CN1878984A - 面光源装置和使用该面光源装置的设备 - Google Patents

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Abstract

防止光线在不规则的方向上散射，即使在扩散图案的侧表面上形成成型塌边的情况下。当从垂直于光导板的方向观察时，光线从几乎恒定的方向照射到光导板底面上设置的扩散图案(36)上，每个扩散图案(36)中的面对发光部件的反射表面(46a)形成为梯形，该反射表面为倾斜表面，且在从光源单元方向观察时，扩散图案(36)的受成型塌边影响的侧表面(46b)隐藏在反射表面(46a)之后，且不易于接收光线。

Description

面光源装置和使用该面光源装置的设备
技术领域
本发明涉及一种面光源装置，尤其是，涉及一种用作图像显示单元、照明设备等的背光或正面光的面光源装置，而且，本发明涉及利用该面光源装置的设备。
背景技术
面光源装置用作透射型液晶显示面板的背光等，液晶显示面板每个象素透射或遮挡光线，由此产生图像，但是液晶显示面板本身不具备发光的功能，因此，需要用于背光的面光源装置。
图1是示出用作背光的传统面光源装置的示意性平面图。面光源装置21包括发光部件23(这种发光部件称作点光源)，其中，若干个(优选一个)发光元件，如LED(发光二极管)芯片聚集在一个位置，以使之小型化。利用面光源装置21，点光源形式的发光部件23布置成与光导板22的侧面(光入射表面22a)相对，该光导板由透明树脂制成，如聚碳酸酯树脂，具有高折射率。在光导板22的下侧上，多个扩散图案24分立地布置在圆弧上，该圆弧以发光部件23为圆心，并与该发光部件23同心。如图2和3(a)所示，在平面图中观察时，相应的扩散图案24以三角形凹槽的形式凹陷到光导板22的下侧内，沿着以发光部件23为圆心的虚拟同心圆的圆周方向延伸，并且相应扩散图案23的反射表面25的法线平行于在发光部件23和扩散图案24之间连接的方向(这个方向称为r轴方向)指向。而且，扩散图案24在图案密度方面随着它们远离发光部件23而逐渐增大。
如图2所示，对于面光源装置21，使得发光部件23发光，从发光部件23发出的光线：从光入射表面22a进入光导板22，在光导板22的上和下表面上反复全反射的同时，传播到远离发光部件23的侧面。当被光导板22下表面上的扩散图案24的反射表面25漫反射的光线L以一小于全反射的临界角的入射角度入射在光导板22上表面上的光出射表面22b时，光线从光出射表面22b离开。
对于面光源装置21，被扩散图案24漫反射的光线L在包含r轴方向并垂直于光出射表面22b的平面内散射，但是在被扩散图案24反射后，在所述平面之外不散射，而是笔直前进，如在垂直于光出射表面22b的方向上所观察到的。因此，在关于发光部件23的任一方向上出射的光线在量上没有变化，即使该光线由扩散图案24散射，并且在光导板22内透射的光量在各个取向上从发光部件23出射的光量。于是，通过使光线L具有随着从发光部件23在光导板22内沿各个取向透射光导板22的距离而变化的光量，而使光出射表面22b整体并均匀地发亮。因此，通过将面光源装置与透射型液晶显示面板相结合，可以制造在宽方向上具有良好可视性的液晶显示器，并且除此之外，还有利于节省液晶显示器的能耗。
用于面光源装置21的扩散图案24被设计成三棱柱形状，如图3(a)所示，并且位于反射表面25两侧上的侧面26被设计成垂直于光导板22的后表面。然而，实际上，扩散图案24的两个侧面26稍微倾斜，这是由于通过注模等制造光导板时产生的成型塌边(mold sagging)所致。
当扩散图案24的两个侧面26倾斜时，从发光部件23入射到扩散图案24上的光线L中的一部分被扩散图案24的侧面26反射，并且被该侧面26反射的光线L沿不规则方向散射，如图3(b)所示，而方向性增加，由此，损害了在光导板22内传播的光线的可控性。而且，由于被所述侧面26反射的光线L在不规则方向上散射，而成为损失光线Ls，这导致光出射表面22b的亮度降低。
发明内容
本发明的目的是即使在扩散图案的侧面上产生成型塌边的情况下，也难于由扩散图案造成光线在不规则方向上散射。
本发明提供了一种第一面光源装置，其包括光源和光导板，通过光导板，自光源引入的光线基本在整个光出射表面上散开，而从光出射表面离开，并且，其中，多个用于反射光导板内传播的光线的图案形成在与光导板的光出射表面相对的表面上，该面光源装置的特征在于所述各个图案构造成在从垂直于光出射表面的方向上观察时，光线基本上以固定方向入射，该固定方向由每个图案确定，在从光线入射的方向上观察时，所述图案的两个侧表面基本上被所述图案的位于光入射侧的倾斜表面完全遮挡。
利用本发明的第一面光源装置，所述各个图案构造成当沿着垂直于光出射表面的方向观察时，光线在基本上固定的方向上入射，该固定方向由每个图案确定，且在从光入射方向观察时，所述图案的两个侧表面被该图案的位于光入射侧的倾斜表面完全遮挡。在最典型的例子中，在从垂直于光出射表面的方向上观察时，光导路径在由光导板中各个位置的每个位置所确定的固定方向上取向，且在从垂直于光出射表面的方向上观察时，从光源入射到各个图案上的光线在前进方向不弯曲的情况下前进，在被图案反射后也是如此。此外，从光源的方向观察时，所述图案的两个侧面基本上完全由朝向光源的图案的倾斜表面遮挡。于是，在本发明的第一面光源装置中，少量的光线碰撞在图案的侧面上。因此，即使在光导板上图案的侧面上产生成型塌边，最多只有少量的光线入射到产生成型塌边的图案的侧面上，因此，光线难于通过图案的侧面在不规则方向上散射。因此，利用本发明的第一面光源装置，光线在光导板内的可控性几乎不会被光线在图案侧面上的散射而损害，并且可以改善光出射表面的亮度降低的问题。
本发明提供了第二面光源装置，该装置包括光源和光导板，通过光导板，从光源引入的光线在基本整个光出射表面上散开，并从光出射表面上出射，其中，多个用于反射光导板内传播的光线的图案形成在光导板的光出射表面的相对表面上，所述面光源装置特征在于所述各个图案构造成当从垂直于光出射表面的方向上观察时，光线以每个图案所确定的基本上固定方向入射，并且，位于所述图案的光入射侧的倾斜表面中的位于光入射侧的相对侧上的部分在宽度上比位于光入射侧上的部分短。
利用本发明的第二面光源装置，所述各个图案构造成在从垂直于光出射表面的方向上观察时，光线沿着每个图案所确定的基本上固定方向入射，并且，位于所述图案的光入射侧的倾斜表面中的位于光入射侧的相对侧上的部分在宽度上比位于光入射侧上的部分短。在最典型地情况下，在从垂直于光出射表面的方向上观察时，光导路径沿由光导板中各个位置中的每个位置所确定的固定方向取向，并且当从垂直于光出射表面的方向上观察时，从光源入射到各个图案上的光线在前进方向不弯曲的情况下前进，在由所述图案反射后也是这样。除此之外，光导板的图案的倾斜表面中的远离光源的部分在宽度上比靠近光源的部分短，图案的两个侧表面隐藏在朝向光源的光导板的倾斜表面之后。于是，少量的光线撞击到图案的侧面。因此，即使在光导板上的图案的侧面上产生成型塌边，最多只有少量光线入射到产生成型塌边的图案的侧面上，从而，光线几乎不会通过图案侧面的反射而在不规则方向上散射。因此，利用本发明的面光源装置，光线在光导板中的可靠性几乎不会被图案侧面上的光线散射而损害，并且可以改善光出射表面的亮度降低的问题。
对于本发明的第一面光源装置和第二面光源装置，光源包括点光源，棱镜片布置在光导板的观察侧上，在光导板内传播并由所述图案偏转的光线从光出射表面沿着相对于光导板的光出射表面的法向倾斜的方向出射时，该光线由棱镜片偏转。在此，虽然如LED芯片、小型灯的小型发光元件用作点光源，该发光元件并一定是单独一个，可以包括多个发光元件(例如，多个红色、绿色、蓝色LED芯片整体封装)，并且其中封装有发光元件的多个光源彼此靠近布置。根据该实施例，从光导板的光出射表面倾斜出射的光线有棱镜片偏转，而沿着任意方向(垂直于光出射表面的方向)出射。
另外，本发明的各个组成元件可以尽可能组合。
根据本发明，即使在光导板上形成的扩散图案的侧面上产生成型塌边，光导板并由此面光源装置也不会受到影响。
附图说明
图1是示出具有点光源形式的发光部件的传统面光源装置的结构的示意性平面图；
图2是示出图1所示的面光源装置中的扩散图案的作用的视图；
图3(a)是示出光线入射到理想扩散图案时光线的反射方向的透视图，而图3(b)是示出当光线入射到产生成型塌边的扩散图案上时光线的反射方向的透视图；
图4是示出根据本发明实施例1的面光源装置的结构的分解透视图；
图5是示出根据实施例1的面光源装置的示意性横截面图；
图6示出在根据实施例1的面光源装置中，在光导板上形成的扩散图案的布置形式；
图7(a)是示出实施例1中单独一个扩散图案的透视图，图7(b)是示出该扩散图案的平面图，而图7(c)是示出该扩散图案的前视图；
图8(a)是示出用作根据实施例1的面光源装置中的扩散棱镜片的不规则扩散板的局部断开的平面图，图8(b)是示出形成不规则扩散板的重复图案的平面图，而图8(c)是示出形成该重复图案的突起的放大透视图；
图9是示出从后侧观察到的作为用在根据实施例1的面光源装置中的扩散棱镜片的棱镜片的透视图；
图10是示出在根据实施例1的面光源装置中的光线的特征的示意性透视图；
图11(a)是示出面光源装置中的光线的特征的示意性透视图，而图11(b)是示出图11(a)中X部分的放大视图；
图12是示出在Δθ范围内从发光部件出射的光量与在Δθ范围内光导板的面积之间的关系的视图；
图13(a)是示出根据实施例1，其上产生成型塌边的单独一个扩散图案的透视图，图13(b)是示出单独一个扩散图案的平面图，而图13(c)是示出单独一个扩散图案的前视图；
图14(a)是示出在使入射到各个扩散图案上的光线方向一致的情况下的方式的视图，而图14(b)是示出在使入射到各个扩散图案上的光线在方向上不一致的情况下的方式的视图；
图15(a)是示出扩散图案的放大的平面图，而图15(b)是示出扩散图案的横截面图；
图16是说明在扩散图案上产生成型塌边的定义的视图；
图17是说明在图18和19的坐标中使用的距光源的距离Rs的定义的视图；
图18是说明距光源的距离Rs与扩散图案的平均宽度G之间的关系的视图；
图19是说明距光源的距离Rs和成型塌边对扩散图案的宽度的比率之间的关系的视图；
图20(a)是说明在出射角度ω的出射光线的相对强度的视图，而图20(b)是说明出射方向的定义的视图；
图21是说明实施例1和对比例之间的距光源的距离Rs和出射光的相对强度之间的关系的比较的视图；
图22(a)、22(b)和22(c)是示出扩散图案其他结构的透视图；
图23是示出扩散图案的结构的视图，通过该扩散图案，使得光线从发光表面垂直出射；
图24是说明从形成有上述扩散图案的光导板出射的光线的方向性的视图；
图25是示出从图23的光导板出射的光线的方向性的透视图；
图26是示出面光源装置中产生的亮度的径向不均匀(亮线)的视图；
图27是说明透过光导板上放置的如图9所示的棱镜片的光线在ω方向和方向的方向性的视图；
图28是示出在使用图9所示的棱镜片是光线的方向性的透视图；
图29是示出面光源装置及其方向性的透视图，在该面光源装置中采用的线性光源和棱镜片；
图30是示出从图29所示的面光源装置出射的光线的方向性的透视图；
图31是示出一般的扩散板的方向性的视图；
图32是说明在图31所示的扩散板放置在图9所示的棱镜片上的情况下在ω方向和方向的方向性的视图；
图33是说明在平行光垂直入射到图8所示的不规则扩散板上时的方向性的视图；
图34时说明在图33所示的不规则扩散板防止在图9所示的棱镜片上的情况下在ω方向和方向的方向性的视图；
图35(a)是示出从光导板出射的光线的方向性的视图，图35(b)、35(c)和35(d)是示出扩散板的扩散特性，图35(b)’、35(c)’和35(d)’分别是说明从光导板出射并透射过具有图35(b)、35(c)和35(d)特性的扩散板的光线的方向性的视图；
图36(a)是说明扩散板的扩散特性的视图，图36(b)和36(b)’是说明从光导板出射的光线的方向性的视图，图36(c)是说明在具有图36(b)所示的方向性的光线透射过具有图36(a)所示的方向性的扩散板之后的方向性的视图，图36(c)’是说明在具有图36(b)’所示的方向性的光线透射过具有图36(a)所示的方向性的扩散板之后的方向性的视图；
图37(a)是示出另一种结构的扩散图案的透视图，图37(b)是示出扩散图案的平面图，而图37(c)是示出扩散图案的侧视图；
图38是示出从具有图37所示的扩散图案的光导板出射的光线的视图；
图39是示出其中使用另一种结构的光导板的面光源装置的透视图；
图40是示出根据本发明实施例2的面光源装置的结构的分解透视图；
图41是示出在根据实施例2的面光源装置中使用的发光部件的平面形光线的特征的视图；
图42是说明从图41所示并在后表面上使用规则反射板的发光部件出射的光线的方向性的视图；
图43是说明在图41所示的发光部件的后表面上的规则反射板被漫反射板替代的情况下，出射光的方向性的视图；
图44是说明求出图42和43中沿α方向的光强度(能量)的方式的视图；
图45是表示理想方向特性、使用棱镜片情况下的方向特性、以及在使用扩散图案情况下的x轴方向和y轴方向的方向特性；
图46(a)是说明在光导板厚度方向(z轴方向)上散开的光线的方向特性的视图，图46(b)是说明在光导板宽度方向(a轴方向)上散开的光线的方向特性的视图，而图46(c)是说明在光导板的厚度方向和宽度方向(z轴方向和x轴方向)上散开的光线的方向特性；
图47是示出在沿光导板宽度方向上散开的光线被扩散图案的反射表面全反射时，光线方向上改变的方式的视图；
图48(a)和48(b)是示出在沿光导板宽度方向上散开的光线被扩散图案的反射表面全反射时，光线方向上改变的另一种方式的视图；
图49是示出通过扩散图案的反射表面透射并从后表面再次入射到光导板上的光线的特征的视图；
图50(a)是示出在入射到扩散图案之前的光线的方向的视图，图50(b)是示出被扩散图案的反射表面全反射的光线和在反射后的光线的方向的视图，图50(c)是示出经扩散图案的反射表面透射并从后表面再次入射的光线的方向和在再次入射后的光线的方向的视图；
图51是表示在光导板的光线前进方向(y轴方向)上观察到的光线的空间频率的视图；
图52是说明从面光源装置的光出射表面出射的光线的方向特性的视图；
图53是说明在光线从发光部件倾斜地引入到光导板中的情况下提供扩散图案的方式的视图；
图54是说明检查光导板中光线的方向特性的方式的视图；
图55是示出在横截面为弧形的扩散图案(对比例)中的反射光线的特征的视图；
图56是示出在锯齿形扩散图案(对比例)中反射光线的特征的视图；
图57(a)是示出由直角三角形横截面的扩散图案的反射表面全反射的光线的特征的视图，而图57(b)是示出通过前扩散图案透射并被后扩散图案反射的光线的特征的视图；
图58是说明从面光源装置的出射角与扩散图案的倾斜角β变化到45°、55°和65°时的光强度之间的关系的视图；
图59是说明扩散图案的反射表面的倾斜角β的定义、扩散图案的后表面的倾斜角ρ以及从光出射表面的出射角的定义的视图；
图60是说明图58中所示的出射角和光强度之间的关系的视图，图60(a)是示出基本水平入射的光线被反射表面反射的方式的视图，而图60(b)是示出从下面入射的光线被反射表面反射的方式的视图；
图61(a)是说明反射型液晶显示面板的扩散特性视图，图61(b)是说明光导板的出射光强度角度特性的视图，而图61(c)是说明来自反射型液晶显示元件的出射光强度角度特性的视图；
图62是示出在扩散图案的后表面的倾斜角ρ较小的情况下经扩散图案的反射表面透射并从其后表面再次入射的光线的特征的视图；
图63是示出在扩散图案的后表面的倾斜角ρ较小的情况下通过反射表面透射的光线的特征的视图；
图64(a)是示出从线性光源引入到光导板内的光线的前进方向的示意图，图64(b)是示出从间隔排列的多个点光源引入到光导板的光线的前进方向的示意图，而图64(c)是示出从汇集并排列在一个位置的多个点光源引入到光导板中的光线的前进方向的示意图；
图65是示出实施例2的改型的示意图；
图66是示出根据本发明实施例3的面光源装置的结构的透视图；
图67是示出两个发光部件彼此靠近并布置在光导板附近的方式的平面图；
图68是示出根据本发明实施例4的扩散图案的结构的视图，图68(a)是示出结构的前视图，图68(b)是示出结构的平面图，而图68(c)是在光入射方向上看到的视图；
图69是示出其中使用根据本发明的面光源装置的液晶显示器的示意图；
图70是示出其中使用根据本发明的面光源装置的便携电话的透视图；
图71是示出其中使用根据本发明的面光源装置的信息终端的透视图；
附图标记的说明
31：面光源装置
32：光导板
33：发光部件
35：扩散棱镜片
36：扩散图案
39：不规则扩散板
40：棱镜片
45：光出射表面
46a：扩散图案的反射表面
46b：扩散图案的侧面
46c：扩散图案的后表面
51：面光源装置
52：光导板
52b：光出射表面
53：发光部件
54：扩散图案
54a：扩散图案的反射表面
54b：扩散图案的侧面
54c：扩散图案的后表面
具体实施方式
图4是示出根据本发明实施例1的面光源装置31的结构的分解透视图，而图5是示出该结构的示意性横截面图。面光源装置31主要包括光导板32、发光部件33、反射板34、和扩散棱镜片35。光导板32由透明树脂形成，如聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸树脂，该光导板32形成为矩形平板，并在其后表面上设置有扩散图案36。而且，光导板32的一个拐角被倾斜切割，如平面图中所示，形成光入射表面37。
作为光源的发光部件33是通过将一个到多个LED(未示出)密封在透明模制树脂中并用白色树脂覆盖除模制树脂前表面外的表面而形成，且从LED出射的光线由模制树脂和白色树脂的内表面直接反射或反射，然后从发光部件33的前表面出射。发光部件33使其前表面与光导板32的光入射表面37相对。
图6示出形成在光导板32上的扩散图案36的布置形式。本发明的实施例1是在假设z轴定义为垂直于光导板32的表面(光出射表面)、而x轴和y轴分别定义为平行于与光入射表面相邻的两个侧面的方向来加以描述的。而且，在将任意方向传播的光线考虑在内或者在考虑任意扩散图案内的反射时，r轴被定义为平行于在包括所传播的光束并垂直于光导板32的平面内光导板32的表面的方向，或r轴限定为在包括在发光部件33和相关的扩散图案36之间连接的方向并垂直于光导板的平面内平行于光导板32的表面的方向。此外，θ表示x轴和r轴中间形成的角。
形成在光导板32下表面上的扩散图案36分离地布置在圆弧上，该圆弧以发光部件33(具体地说，内侧LED)为中心并与之同心，并且通过以非对称三角形横截面的形式凹陷光导板32的后表面来线性形成各个扩散图案36。具有三角形横截面并靠近发光部件33的扩散图案36的反射表面的倾斜角(图11(b)所示的倾斜角β)、即反射表面46a的倾斜角理想的是20°或更小。而且，如平面图中观察到的，各个扩散图案36在以发光部件33为圆心的圆的圆周方向上线性延伸，并且各个扩散图案36的反射表面的法线平行于在发光部件33和扩散图案36之间连接的方向(r轴方向)指向。而且，扩散图案36形成为在图案密度方面随着它们远离发光部件33而逐渐增加。但是，在发光部件33附近扩散图案36的图案密度是否基本上均匀并不重要。另外，由透镜、棱镜等构成的光学元件(扩散器)可以形成在光导板的光入射表面37上，以便控制光量的取向图案，该光线是从发光部件33进入光导板32的光线。
图7(a)是示出扩散图案36的轮廓的透视图，图7(b)是示出该轮廓的平面图，而图7(c)是示出该轮廓的前视图。扩散图案36的面对发光部件33的倾斜表面的前边缘(朝向发光部件33的边缘)，即，反射表面46a的前边缘比后边缘(远离发光部件33的边缘)长。在所示的示例中，扩散图案36的反射表面46a为梯形，后表面46c为梯形。于是，当从发光部件33的一侧观察扩散图案36时，隐藏在反射表面46a后面的扩散图案36的左和右侧面46b从发光部件33一侧看不到。
图4所示的反射板34使其表面通过镀银而经受镜面处理，并布置成与光导板32的整个后表面相对。
图5所示的扩散棱镜片35包括形成在透明塑料片38的表面上的透明不规则扩散板39和形成在塑料片38后表面上的透明棱镜片40。不规则扩散板39和棱镜片40是通过将紫外线硬化树脂滴在塑料片38的上表面上，利用压模推压紫外线硬化树脂而使紫外线硬化树脂在压模和塑料片38之间扩散，并将紫外线照射到紫外线硬化树脂上而使之固化(光聚合方法)而形成的。
图8(a)、8(b)和8(c)是说明不规则扩散板39的结构的视图。如图8(a)所示，不规则扩散板39包括上下左右基本没有间隙的周期性布置的重复图案41。而且，如图8(b)所示，重复图案41基本上没有间隙地随机布置的凸起部分42，该突起部分42为具有钝的顶点的锥形，如图8(c)所示。单独一个重复图案41纵向宽度H和横向宽度W比液晶显示面板的象素的尺寸大，以防止波纹，并且每个宽度优选地为100μm或更大、1mm或更小。而且，形成重复图案41的凸起部分42在尺寸上是不均匀的，并优选地外径D为5μm或更大、30μm或更小(具体地说，优选的是大约10μm)。
由于不规则扩散板39为特殊的扩散特性，图案的不规则形状必须得以正确控制。在这种情况下，由于所有的不规则图案是通过周期性排列一个不规则图案来形成的，所有不规则图案可以按照相同的方式形成，来提供正确的不规则形状。然而，利用这种方法，在液晶显示面板的屏幕上会产生波纹，且，象素易于变得明显。相反，当不规则图案随机布置时，不规则图案必须在形状和尺寸上一个接一个变化，使得难于制造正确的结构。而且，存在这样的忧虑，即，不规则扩散板随位置而特性变化。因此，对于根据本发明的不规则扩散板39，通过随机排列形状和尺寸是随机的凸起部分42形成重复图案41，并且该重复图案41周期性布置，由此使不规则扩散板39的图案的形成变得容易，并且抑制了波纹的产生等。
图9是示出从后侧看到的棱镜片40的结构的透视图。棱镜片40是通过以同心方式布置弧形棱镜43(在图9中，弧形棱镜43以放大的比例绘出)来提供，该棱镜的横截面为左右不对称的矩形，并且各个弧形棱镜43由以发光部件33的LED所布置的位置为中心的弧形形成。
另外，不规则扩散板39和棱镜片40不需要如实施例1所示整体形成，而是可以单独形成且其间具有间隙地布置。另外，当如这个实施例中那样它们与塑料片38整体形成时，产生这样的优点，即，整个结构在厚度和成本上变小。
随后，将参照图10、11(a)和11(b)描述面光源装置31中的光线L的特征。图10是示出从光导板32斜向上观察到的光线L的特征，图11(a)是示出光导板32的横截面(zr平面)内的光线的特征，图11(b)是示出图11(a)的X部分的放大视图。从发光部件33出射的光线L从光入射表面37进入光导板32。从光入射表面37进入光导板32的光线L在光导板32中径向扩散地前进，并且此时，理想的是将光入射表面37上设置的光学元件44设计成使得沿各个取向在光导板32中散开的光线L的量与在各个取向上光导板32的扇形面积成比例。具体地说，如图12所示，从光导板32的一侧(在x轴方向的一侧)于Δθ区域(该区域是位于θ的任意方向上)内出射的光线的量理想地与在该Δθ区域内光导板的面积(图12中斜线所表示的面积)成比例，由此，可以使面光源装置31的亮度分布在各个取向上均匀一致。
入射到光导板32的光线L在光导板32内沿着远离发光部件32的方向(r轴方向)前进，同时在光导板32的上和下表面上反复全反射。入射到光导板32的下表面上的光线L每一次被扩散图案36的反射表面46a反射而对光导板32的上表面(光出射表面45)的入射角γ减小，其中该扩散图案36的横截面为三角形，并且以小于全反射的临界角的入射角γ入射到光出射表面45上的光线透过光出射表面45，而沿着光出射表面45出射到光导板32的外侧。由于所有扩散图案36垂直于发光部分33和各个扩散图案36之间连接的方向排列，因此，光线L在包含发光部件33和相关的扩散图案36之间连接的方向并垂直于光出射表面45的平面内(zr平面)扩散，即使在光导板32内传播的光线L被扩散图案36扩散，而在笔直前进，不会在平行于光出射表面45的平面(xy平面)内扩散。
另一方面，已经透射过光导板32的下表面而没有被下表面反射的光线L被反射板34规则反射，该反射板34面对光导板32的下表面，由此使光线L返回到光导板32内，以便在光导板32内再次传播。
于是，从光导板32的光出射表面45出射的光线L被相当大地限制在这样的范围内，即，使得在具有三角形横截面的扩散图案36的倾斜角β例如为12°时，在垂直于光出射表面45的zr平面上的光线的出射角大约为45°到90°。
由于从光导板32的光出射表面45出射的光线不在θ方向内散开，并且在方向的方向角Δ也受到限制，因此，它变成具有相当窄的方向性的光线。以这种方式，沿着光出射表面45出射的光线(散开窄并且方向性强)被扩散棱镜片35的冷静判40的倾斜表面反射，由此在垂直于光出射表面45的方向上弯曲，并然后被扩散棱镜片35的不规则扩散板39散射，而在方向性上拓宽。
在此，考虑在模制光导板32过程中的成型塌边放大了扩散图案36的左右侧面46b，形成相同的倾斜表面的情况。图13(a)是示出扩散图案36的轮廓的透视图，在该扩散图案上产生成型塌边，图13(b)是示出该轮廓的平面图，而图13(c)是示出该轮廓的前视图。扩散图案36的反射表面46a是梯形的，两侧面46b隐藏在反射表面46a的后面，在扩散图案36的两侧面46b上产生成型塌边时，其上产生成型塌边的两侧面46b也隐藏在反射表面46a之后，如图13所示。对于这种面光源装置31，如图14(a)所示，如在平面图中所见，光线从发光部件33径向射出，且在光导板32内传播的光线L沿着r轴方向笔直前进，使得入射到扩散图案36上的光线L仅入射到反射表面46a上以被反射，而不会入射到产生成型塌边的侧面46b上，并且被侧面46b反射的光线的比率很小。因此，即使在扩散图案36的侧面46b上产生成型塌边，也可以抑制对光线L传播方向的可控性的损害，并且抑制面光源装置31的亮度的降低，而这些是由于从光出射表面45出射的光线变成损失光线而造成的。
在光线L以随机方向入射到各个扩散图案36上时，光线L入射到侧面46b上，即使扩散图案36的反射表面46a如图14(b)的对比例所示为梯形的，使得被侧面46b反射的光线L称为损失光线，并因此不会产生减少杂散光的效果。相反，根据本发明，入射到各个扩散图案36上的光线L基本上固定在一个方向上，如图14(a)所示，因此有可能防止侧面46b造成的杂散光。即，以这种方式成形的扩散图案36在面光源装置31内产生光线基本在一个方向上前进的效果，如平面图所示。
图15示出扩散图案36的特定示例。在扩散图案36中，G＝10到300μm且B2＝16μm，其中G表示扩散图案36的平均宽度，而B2表示在纵向上的水平长度。而且，B1＝12μm而倾斜角β＝12°，其中B1表示在反射表面46a的纵向上的水平长度，而β表示其倾斜角，ε＝20°，其中ε表示从平面图中看到的两个侧面46b的角度。
侧面46b的成型塌边的比率如图16定义，即，由以下方程定义：
成形塌边的比率＝(dG1+dG2)/G
其中，G表示扩散图案的平均宽度，dG1和dG2分别表示从扩散图案36的侧面46b的平均位置到成型塌边的端部的距离。
在图15所示的扩散图案36中，成型塌边的大小dG1和dG2分别是大约4μm的数量级。图18说明扩散图案36的平均宽度的变化相对于沿着光导板32的对角方向测量的距发光部件33(光源)的距离的变化，其中，发光部件33布置在光导板32的一个拐角上，如图17所示，且图19示出成型塌边比率的变化。
图20(a)是说明面光源装置31中的方向特性，该面光源装置使用实施例1的扩散图案36，该扩散图案包括梯形的反射表面46a，并说明了使用三角形反射表面25的传统面光源装置的方向特性。在图20(a)中，横坐标代表从光出射表面45出射的光线的出射角ω，纵坐标代表从光出射表面出射的光线的相对强度，粗实线表示实施例1的面光源装置31的方向特性，而虚线表示传统示例的方向特性。在此，如图20(b)所示，图20(a)中的横坐标代表圆周方向上的出射角ω，其中表示在包含发光部件33和扩散图案36之间连接的方向(r轴方向)并垂直于光出射表面45的平面内的出射角，而ω表示在垂直于所述平面和光出射表面45的平面内的出射角。
如图20(a)所示，在传统示例中的方向特性曲线的下部在实施例1的方向特性曲线的横向上散开，这被认为是由扩散图案24侧面26上散射的杂散光造成的。即，根据实施例1，可以抑制这种杂散光。
图21说明了沿着程度为50mm的光导板32的横截表面从光出射表面45出射的光线的相对强度的测量结果，横坐标表示距发光部件(光源)的距离Rs，而纵坐标表示出射光线的相对强度。根据测量结果，光导板32的中心位置出射光强度方面增大约15％，而整个光出射表面45在出射光强度方面增大约14％。而且，从图21可以看出，在光源附近的改善效果大，在该位置处成型塌边的比率大。另外，虽然在图21中示出光强度比传统示例中的变化大，这是因为传统例1中的样本是通过改进传统示例中的扩散图案24的形状而提供的，其中，扩散图案24的排列设计成使出射光表面22b在光强度方面均匀一致，并且在平面图中为梯形。因此，通过重新设计实施例1的扩散图案的排列可以使出射光表面45的光强度均匀一致。
另外，可以采用各种其他形状用于扩散图案36。例如，如图22(a)所示，扩散图案36的横截面可以是半圆形或弧形的，而且，如图22(b)所示，对于扩散图案36，如从垂直于光出射表面45的方向看到的，可以基本上为金字塔形状并包括三角形的反射表面46a，反射表面46a的法线可以平行于连接到发光部件33的方向，并且如从发光部件33所看到的，扩散图案36的两侧面46b可以隐藏在反射表面46a之后。另外，如图22(c)所示，对于扩散图案36，如从垂直于光出射表面45所看到的，其基本上为半圆或半椭圆的形式，包括三角形的反射表面46a，反射表面46a的法线可以平行于连接到发光部件33的方向，并且如从发光部件33所看到的，扩散图案36的外周面46d可以隐藏在反射表面46a之后。但是，图22(a)所示的横截面为弧形或横截面为半圆形的扩散图案36不是优选的，这是因为从光出射表面45出射的光线L的方向上的方向角Δ扩大。由于相同的原因，在扩散图案36横截面为三角形时，由于扩散图案36不同的倾斜角β混合存在，而不是优选的。而且，除了使用扩散图案36，在光导板32内的光线可以通过全息图等散射，而从光出射表面45离开。
随后，将描述扩散棱镜片35的作用。首先，考虑使光线沿着与光出射表面垂直的方向出射而不使用扩散棱镜片35的情况。为了垂直发出光线而不使用扩散棱镜片35，光线必须相对于光导板的扩散图案垂直出射。为了用扩散图案垂直地发出光线，需要增加形成在光导板32A上的扩散图案36A的倾斜表面的倾斜角，如图23所示，使得靠近发光部件33的倾斜表面的倾斜角β大小为50°，且远离发光部件33的倾斜表面的倾斜角ρ大小为85°。图24是说明在使用形成有如图23所示的扩散图案36A的光导板32A的情况下在zr平面内的方向性，横坐标代表在zr平面内从z轴测量的角度，而纵坐标代表光线的强度。如图24所示，在这种情况下的方向性在靠近发光部件33一侧(＜0)和远离发光部件33的一侧(＞0)是非对称的，并且在远离发光部件33的一侧非常宽。顺便提及，强度变成半峰值的强度(半值宽度)在靠近发光部件33一侧大约是-13°，而在远离发光部件33一侧大约是26°。另外，在垂直于zr平面并平行于z轴的平面内，在ω方向上的光强度的半值宽度大约是5°(见图27)。
图25示出具有如图24所示强度的光线。如图25所示，从光出射表面45a出射的光线(斜线的区域表示光从其出射的区域，等等)沿方向在Δ范围内散开，且沿着ω方向在Δω范围内散开(在垂直于zr平面且包含z轴的zθ平面内，ω表示相对于z轴的角度，而Δω表示在ω方向的方向角)，且与在ω方向的方向角Δω相比，在方向的方向角Δ相当宽。此外，如图25所示，宽方向角Δ在光导板32A内沿着r1方向传播后从光出射表面45A出射的光线与光导板32A内沿r2方向传播后从光出射表面45A出射的光线之间在方向上有所不同。因此，当面光源装置从朝向点P的方向看时，在光导板32A内沿着r1方向传播的光线可见，但是沿着r2方向传播的光线不可见，使得如图26所示，在光导板32A上看到亮度径向不均匀R。
另外，即使在如图23所示的对比例的光导板32A上放置扩散板，这种亮度的径向不均匀并不会消失。而且，对于这种光导板32A，包括在＝±10°范围内的光量大约是总光量的30％，并且当扩散板放置在光导板32A上来减弱亮度的径向不均匀时，导致光出射效率快速降低。
相反，在将棱镜片40放置在光导板32上时，不需要使光线相对于扩散图案36在垂直方向上出射，而是，通过棱镜片40使得沿着光出射表面45出射的光线在垂直方向上弯曲。图27是说明经放置在光导板32上的棱镜片40透射的光线在ω方向上的方向性和在方向上的方向性，二者表示出对称的分布。如图27所示，光强度成为半峰值的角度(半值宽度)在ω方向大约为5°，而在方向上大约为15°，并且在方向上的方向角Δ与未使用棱镜片的对比例相比变窄。
以这种方式，当使用由以发光部件33为中心的弧形棱镜43构成的棱镜片40时，经棱镜片40透射的光线在ω方向上的方向性不改变，如图28所示，但是光线在方向上汇集，而在方向上的方向性变窄。因此，在ω方向上的方向角Δω与在方向上的方向角Δω之间的差Δω-Δω变小，并且导致亮度的径向不均匀性降低。
然而，实际上，只有棱镜片40不能够充分降低ω方向和方向之间的方向性上的差异(由于在ω方向的半值总宽度是10°而在方向上的半值总宽度是30°，在半值总宽度上存在20°的差异)，并且虽然导致亮度在径向上的不均匀得以降低，但是亮度不均匀还明显可见。而且，在ω方向上光线在大约5°(半值宽度)那么小的范围内散开，并且除非光线在ω方向进一步散开，否则不能够用在一般用途中。
如图29所示，已经提出一种面光源装置，其中使用冷阴极管或线性光源，其中，使光线L沿着光导板表面32B出射，并通过棱镜片40B使光线在垂直方向上偏转(例如，JP-A-11-8411)。在这种情况下，棱镜片40B的棱柱43B延伸的方向与线性光源33B平行，并且，在平行于棱柱43B的x轴方向上的方向角Δx与在垂直于棱柱43B的y轴方向上的方向角Δy相比相当大，如图30所示，并且方向角各向异性地大。但是，对于这种面光源装置31B，由于方向角的各向异性的方向不随着光出射表面45B的位置变化，因此，不会产生亮度的径向不均匀。
相反，对于根据本发明的面光源装置31，由于径向从作为点光源的发光部件33出射的光线被形成在光导板32下表面上的扩散图案36漫反射，而从光出射表面45出射，出射光在方向性和各向异性上根据光出射表面45的位置而变化，因此产生亮度上的径向不均匀。即，亮度的径向不均匀造成如下的面光源装置特有的问题，该面光源装置包括作为点光源的发光部件33和同心的扩散图案36，本发明旨在改善这种亮度不均匀。
而且，虽然根据图29所示的面光源装置31B，光线L在棱镜片40B的棱柱长度方向(x轴方向)上的方向性较大，而在根据本发明的面光源装置31中，光线在棱镜片40的棱柱长度方向(θ方向)上的方向性变窄，由此本发明的与面光源装置31B的正相反。即，对于本发明的***，需要使光线在棱柱长度方向上的方向性大，而与该方向垂直的方向上的方向性窄，但是当采取这种措施时，在图29所示的面光源装置31B中产生正相反的结果，即，方向角在各向异性方面变得更大，在棱柱长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视角不能得以保证。以这种方式，本发明旨在解决在特殊***的面光源装置中产生的问题。
随后，将给出对用在根据本发明的面光源装置31中的不规则扩散板39的效果加以解释。为了比较的缘故，将首先对使用通常使用的普通扩散板的情况加以解释。平行光垂直入射时其方向性为如图31所示(半值宽度为10°)的扩散板用作普通扩散板。在这种普通扩散板放置到棱镜片40上时，ω方向上的方向性和方向上的方向性如图32所示。在此，ω表示相对于zθ平面内的z轴形成的角度，而表示相对于zr平面内的z轴形成的角度。在ω方向和方向上的半值总宽度Δω、Δ分别为Δω＝20°、Δ＝33°，其间的差值Δ-Δω＝13°，且半值总宽度的差值与仅有棱镜片40的情况相比减小38％。因此，一定程度上减小了亮度的径向不均匀，但是仍然可以清楚地看到亮度不均匀。而且，考虑到在实际有效方向上出射的光线，在半值总宽度Δω＝20°内包含大约23％的光线。即，77％那么多的光线都浪费了。而且，导致一个问题，即，当与垂直方向离开ω＝2.5°时，亮度减弱大约20％，并且左、右眼看到的不同，由此，使得难于看到。
相反，图33示出平行光垂直入射到如图8所示的不规则扩散板39上时的方向性。在将不规则扩散板39放置到棱镜片40上时，在ω方向上的方向性和方向上的方向性如图34所示。即，在ω方向和方向上的半值总宽度Δω和Δ分别为Δω＝20°、Δ＝29°，二者的差值为Δ-Δω＝9°，并且半值总宽度的差值与仅有棱镜片40的情况相比减小58％。因此，相当大地降低了亮度的径向不均匀。而且，在更窄的方向上包含在半值总宽度Δω＝20°内的光量大约为总光量的30％，即，无用的光减少到70％。因此，与普通扩散板相比，在垂直方向上的亮度改善大约20％，并且在与垂直方向离开ω＝5°的位置内的亮度降低率落到10％以下，使得由于亮度不均匀造成的难于看到的状态基本上得以解决。
下面解释原因。从光导板32出射的光线呈现出如图35(a)所示的稍平缓的分布。相反，在不规则扩散板在扩散特性(相对于垂直入射光的方向性)方面具有与从光导板出射的光线相同的方式的平缓分布时，从光导板出射并透射过不规则扩散板的光线变得进一步平缓，其分布如图35(b)’所示(正类似于中心以自相关方式尖锐的现象)。对于这种方向性，当视图将光线沿ω方向扩散到一定程度时，需要非常强的扩散，使得光线在方向上散开，并且Δ-Δω不会非常大的降低。而且，在倾斜方向上的无用光增多。
相反，在不规则扩散板在扩散特性方面几乎为如图35(c)所示的矩形的情况下，从光导板出射并透射过不规则扩散板的光的分布变得几乎为矩形，如图26(c)’所示。虽然由于这种相对小的扩散而使Δω增大一些，但是Δ并不增大很多，因此，Δ-Δω减小。例如，在具有如图36(a)所示的扩散特性的扩散板放置在光导板上时，该扩散板比ω方向上扩散板的方向角Δω(如图36(b)所示)大很多而比方向上扩散板的方向角Δ(如图36(b)’所示)小很多，已经透射过不规则扩散板的光线在ω方向上的方向角Δω取决于具有比从光导板出射的光线的方向角更大扩散特性的扩散板的方向性，如图36(c)所示。相反，由于从在方向上的光导板出射的光线的方向性如图36(b)’所示最初增大，已经透射过不规则扩散板的光线的方向性仅在中心和在端部稍平缓，如图36(c)’所示，而半值宽度不变。因此，在从光导板出射的光线的方向角在ω方向上窄而在方向上大的情况下，通过使用具有小扩散的扩散板产生减小Δ-Δω的效果。
此外，在如图35(d)所示的垂直于光导板的方向的两侧上具有峰值的扩散特性的情况下，从光导板出射并透射过不规则扩散板的光线的分布变得更近乎矩形，如图35(d)’所示，并且进入所需角度的光线的比率增加。
另外，为了增大出射光线在θ方向和在ω方向上的方向性，在如图37(a)、37(b)和37(c)所示的扩散图案36C中，也构想沿着θ方向弯曲的方法。另外，θ轴定义为垂直于zr平面的方向。但是，利用这种方法，在入射到扩散图案36C上而被偏转的光线L中，以较大角度入射到扩散板36C上的光线，如图38中虚线所示的光线L，一次出射，而首先以小角度入射到扩散图案36C上的光线，如图38中实线所示的光线L被扩散图案36C反射多次，然后从扩散图案36C出射，使得造成这样的问题，即，在θ方向上的扩散变动，并且随着远离发光部件33C，出射光线L在θ方向上的扩散变大。利用根据本发明的面光源装置31，扩散板36形状为线性的，并因此不会造成这种问题。
而且，对于图37(a)、37(b)和37(c)所示的扩散图案36C，当在垂直于光导板32C的方向上观察时，光线的前进方向在光线第一次入射到扩散图案36C上之后弯曲，使得扩散图案变得难于设计来提供均匀的亮度。因此，扩散图案36C在θ方向上的偏转角不能增大太大，并且，当这种偏转角大时，光线扩散和散开的普通***的结构与如本发明中希望那样的光线笔直径向散开而出射到同心图案中的***不同。在zr平面的偏转角和在xy平面的偏转角优选地以平均4∶1的比率存在(理想的是10∶1)，但是由于上述原因，用图37(a)、图37(b)和图37(c)的扩散图案36C难于实现这种偏转角。
而且，在使光导板32内的光线从光出射表面45出射的方法中，可以使用如图39所示的楔形光导板32，该楔形光导板32在远离发光部件33的一侧变薄。对于平面图中为矩形的光导板32，光导板发光的面积根据θ方向变化(见图10)，并且从发光部件33出射的光量也根据取向(角度θ)变化，从而，通过使光导板32成楔形并使用扩散图案36，可以使得亮度均匀一致。
[实施例2]
随后，将对本发明的实施例2加以解释，该实施例2具有接近理想扩散特性的特性。首先，图40是示出根据实施例2的背光型面光源装置51的结构的分解透视图。面光源装置51包括透明的光导板52和布置成与光导板51的光入射表面52a相对的发光部件53。光导板52由具有高折射率的透明树脂(例如，聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸树脂)形成为矩形平板，并在其下表面上设置多个平行的扩散图案54。
扩散图案54是通过将光导板52的下表面凹陷而具有基本上直角三角形的横截面形状而形成的，并且其朝向发光部件的倾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构成。扩散图案54彼此间隔并平行于光入射表面52a排列，且距光入射表面52a越远，扩散图案54之间的间隔越小。
具有三角形横截面的扩散图案54的面对发光部件53的这些倾斜表面，即反射表面54a理想地具有大约50°的倾斜角。而且，如平面图所示，每个扩散图案54的反射表面54a的法线方向平行于在发光部件53和扩散图案54之间连接的方向(y轴方向)。而且，扩散图案54形成为越远离发光部件53，图案密度逐渐增大。
扩散图案54的反射表面54a的前边缘(朝向发光部件53的边缘)比其后边缘(远离发光部件53的边缘)长，即，象实施例1中的扩散图案36一样(见图7)，扩散图案54的反射表面54a为梯形形状，并且后表面54c为矩形形状。于是，当从发光部件53一侧观察扩散图案54时，扩散图案54的左和右侧表面54b隐藏在反射表面54a之后，并且从发光部件53一侧不可见。
发光部件53包括：楔形光导体(下面称为楔形光导体)55，该光导体由具有高折射率的透明树脂形成；小光源(下面称为点光源)56，该小光源布置成与楔形光导体55的侧端面相对；规则反射板57，该规则反射板57布置在楔形光导体55之后；以及棱镜片58，该棱镜片布置在楔形光导体55之前。在此，点光源56包括一个或多个密封在透明树脂中的LED，该透明树脂除了其前表面外被白色树脂覆盖，且从LED出射的光线被白色树脂的内表面直接反射或反射，然后高效地向前发出。
从点光源56出射的光线L(兰伯特光)从楔形光导体55的侧端面进入楔形光导体55。入射到楔形光导体55的内部上的光线L被楔形光导体55的前表面(光出射表面)55a和后表面反复反射，以在楔形光导体55的内部前进，并且光线每次由楔形光导体55的后表面反射，它的入射角增加，光线如该入射角入射到前表面55a上，并在楔形光导体55前表面55a上的入射角变得小于全反射的临界角的位置处，光线从楔形光导体55的前表面55a出射到外侧。而且，如图41的虚线所示，从楔形光导体55的后表面出射到外侧的光线L被规则反射板57反射，而再次回到楔形光导体55，以从楔形光导体55的前表面55a出射。以这种方式，从楔形光导体55的前表面出射的光线L与基本上平行于楔形光导体55的前表面55a的方向(基本上x轴的负方向)排列。
布置在楔形光导体55的前表面55a上的棱镜片58也由具有高折射率(例如折射率1.59的透明树脂)的透明树脂形成，并且多个棱柱58a布置在棱镜片58的前表面上。各个棱柱58a为三角形横截面，具有40°的顶角，并沿着垂直方向(光导板52厚度方向)均匀地延伸。从楔形光导体55的前表面55a出射的光线L透射过棱柱58a以被折射，由此，光线在基本垂直于棱镜片58的方向上偏转，且此后基本上垂直于光导板52从光入射表面52a入射。因此，发光部件53能够使从点光源56发出的光线在基本棱镜片58整个长度上扩散而出射，并由此能够将点光源56转变成线性光源。
另外，经棱镜片58透射的光线中的一部分由于模制误差，如在棱镜片58的棱柱横截面顶点处的圆度误差、Fresnel反射等而成为杂散光。因此，当从点光源56出射的光线中的至少一半或更多光线应该被棱镜片58偏转而以理想角度(在这个实施例中，为垂直于光入射表面52a的方向)入射到光导板52上时，从楔形光导体55的前表面55a基本上平行于该前表面55a出射的光线的比率理想地是从点光源56发出的整个光线的2/3或更大。
为了对比的缘故，考虑取代规则反射板57而将漫反射板用在楔形光导体55的后表面上的情况，沿着前表面55a从楔形光导体55的前表面55a出射的光线最多是从点光源56发出的光线总量的一半。此原因在于：由于类似于图41虚线所示的光线L，从楔形光导体55后表面泄漏的光线L入射到漫反射板上，而基本上以Lambert分布反射，导致少量的光线沿着楔形光导体55的前表面55a(基本上是x轴的负方向)出射。
虽然已经描述了根据该实施例构成的发光部件53可以将点光源转变成线性光源，从线性光源出射的光线可以基本上均匀地在该方向上排列。图42说明了从楔形光导体55出射的光线相对于前表面55a(基本上为x轴的负方向)形成的角度α和该方向上的光强度之间的关系的测量结果，该测量是针对这样的结构，即规则反射板(该反射板没有漫射作用并且其入射角和出射角彼此相等)布置在楔形光导体55的后部上。图43说明了在楔形光导体55后部上的规则反射板由漫反射板取代的情况下、从楔形光导体55出射的光线相对于前表面55a(基本上为x轴的负方向)形成的角度α和该方向上的光强度之间的关系的测量结果。在这些测量中，使用这样的楔形光导体55和规则反射板或漫反射板，即，该楔形光导体55长度30mm、厚度1mm、它的与点光源56相对的侧表面的宽度为2mm，且折射率为1.53，而规则反射板或漫反射板的长度大约为30mm。而且，该测量是在去掉棱镜片58的状态下作出的。
另外，在图42和43所示的曲线中，在α方向上的光强度(能量)不代表在垂直于楔形光导体55的前表面55a的平面(图44中的xy平面)中沿着α方向出射的光线的角度分布，而是代表在从前表面55a出射的整个光线投影到该平面上时，在α方向上单位角度(dα＝1)内包含的光的强度。
如图42所示，在使用规则反射板的情况下，在稍小于约30°的方向上光强度变得最大，且总光量的98％汇集在0°到40°的范围内。当光线由棱镜片58反射以入射到光导板52上时，从上面看(z轴方向)，80％或根多的光线包含在±13°的范围内，即使由于棱镜片58的制造误差而产生大约10％的损失。相反，在使用通常使用的并具有强度漫射作用的反射板的情况下，仅仅52％的光线汇集在0°到40°的范围内，如图43所示。此外，当加上棱镜片58带来的损失时，不可能缩窄光导板52的方向性。
于是，这种发光部件53可以使用点光源56，可以使用LED等，并且使用楔形光导体55，使得光在较长的区域上发射，如同线性光源那样，并且基本上均匀地排列从点光源发出的Lamber光，以发出与方向性窄的光线相同的光线。
以这种方式，从光入射表面52a入射到光导板52上的光线在光导板52的上表面(光出射表面52b)和下表面之间反复全反射，以在光导板52内从靠近发光部件53的一例向远离发光部件53的一侧前进。当光线入射到设置在光导板52底面上的三角形扩散图案54上时，一部分光线被扩散图案54反射而从光出射表面52b出射。由于这种三角形扩散图案54在x轴方向上长，光线即使被扩散图案54反射也不会改变x轴方向上的方向性。于是，由发光部件53排列并在x轴方向上具有窄方向性的光线在由扩散图案54反射而沿着z轴方向出射之后也会保持在x轴方向上的方向性窄。另一方面，当光线被扩散图案54在z轴方向上反射时，在光导板52内传播的光线在z轴方向上散开，并且这种散开形成在y轴方向上的散开。但是，这种在y轴方向上的散开可以通过限制被扩散图案反射的光线的角度来缩窄，因此，在光导板中，从光出射表面52b出射的光线在y轴方向上的方向性比在z轴方向上的方向性窄。在典型的示例中，从x轴方向观察从从光导板52的光出射表面52b出射的光线时，在总宽度方面，方向性包含在基本上以z轴方向为中心大约55°的范围内，而在从y轴方向上观察时，在总宽度方面，方向性包含在基本上以z轴为中心大约25°的范围内。
于是，该面光源装置51使得光线能够在垂直于面光源装置51的方向上发出，而不使用任何棱镜片等，能够缩窄其方向性，并能够实现接近理想方向特性的方向特性。由于不使用任何棱镜片，因此可以降低面光源装置51的成本并使之更薄。
相反，在使用图案方向彼此垂直的两个棱镜片重叠到一起来提高光线的方向性的方法中，光线的方向特性呈现出图45的虚线所示的样式。即使在入射到棱镜片之前的光线的方向性为±30°，在穿过两个重叠的棱镜片之后，不能够使半数或更多的光线在+20°的范围内。
而且，对于面光源装置51，通过将扩散图案54在靠近发光部件53的区域以大间隔布置而随着它们与发光部件53间隔开逐渐以小间隔布置，使得光导板52的整个光出射表面52b亮度均匀。
随后，将对扩散图案54的作用给出解释，该扩散图案54为三角形横截面。对于在入射到扩散图案54之前的光线的方向性，考虑如图46(a)所示的仅在x轴方向上窄的那种、如图46(b)所示仅在z轴方向上窄的那种以及如图46(c)所示在x轴和z轴方向上窄的那种。在这些中，图46(c)所示的情况除外，这是因为图46(a)和图46(b)所示的窄方向性在任何方向上都不存在。
随后，考虑如图46(b)所示的仅在z轴方向上方向性窄的光线入射到扩散图案54上的情况。在这种情况下，当入射到扩散图案54上的全部光线被扩散图案54的反射表面54a全反射，如图47所示，由扩散图案54反射的光线在方向性上不变化。尤其是，在z轴方向上的方向性不变窄。此时，当扩散图案54的反射表面54a在倾斜角方面增大时，一部分光线被扩散图案54反射，而一部分光线透射过扩散图案，如图48(a)和48(b)所示，被扩散图案的反射表面54a全反射的光线沿着相对于z轴很倾斜的方向出射，并且经扩散图案54的反射表面54a透射并从后表面54c再次入射的光线在重新入射时角度上也发生变化，使得z轴的方向性遭到破坏。于是，对于如图46(b)所示的仅在z轴方向上方向性窄的光线，要在x轴方向上缩窄方向性非常困难。
相反，即使在如图46(a)所示的仅在x轴方向上具有窄方向性的光线在z轴方向上具有相对大的扩散，例如，在入射之前，如同图50(a)所示的光线L1、L2和L3那样，当入射到在x轴方向上并具有三角形横截面的扩散图案54的反射表面54a上时，通过使得反射表面54a全反射部分光线L1、L2(如图50(b)所示)且将部分光线L2、L3透射过反射表面54a而使其再次从后表面54c入射(如图50(c)所示)，由扩散图案54反射的光线的区域可以被限制到局部区域，使得由扩散图案54全反射并从光出射表面52b出射的光线可以在y轴方向上的方向性变窄。此外，通过将扩散图案54的反射表面54a的倾斜角设定到适当的值，可以使由反射表面54a反射的光线沿着基本上垂直于光出射表面52b的方向(z轴方向)出射。另一方面，由于扩散图案54在x轴方向上均匀延伸，光线在x轴方向上的方向性不会扩大，即使在被扩散图案54全反射时。而且，虽然经扩散图案54的反射表面54a透射并从后表面54c再次入射的光线在yz平面内它所前进的角度上发生变化，但是它最初在z轴方向上的方向性不是窄的，因此，不会扩大z轴方向上的方向性。另外，图50(a)中居中的光线L2表示以稍大于或稍小于全反射的临界角的角度入射到扩散图案54的反射表面54a上的光线。
虽然已经参照图46(a)和50描述了光线不在z轴方向上扩散的情况，但是，从发光部件53出射的光线实际上或多或少扩散。例如，考虑到在光导板52内传播的光线沿着y轴方向被观察时的空间频率，光线被认为是会聚到图51中斜线的区域。在此，在平行于z轴方向的中心线i上的光线是在yz平面内传导的光线，而在与其平行的线i上的光线表示沿x轴方向倾斜的光线。在扩散图案54完全平行于x轴方向延伸，并且扩散图案54的反射表面54a和后表面54c彼此平行延伸的情况下，如平面图中所见，x轴方向上的光线通过反射或透射过扩散图案54而空间频率不变。因此，光线在光导板52内的前进方向在xy平面内不变，只要不导致光线出射，在线i上的光线仅平移到线i上，并且在线j上的光线仅平移到线j上。
于是，在发光部件53处使光线在x轴方向上的方向性缩窄并且然后光线由扩散图案54反射而使得在y轴方向上的方向性变窄的情况下，从面光源装置51沿z轴方向出射的光线在z轴方向和y轴方向上都变窄，最后，可以发出在所有方向上的方向性都变窄的光线，如图52所示。另外，图52的特性S表示出射光线的方向特性。
顺便提及，为了使从光导板52沿着x轴方向出射的光线的方向性为+20°或更小，在光导板52中沿x轴方向的方向性需要等于±13°或更小。虽然在假设光导板52具有1.53的折射率的前提下计算出±13°或更小这个值，但是可用于光导板52的透明树脂折射率在1.4到1.65范围内，由此光导板52中所需的在x轴方向上的方向角在该范围内变化不大。而且，即使在折射率进一步变化时，13°或更小的值在实际应用中不会变化太大。于是，在设计发光部件53时以该值为目标值就足够了。
而且，在光线的前进方向的中心(±13°或更小的中心)平行于y轴方向的情况下，使扩散图案54平行于x轴方向就足够了，并且在光线的前进方向的中心相对于y轴方向倾斜的情况下，为了校正这种倾斜，将扩散图案54的延伸方向相对于x轴方向倾斜也就足够了，使得在平面图中(在xy平面内)可看到光线的前进方向和扩散图案54的延伸方向彼此垂直。
由于对于这种类型的面光源装置，在光线前进方向的中心相对于y轴方向倾斜的情况下，在光导板52内前进的光线在方向性上非常窄，但是，光导板52的拐角E变得暗，如图53所示。因此，在这种具有矩形发光区域的光导板52中，理想的是光线前进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°内或更小。而且，假设光线的前进方向和扩散图案54在±13°的范围内，即使它们彼此完全垂直，由于垂直于面光源装置51的光出射表面52b的方向包含在出射光线的+20°的范围内，因此，对扩散图案54不会造成问题。
另外，在检查光导板52内的光线的方向特性的情况下，如图54所示，在光导板52内的角度强度分布可以由Snell法则通过沿着平行于z轴方向和基本上垂直于光前进方向的平面切割光导板52，并且测量从切割平面c-c出射的光线的角度强度分布来计算出来。
由于从发光部件53观察时，这种扩散图案54的两侧表面54b隐藏在反射表面54a之后，因此，光线难于撞击到两个侧表面54b上，即使在扩散图案54的侧表面54b上产生成型塌边，由此，可以防止光线被侧表面54b散射而形成损失光线。
随后，将对单个扩散图案的形状、设计扩散图案的方法等加以解释。在将扩散图案54基本上垂直于光导板52中光线的前进方向布置的情况下，直角三角形横截面的图案适于上述扩散图案54。对于如图55所示的由曲面构成的扩散图案54，光线L的偏转方向随位置而不同，其中，光线L被偏转，且出射光线在角度范围上增大。于是，垂直于纵向的横截面由曲面构成的这种图案不是理想的。而且，对于图56所示的锯齿形状的扩散图案54，经扩散图案54透射的光线L不会沿着垂直于光出射表面52b的方向出射，并且所有光线在无用的方向上出射，于是，锯齿形状的这种扩散图案54也不是优选的。
相反，对于后表面54c垂直于光导板52的下表面且横截面为直角三角形形式的扩散图案54，如图57(a)所示被反射表面54a全反射的光线L在保持方向性的同时被反射，即使在所有光线被反射的情况下也如此，并且在一部分光线透射扩散图案54的情况下方向性可以缩窄。而且，如图57(b)所示，经扩散图案54透射的光线L从后表面54c在此入射，而不损害方向性，此后，可以被另一扩散图案54全反射。另外，虽然后表面54c理想地垂直于光导板52的下表面，但是由于在模制时拔模会变得困难它也可以稍微倾斜。
但是，对于横截面为直角三角形形式的扩散图案54，从上面观察时光导板52内的光线L不是沿一个方向排列(在x轴方向上的扩散较大)时，垂直撞击扩散图案54的光线L的比率减小，而倾斜撞击扩散图案54的光线增多。如从上面观察到的，与垂直撞击扩散图案54的光线L相比，倾斜撞击扩散图案的光线L在扩散图案54上的倾斜角增大，并且被反射的光线的比率增大。即，入射到扩散图案54上的效果(缩窄方向性但不减小光效率)降低。因此，对于横截面为直角三角形形式的扩散图案54，需要使光线L的前进方向在光导板52内对齐，并且扩散图案54布置成垂直于该前进方向，以便提高扩散图案54的效果。另外，对于本实施例，前提条件是用发光部件53缩窄x轴方向上的方向性。
考虑扩散图案54的反射表面54a的倾斜角β。图58示出在倾斜角β为45°、55°和65°时出射光强度的角度分布，横坐标代表图59所示的出射光线的出射角，而纵坐标代表出射光线的强度。在图58中，在出射角的负的一侧上照度大的原因为大出射角的光线L包括少量撞击到反射表面54a上的光线L，如图60(a)和60(b)所示。另外，原因在于，如在yz平面观察到的在光导板52中的光线L内，基本上平行于反射表面54a的光线在出射光线的强度上为零(在很多情况下不存在这种光线)，并且由于与该角度远离，即，出射角减小(在负侧上增加)，出射光线强度增加。参照图58，在倾斜角β＝55°的情况下，虽然出射光线的角度范围在出射角的负侧上稍小，但是由于强度相应较大，所以在出射角的负侧和正侧上仍保持平衡。
图61(a)说明了具有大约25°扩散作用反射型液晶显示面板的扩散特性，图61(b)说明了具有倾斜角为55°的扩散图案的面光源装置的出射光角度特性，而图61(c)表示在具有图61(b)所示的特性的面光源装置的光线入射到具有图61(a)所示特性的反射型液晶显示面板时，在反射型液晶显示面板的出射光线的角度特性。如图所示，在使光线从设置有倾斜角β为55°的扩散图案的面光源装置出射到具有大约25°扩散作用的液晶显示面板时，在垂直于液晶显示面板的轴向上，出射光变得最大，而获得最优的发射方向。另一方面，当倾斜角β处于45°到65°的范围之外时，任何方向都不会沿着垂直于光出射表面52b的方向(z轴方向)出射，因此需要棱镜片等。于是，扩散图案54的反射表面54a的倾斜角β的大小优选地在45°到65°的范围内。
随后，考虑扩散图案54的后表面54c的角度ρ。如图62所示，当后表面54c的角度ρ过小时，扩散图案54变成锯齿形，使得经扩散图案54的反射表面54a透射并再次从后表面54c入射的光线在撞击向后设置的扩散图案54之前入射到光出射表面52b上，并沿着光出射表面52b出射，而造成损失。因此，后表面54c的角度ρ优选地较大，且优选地至少大于反射表面54a的倾斜角β(β＜ρ)。
而且，如图63所示，当后表面54c的角度小时，经反射表面54a透射的光线易于从光导板52泄漏，同时，随着后表面54c的角度ρ如图63中虚线所示接近90°，再次从后表面54c入射的光线的比率增加。另一方面，当角度ρ超过90°时，不能模制光导板52。因此，后表面54c的角度ρ优选地在80°到90°的范围内，并进一步理想的在85°到90°的范围内。
另外，图64(a)、64(b)和64(c)示出传统发光部件的结构。存在三种发光部件的结构，即：(i)诸如LED的点光源通过光导体28等转变成线性光源，且点光源27的光线L以面的形式扩散，如图64(a)所示；(ii)点光源27等间隔排列，而模拟形成线性光源，并且其光线L以面的形式扩散，如图64(b)所示；(iii)从点光源27发出的光线L直接以面的形式扩散，如图64(c)所示。
如从上面所观察的，对于在光导板22各点处方向性的改善，利用结构(iii)，光导板可以相对简单地实现。但是，在这种情况下，导致一个问题，即，在图64(c)中的位置P2、P3处从光导板22的侧面泄漏的光线L光量增大，并且难于实现效率提高。而且，虽然与位置P2、P3相比，在光导板22的拐角P1处所需的光量非常大，但是，实际上与位置P2、P3相比，难于增加沿着朝向P1方向传播的光量。因此，通过在位置P2、P3处泄漏的光量，实际上被迫使P2、P3处的亮度符合位置P1处的亮度，使得在位置P2、P3处泄漏的光量增大，而导致效率降低。
相反，对于结构(i)和(ii)，要注意的仅仅是使表面的亮度均匀，但是并没有考虑增加从光导板22出射的光线的方向性。尤其是，(i)、(ii)、和(iii)任一种结构都没有公开使得从光导板22出射的光线在±10°到30°的范围内亮度均匀，这是本发明特有的。
图65示出实施例2的改进，其中，光导板52的下表面倾斜，而使得光导板52成楔形，在靠近发光部件53的一侧厚度大，而在远离发光部件53的一侧厚度小，设置在光导板52下表面上的扩散图案54成形为使得反射表面54a变得基本为梯形。而且，在与光导板52的光出射表面52b相对位置处布置的是棱镜片59，在该棱镜片上布置沿着x方向延伸且横截面为三角形的棱柱59a。从而，从发光部件53进入光导板52的光线在被光导板52的上表面和下表面反射的同时在光导板52内传播，且被光导板52的下表面(倾斜表面)和扩散图案54反射并从光出射表面52b出射的光线借助于棱镜片59在垂直方向上出射。
[实施例3]
图66是根据本发明实施例3的面光源装置61的透视图。对于面光源装置61，发光部件63布置成面对光导板62的一侧的中心，而扩散图案64布置在光导板62的下表面上，而与发光部件63同心并以之为中心。每个扩散图案64的反射表面64a形成为梯形形状，使得光线难于入射到扩散图案64的侧表面64b上。而且，棱镜片66布置在与光导板62的光出射表面65相对的位置处。在棱镜片66的下表面上同心地形成弧形延伸的棱柱66a。
另外，也在这种情况下，发光部件63不必是单独一个，而可以彼此邻近地布置多个发光部件63，如图67所示。
[实施例4]
图68(a)和68(b)是示出扩散图案另一种结构的前视图和平面图。图68(a)的前视图是扩散图案67的反射表面67a的前面，即，从图68(b)中箭头f所示的方向看到的视图。对于扩散图案67，虽然反射表面67a中的远离光源一侧的长度(反射表面67a的宽度)小于反射表面67a中靠近光源一侧的长度(反射表面67a的宽度)，但是扩散图案67的一个侧表面67b在从前侧观察的状态下暴露。
但是对于扩散图案67，如图68(b)所示，光线倾斜地入射到扩散图案67上，扩散图案67的侧表面67b在沿着一个方向(朝向光源的方向)观察时隐藏在反射表面67a的后面，如图68(c)所示，使得，光线不会倾斜地入射到扩散图案67的侧表面67b上。因此，即使在侧表面67b上产生成型塌边的情况下，也可以阻止光线L由于扩散图案67的侧表面67b而散射。
其中光线倾斜地入射到扩散图案上的面光源装置包含日本专利申请2003-138023号和日本专利申请2003-347514号中公开的正面光，这两个申请由本申请的申请人提交。
随后，将对本发明的应用作出解释。
(液晶显示器)
图69是示出根据本发明的液晶显示器71的示意性横截面图。对于液晶显示器71，根据本发明的面光源装置73布置在液晶显示面板72的后表面上。液晶显示面板72包括夹置并密封在后表面侧基板74和前表面侧基板75之间的液晶层76，其中，在后表面侧基板74上形成开关元件，如TFT(薄膜晶体管)和布线，而在前表面侧基板75上，形成透明电极和滤色片，该液晶显示面板72还包括偏振板77，该偏振板77重叠在前、后表面上。对于液晶显示器71，面光源装置73被点亮，以从后表面侧照亮液晶显示面板72，来开和关控制液晶显示面板72的相应象素，从而产生图像。
另外，由于根据本发明的面光源装置可以应用于正面光，因此，虽然没有图示，它也可以应用于反射型液晶显示器。
(应用性)
图70示出便携电话81，其中组装了根据本发明的液晶显示器71。对于便携电话81，液晶显示器71组装为具有十按键等的拨号部分82上的显示器，而天线83设置在其上表面上。
图71示出便携信息终端，如PDA，在该便携信息终端内作为显示器组装了根据本发明的液晶显示器71。便携信息中断84包括用于笔输入等的输入单元85以及枢转地安装到其上端的盖86，其中，盖输入单元在液晶显示器71的横向上设置。
通过为便携电话81、便携信息终端等以这种方式使用本发明的液晶显示器71，可以减少光损失，而能够改善屏幕亮度以及亮度均匀性，并改善屏幕的可视性。
[工业实用性]
根据本发明的面光源装置可以用作液晶显示面板等的背光和正面光或者照明灯具等。

Claims (6)

1.一种面光源装置，包括光源和光导板，从光源导入的光线在基本上整个光出射表面上散开而从光出射表面出射，且其中，多个用于反射光导板内传播的光线的图案形成在与光导板的光出射表面相对的表面上，
所述面光源装置的特征在于各个图案构造成使得在从垂直于光出射表面的方向观察时光线以每个图案所确定的基本上固定的方向入射，并且
在从光入射方向观察时，所述图案的两个侧表面基本上完全被所述图案的位于光入射侧的倾斜表面遮挡。
2.如权利要求1所述的面光源装置，其特征在于：
所述光源是点光源，
棱镜片布置在光导板的观察侧上，并且
在光导板内传播并由所述图案偏转的光线从光出射表面沿着相对于光导板的光出射表面的法线倾斜的方向出射时，该光线被棱镜片偏转。
3.一种面光源装置，包括光源和光导板，从光源导入的光线在基本上整个光出射表面上散开而从光出射表面出射，且其中，多个用于反射光导板内传播的光线的图案形成在与光导板的光出射表面相对的表面上，
该面光源装置的特征在于各个所述图案被构造成使得在从垂直于光出射表面的方向上观察时，光线沿着每个图案所确定的基本上固定的方向入射；并且
位于所述图案的光入射侧上的倾斜图案中的位于与光入射侧相对的一侧上的那部分在宽度上比位于光入射侧上的那部分短。
4.如权利要求3所述的面光源装置，其特征在于：
所述光源包括点光源；
棱镜片布置在光导板的观察侧上；并且
在光导板内传播且由所述图案偏转的光线从光出射表面沿着相对于光导板的光出射表面的法线倾斜的方向出射之后，该光线由棱镜片偏转。
5.一种液晶显示单元，该液晶显示单元包括图像显示面板和布置在图像显示面板的观察侧或者与该观察侧相对的一侧上的如权利要求1、2、3或4所述的面光源装置。
6.一种便携信息终端，该便携信息终端包括如权利要求1、2、3或4所述的面光源装置。
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