left(t_1^p\right)}^2\frac{\cos ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)}{n_0\cos {\mathrm{\α}}_m}{\left(t_2^p\right)}^2\frac{n_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_m\right)}{\cos {\mathrm{\ξ}}_m}\·\·\·\left(19\right).$

式(18)、(19)中的t^S ₁、t^P ₁是光线f_i朝向第m平面部32A_m入射的位置中的S偏光成分及P偏光成分的透射比，t^S ₂、t^P ₂是光出射面30b中的光线f_o的出射位置中的S偏光成分及P偏光成分的透射比，可由下述式(20)～式(23)表示：

$t_1^s=\frac{2n_0\cos {\mathrm{\α}}_m}{n_0\cos {\mathrm{\α}}_m+n\cos ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)}\·\·\·\left(20\right)$

$t_2^s=\frac{2n\cos {\mathrm{\ξ}}_m}{n\cos {\mathrm{\ξ}}_m+n_1\cos {\mathrm{\θ}}_m}\·\·\·\left(21\right)$

$t_1^p=\frac{2n_0\cos {\mathrm{\α}}_m}{n\cos {\mathrm{\α}}_m+n_0\cos ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)}\·\·\·\left(22\right)$

$t_2^p=\frac{2n\cos {\mathrm{\ξ}}_m}{n_1\cos {\mathrm{\ξ}}_m+n\cos {\mathrm{\θ}}_m}\·\·\·\left(23\right).$

设n＝1.57、n₀＝n₁＝1.0、P＝1.0、θ_max＝20°、相对于-20°以上20°以下的各θ_m，I(θ_m)＝1及M＝9的情况下，利用上述式(12)～式(23)计算出的倾斜角度α₁～α₉以及间距比L₁～L₉表示在表1中。

表1

m	αm (°)	Lm
			1	32.72	0.107
2	25.26	0.110
			3	17.22	0.112
4	8.73	0.113
			5	0.00	0.114
6	-8.73	0.113
			7	-17.22	0.112
8	-25.26	0.110
			9	-32.72	0.107

接着，对光控制板30A的制作方法的一例进行说明。在制作光控制板30A的情况下，构成各光路控制部31A的第1～第M平面部32A₁～32A_M的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M根据式(12)～式(23)决定。然后，在成为光控制板30A的由透明材料形成的板材的一方表面上，根据预先决定的第1～第M平面部32A₁～32A_M的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M，例如利用微细加工技术形成光路控制部31A而制成光控制板30A。

将由此根据式(12)～式(23)决定第1～第M平面部32A₁～32A_M的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M的光控制板30A组装到面光源装置40上的情况下，配置光控制板30A以使形成光路控制部31A的一侧位于面光源20一侧而制成面光源装置40。

由于如上所述地从面光源20出射具有大致均匀的亮度分布且面光束密度一定的平行光F_i，因而向光控制板30A入射平行光F_i。在光控制板30A的面光源20一侧形成有多个光路控制部31A，各光路控制部31A的表面由第1～第M平面部32A₁～32A_M构成。

由于第1～第M平面部32A₁～32A_M的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M满足式(12)～式(23)，因而入射到各第1～第M平面部32A₁～32A_M的各光线f_i分别被第1～第M平面部32A₁～32A_M折射，以规定的出射角度出射。其结果，如图5所示，平行光F_i中入射到各光路控制部31A的部分的光分别在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散，其结果平行光F_i在该出射角度范围内扩散。并且，由于第1～第M平面部32A₁～32A_M的倾斜角度α₁～α_M不同，因而各光线f_i朝向各第1～第M平面部32A₁～32A_M的入射角度也不同，由此对应各光线f_i中入射到第1～第M平面部32A₁～32A_M的光线f_i的每个光线透射比不同。另一方面，各平行光F_i中入射到第1～第M平面部32A₁～32A_M的各平面部的部分的光的量，通过由式(15)、(16)规定的间距比L₁～L_M控制。其结果，可控制出射光F_o的亮度角度分布。并且，由于在式(16)中亮度I(θ_m)在上述出射角度范围内一定，因而出射光F_o的亮度角度分布在上述出射角度范围内一定。

即，在光控制板30A中，将从面光源20出射的面光束密度大致一定的平行光F_i，作为在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散，在该出射角度范围内亮度的角度分布大致一定的出射光F_o出射。

例如，将从面光源20出射的面光束密度一定的平行光F_i，直接用作相对于透射型图像显示部10的背光时，从面光源20输出的光在面光源20的前方侧法线方向(y轴方向)强烈地集光，由此将面光源20用在大型的液晶电视、投影电视等的情况下有时会产生大面积的画面不均匀，另一方面在用于小型电视、电脑显示器上的情况下有时不能确保适当的视角。

相对于此，通过将光控制板30A配置在面光源20的前方，可由从面光源20出射的平行光F_i，得到在规定的出射角度范围内具有大致一定的亮度角度分布的出射光F_o。其结果，通过利用光控制板30A和包含该光控制板30A的面光源装置40，能够容易实现透射型图像显示装置1的大型化。并且，视角的确保也容易。并且，在光控制板30A上，由于形成有多个作为微细构造的光路控制部31A，由此入射面光束密度大致一定的平行光F_i，即使其角度分布范围在微小区域扩散，也能够用面光束密度大致一定的光照射透射型图像显示部10。因此，可用透射型图像显示部10表示亮度大致均匀的图像。

在图3所示的光控制板30A中，光路控制部31A的剖面形状为凹状，但光路控制部31A的形状在这种情况下不作限定，只要由具有满足式(12)～式(23)的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M的第1～第M平面部32A₁～32A_M构成，就不作特别限定。例如，如图6(a)所示的光控制板30B，也可以具有剖面形状为凸状的光路控制部31B。并且，如图6(b)所示的光控制板30C，也可以是同时包含剖面形状为凹状的光路控制部31A及剖面形状为凸状的光路控制部31B的结构。

接着，对光控制板30的第二实施方式进行说明。图7是示意性地表示光控制板30的第二实施方式的结构的侧视图。

在图7所示的光控制板30D中，在光出射面30b上形成有光路控制部31D。光控制板30D的结构与图3所示的光控制板30A的结构不同点在于：光入射面30a平坦，在光出射面30b上设有光路控制部31D。以该不同点为中心，利用图8及图9对光控制板30D进行说明。图8及图9是图7所示的光控制板的一部分放大图。在图9示意性地表示入射到光路控制部31D的光线f_i的光路的一例。

如图8及图9所示，光路控制部31D的表面由M个(M为2以上的整数)第1～第M平面部32D₁～32D_M构成，第1～第M平面部32D₁～32D_M分别在x轴方向上延伸。在图8中，作为一例表示M＝9的情况。第1～第M平面部32D₁～32D_m相对于与光入射面30a平行的平面平行或倾斜。第1～第M平面部32D₁～32D_m构成为：使从光控制板30D出射的出射光F_o，相对于来自面光源20的平行光F_i的出射方向(即y轴方向)在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散，并且该出射角度范围内的出射光F_o的亮度角度分布大致一定。

进而具体来说，第1～第M平面部32D₁～32D_M构成为：第1～第M平面部32D₁～32D_M和与光入射面30a平行的平面成的各倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M满足式(24)～式(32)。其中，下述式(24)～(30)与第m(m是1以上M以下的整数)平面部32D_m相对。并且，式中的n、n₁以及θ_m的定义与第一实施方式的情况即利用图4及图5说明的情况相同。

首先，第m平面部32D_m的倾斜角度α_m满足

${\mathrm{\α}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n_1}{n}\sin ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)\right\}\·\·\·\left(24\right)$

其中，

${\mathrm{\θ}}_m=\frac{2m-M-1}{M-1}{\mathrm{\θ}}_{\max }\·\·\·\left(25\right).$

并且，第m平面部32D_m的间距比L_m满足

$L_m=\frac{l_m}{\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_k}\·\·\·\left(26\right)$

其中，

$l_m=\frac{I\left({\mathrm{\θ}}_m\right)\cos {\mathrm{\θ}}_m}{T}\·\·\·\left(27\right).$

在本实施方式中，式(27)中的T为，

$T=\frac{P}{1+P}{T}_s+\frac{1}{1+P}{T}_p\·\·\·\left(28\right)$

其中，满足：

$T_s={\left(t^s\right)}^2\frac{n_1\cos ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)}{n\cos {\mathrm{\α}}_m}\·\·\·\left(29\right)$

$T_p={\left(t^p\right)}^2\frac{n_1\cos ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)}{n\cos {\mathrm{\α}}_m}\·\·\·\left(30\right)$

$t^s=\frac{2n\cos {\mathrm{\α}}_m}{n\cos {\mathrm{\α}}_m+n_1\cos ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)}\·\·\·\left(31\right)$

$t^p=\frac{2n\cos {\mathrm{\α}}_m}{n_1\cos {\mathrm{\α}}_m+n\cos ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)}\·\·\·\left(32\right).$

设n＝1.57、n₁＝1.0、P＝1.0、θ_max＝20°、相对于-20°以上20°以下的各θ_m，I(θ_m)＝1、M＝9的情况下，利用上述式(24)～式(32)计算出的倾斜角度α₁～α₉以及间距比L₁～L₉表示在表2中。

表2

m	αm(°)	Lm
			1	28.49	0.108
2	23.19	0.110
			3	16.53	0.112
4	8.64	0.113
			5	0.00	0.113
6	-8.64	0.113
			7	-16.53	0.112
8	-23.19	0.110
			9	-28.49	0.108

制作该光控制板30D时的制作方法的一例与第一实施方式的情况不同点在于：代替第一实施方式的情况下的式(12)～式(23)，根据式(24)～式(32)决定倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M。

将根据式(24)～式(32)决定倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M的光控制板30D组装到面光源装置40上的情况下，配置光控制板30D以使形成光路控制部31D的一侧位于透射型图像显示部10一侧而制成面光源装置40。

该光控制板30D的作用、效果与第一实施方式的光控制板30A的作用、效果相同。即，在光控制板30D中，可将从面光源20出射的面光束密度大致一定的平行光F_i，作为在-θ_max以上θ_max以下的出射角度范围内扩散，在该出射角度范围内亮度角度分布大致一定的出射光F_o而出射。其结果，通过利用光控制板30D和包含该光控制板30D的面光源装置40，能够容易实现透射型图像显示装置1的大型化。并且，视角的确保也容易。并且，在光控制板30D上，由于形成有多个作为微细构造的光路控制部31D，由此入射面光束密度大致一定的平行光F_i的光，即使其角度分布范围在微小区域扩散，也能够用面光束密度大致一定的光照射透射型图像显示部10。因此，可用透射型图像显示部10表示亮度大致均匀的图像。

在图7所示的光控制板30D中，光路控制部31D的剖面形状为凹状，但不作限定，只要由具有满足式(24)～式(32)的倾斜角度α₁～α_M以及间距比L₁～L_M的第1～第M平面部32D₁～32D_M构成，就不作特别限定。例如，如图10(a)所示的光控制板30E，也可以具有剖面形状为凸状的光路控制部31E。并且，如图10(b)所示的光控制板30F，也可以是同时包含剖面形状为凹状的光路控制部31D及剖面形状为凸状的光路控制部31E的结构。

接着，根据模拟结果对光控制板30的作用、效果进行进而详细的说明。作为实施模拟时的光控制板30的模型，采用图3所示的光控制板30A及图7所示的光控制板30D。其中，在模拟中，设M＝18001。在设来自面光源20的平行光F_i的相对于出射方向(规定方向、y轴方向)的出射光F_o的出射角度范围内的最大出射角度θ_max为10°、15°、20°、30°的情况下实施模拟。并且，在模拟中，设相对于来自面光源20的平行光F_i的出射方向的-θ_max以上θ_max以下的任意角度θ，I(θ)为一定值。并且，设光控制板30A、30D的折射率n为1.57，上述折射率n₀、n₁分别为1.0。

并且，为进行比较，在光控制板30A、30D的结构中，光路控制部的表面的剖面形状为具有规定的半径的圆弧的情况下也实施模拟。用于比较的圆弧设定为在光控制板30A、30D的光路控制部31A、31D的两端连接。

图11至图14分别是表示最大出射角度θ_max为10°、15°、20°、30°的情况下的模拟结果的图。横轴表示角度θ，纵轴表示相对亮度。相对亮度是进行标准化以使第二实施方式的光控制板30D的情况下的I(θ)成为1时的亮度。

各附图中的图表G2是如图3至图5所示地在光入射面30a形成光路控制部31A时的结果。并且，各附图中的图表G1是如图7至图9所示地在光出射面30b形成光路控制部31D时的结果。在图11及图12中，图表G1和图表G2重叠。并且，各附图中的图表G4及G3是上述用于比较的结果，分别是设在光入射面30a及光出射面30b一侧形成的光路控制部的表面的剖面形状为圆弧形状时的结果。

从图11至图14的模拟结果可知，在设有第一及第二实施方式的光路控制部31A、31D的情况下，出射光F_o的亮度角度分布，在规定的出射角度范围内一定，另一方面在如上所述地为圆弧形状的情况下，出射光的亮度的角度分布不是一定的，表示在图11至图14中θ＝0附近的亮度变高的分布。

即，通过形成第一及第二实施方式的光路控制部31A、31D，能够将平行光F_i在规定的出射角度范围内扩散，并且使该出射角度范围内的亮度角度分布大致一定。其结果，光控制板30A、30D以及包含该光控制板30A、30D的面光源装置40，容易实现透射型图像显示装置1的大型化、确保视角，这与上述情况相同。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。例如，光控制板30具有的多个光路控制部31为全部相同的形状，但如果各光路控制部31具有的第1～第M平面部满足式(12)～式(23)或式(24)～式(32)，则光路控制部的形状及大小可以不同。

并且，在式(16)中使用的透射比T通过式(17)～式(18)规定，在式(27)中使用的透射比T通过式(28)～式(30)规定。即，考虑平行光F_i的P偏光成分和S偏光成分的能量而规定透射比T，但在这种情况下不作限定。例如，也可以利用根据从面光源出射的光的波长和光控制板的构成材料决定的理论透射比T。其中，由于通常透射比根据P偏光成分及S偏光成分而不同，因而考虑平行光F_i的P偏光成分和S偏光成分的能量而规定透射比T时能够得到具有更好特性的出射光F_o，从而优选。

并且，在图4、图5、图8及图9中，作为一例图示了M＝9的情况，但第1～第M平面部的数量不限于9的数量，只要M在2以上，也可以是8以下，也可以是10以上。M的数量越大就能够出射具有更好特性的出射光F_o，从而优选。另外，在M的数量大，即平面部的数量多的情况下，各光路控制部31的表面形状变得更加缓和而接近曲面。并且，光路控制部31也可以相对于光入射面30a或光出射面30b设有1个。

并且，在至此为止的说明中，光控制板30以及包含该光控制板30的面光源装置40，应用于透射型图像显示装置1上，但不限于此，只要是基于具有一定范围的角度扩散，该角度扩散内的亮度角度分布一定的光的例如要求照明等的装置，就能够适用。

Claims (9)

1.一种光控制板，相对于将具有大致均匀的亮度分布的平行光向规定方向射出的面光源配置在所述规定方向一侧，并且配置成与所述规定方向大致正交，其特征在于，

包括：

光入射面，入射来自所述面光源的所述平行光；和

平坦的光出射面，与所述光入射面相对配置，从所述光入射面入射的所述平行光作为出射光射出；

在所述光入射面上设有光路控制部，所述光路控制部在一侧方向上延伸，剖面形状为凹状和/或凸状；

所述光路控制部的表面分别由在所述一侧方向延伸的第1～第M平面部构成，其中，M为2以上的整数；

设所述光控制板的折射率为n，相对于所述光入射面所述面光源一侧的折射率为n₀，相对于所述光出射面与所述光入射面相反的一侧的折射率为n₁，所述出射光相对于所述规定方向的出射角度范围在-θ_max以上θ_max以下，所述平行光中通过第m平面部入射的光相对于来自所述光出射面的所述规定方向的出射角度为θ_m，其中，m为1以上M以下的整数，而且设所述出射角度θ_m方向的亮度为I(θ_m)，所述光控制板相对于所述平行光的透射比为T时，

所述第m平面部和与所述光出射面平行的面成的倾斜角度α_m满足

${\mathrm{\α}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n}{n_0}\sin ({\mathrm{\α}}_m-{\mathrm{\ξ}}_m)\right\}\·\·\·\left(1\right)$

其中，

${\mathrm{\ξ}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n_1}{n}\sin {\mathrm{\θ}}_m\right\}\·\·\·\left(2\right)$

${\mathrm{\θ}}_m=\frac{2m-M-1}{M-1}{\mathrm{\θ}}_{\max }\·\·\·\left(3\right)$

所述第m平面部的间距比L_m满足

$L_m=\frac{l_m}{\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_k}\·\·\·\left(4\right)$

其中，

$l_m=\frac{I\left({\mathrm{\θ}}_m\right)\cos {\mathrm{\θ}}_m}{T}\·\·\·\left(5\right)$

所述亮度I(θ_m)在所述出射角度范围内大致一定。

2.如权利要求1所述的光控制板，其特征在于，设所述平行光中的S偏光成分及P偏光成分的能量为E_S及E_P，E_S/E_P为P；

所述S偏光成分及P偏光成分相对于所述光控制板的透射比为T_S及T_P时，

所述透射比T满足

$T=\frac{P}{1+P}{T}_s+\frac{1}{1+P}{T}_p\·\·\·\left(6\right).$

3.一种光控制板，相对于将具有大致均匀的亮度分布的平行光向规定方向射出的面光源配置在所述规定方向一侧，并且配置成与所述规定方向大致正交，其特征在于，

包括：

平坦的光入射面，入射来自所述面光源的所述平行光；和

光出射面，与所述光入射面相对配置，从所述光入射面入射的所述平行光作为出射光射出；

在所述光出射面上设有光路控制部，所述光路控制部在一侧方向上延伸，剖面形状为凹状和/或凸状；

所述光路控制部的表面分别由在所述一侧方向延伸的第1～第M平面部构成，其中，M为2以上的整数；

设所述光控制板的折射率为n，相对于所述光出射面与所述光入射面相反的一侧的折射率为n₁，所述出射光相对于所述规定方向的出射角度范围在-θ_max以上θ_max以下，所述出射光中从第m平面部出射的光相对于所述规定方向的出射角度为θ_m，其中，m为1以上M以下的整数，而且设所述出射角度θ_m方向的亮度为I(θ_m)，所述光控制板相对于所述平行光的透射比为T时，

所述第m平面部和与所述光入射面平行的面成的倾斜角度α_m满足

${\mathrm{\α}}_m={\sin }^{-1}\left\{\frac{n_1}{n}\sin ({\mathrm{\θ}}_m+{\mathrm{\α}}_m)\right\}\·\·\·\left(7\right)$

其中，

${\mathrm{\θ}}_m=\frac{2m-M-1}{M-1}{\mathrm{\θ}}_{\max }\·\·\·\left(8\right)$

所述第m平面部的间距比L_m满足

$L_m=\frac{l_m}{\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{l}_k}\·\·\·\left(9\right)$

其中，

$l_m=\frac{I\left({\mathrm{\θ}}_m\right)\cos {\mathrm{\θ}}_m}{T}\·\·\·\left(10\right)$

所述亮度I(θ_m)在所述出射角度范围内大致一定。

4.如权利要求3所述的光控制板，其特征在于，设所述平行光中的S偏光成分及P偏光成分的能量为E_S及E_P，E_S/E_P为P，所述S偏光成分及P偏光成分相对于所述光控制板的透射比为T_S及T_P时，所述透射比T满足

$T=\frac{P}{1+P}{T}_s+\frac{1}{1+P}{T}_p\·\·\·\left(11\right).$

5.如权利要求1至4中的任一项所述的光控制板，其特征在于，具有多个所述光路控制部；

所述多个光路控制部，在所述规定方向及与所述一侧方向大致正交的方向上排列。

6.一种面光源装置，其特征在于，包括：

面光源，将具有大致均匀的亮度分布的平行光向规定方向射出；和

权利要求1至4中的任一项所述光控制板，相对于所述面光源配置在所述规定方向一侧，并且配置成与所述规定方向大致正交。

7.如权利要求6所述的面光源装置，其特征在于，具有多个所述光路控制部；

所述多个光路控制部，在所述规定方向及与所述一侧方向大致正交的方向上排列。

8.一种透射型图像显示装置，其特征在于，包括：

权利要求6所述的面光源装置；和

透射型图像显示部，相对于所述面光源装置配置在所述规定方向一侧，入射来自所述面光源装置的所述出射光。

9.如权利要求8所述的透射型图像显示装置，其特征在于，具有多个所述光路控制部；

所述多个光路控制部，在所述规定方向及与所述一侧方向大致正交的方向上排列。

Images